高三化学复习知识清单（通用版） 知识清单09 铜、金属材料、金属冶炼

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【知识归纳】
一、单质铜的性质及应用
1．铜的原子结构
（1）电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1
①最高能级电子数10
②最高能层电子数1
③未成对电子数1
④稳定性：Cu2+＜Cu+
（2）价电子排布图：
（3）原子结构示意图：
（4）周期表中位置：第4周期第IB族，位于ds区
（5）晶胞结构（晶胞参数apm）

①堆积名称：面心立方最密堆积，堆积类型：A1型或铜型
②堆积方式：…ABCABC…
③配位数12
④晶胞中含Cu的个数：4
⑤晶胞密度：＝＝g·cm－3
⑥空间利用率：φ＝×100%＝×100%＝π×100%≈74%
2．铜的物理性质
（1）颜色：呈红色或紫红色
（2）三性：导电性、导热性和延展性良好
3．与非金属单质反应
（1）与氧气反应：条件不同，产物不同
①加热：2Cu+O22CuO
②常温：2Cu+O2+CO2+H2OCu2（OH）2CO3
（2）与其他非金属反应
①Cueq \(-----→,\s\up7(S),\s\d5(加热))Cu2S ②Cueq \(------→,\s\up7(Cl2),\s\d5(点燃))CuCl2
4．与酸反应
（1）稀硫酸
①普通条件：Cu不能置换出H2
②电解条件：Cu+H2SO4（稀）CuSO4+H2↑
（2）浓硫酸：Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2↑+2H2O
（3）浓硝酸：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
（4）稀硝酸：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
5．与盐溶液反应
（1）硝酸银：2AgNO3+Cu2Ag+Cu（NO3）2
（2）氯化铁：2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2
6．单质铜在化学实验中的应用
（1）除去某种气体中的氧气
（2）乙醇催化氧化的催化剂
①催化原理：CuCuOCu
②催化反应：2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
（3）防止可燃性气体燃烧回火的安全装置
二、铜的氧化物和氢氧化物的性质及应用
1．氧化铜
（1）物性：黑色粉末状固体
（2）弱氧化性：CuOeq \(-------------------→,\s\up7(H2、CO、C、Al),\s\d5(NH3、乙醇))Cu
①Al：2Al+3CuO3Cu+Al2O3
②C：2CuO+C2Cu+CO2↑
③NH3：2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
④乙醇：CH3CH2OH+CuOCH3CHO+H2O+Cu
（3）热不稳定性
①反应：4CuO2Cu2O+O2↑
②原因：Cu+的价电子构型为3d10的稳定结构
2．氧化亚铜
（1）物性：砖红色固体
（2）Cu2O的晶胞（小黑点实心代表Cu原子）
①含Cu2O数：2
②配位数：Cu的配位数为2；O的配位数为4
（3）用途：作为红色玻璃和搪瓷的着色剂
3．氢氧化铜
（1）物理性质：蓝色不溶于水的固体
（2）化学性质
①弱碱性：Cu（OH）2+2H+Cu2++2H2O
②不稳定性：Cu（OH）2CuO+H2O
③弱氧化性：2Cu（OH）2+RCHO+NaOHRCOONa+Cu2O↓+3H2O
④络合性：Cu（OH）2+4NH3·H2O［Cu（NH3）4］2++2OH－+4H2O
三、几种常见的铜盐
1．可溶性铜盐
（1）水解性：Cu2++2H2OCu（OH）2+2H+
①防水解：加入相应的稀酸
②制无水物：CuCl2·H2OCuCl2，在HCl气氛中加热
（2）与碱反应
①Cu2+Cu（OH）2↓
②Cu2+Cu（OH）2↓［Cu（NH3）4］2+（深蓝色溶液）
（3）硫酸铜晶体（CuSO4·5H2O）
①物性：蓝色晶体，俗称胆矾、蓝矾
②结构：［Cu（H2O）4］SO4·H2O
③晶体中存在的作用力：离子键、共价键、配位键、氢键
（4）硫酸铜的应用
①CuSO4：检验某些气体或液态有机物中微量水的存在
②硫酸铜溶液和消石灰配制波尔多液，其杀菌原理是重金属盐使细菌蛋白质变性
2．碱式碳酸铜
（1）俗名：铜锈或铜绿
（2）相当处理：Cu（OH）2和CuCO3组成的混合型化合物
（3）化学性质：具有Cu（OH）2和CuCO3的双重性质
①与盐酸反应：Cu2（OH）2CO3+4H+2Cu2++3H2O+CO2↑
②热分解反应：Cu2（OH）2CO32CuO+CO2↑+H2O
③与氢气反应：Cu2（OH）2CO3+2H22Cu+CO2↑+2H2O
④与铝反应：3Cu2（OH）2CO3+4Al6Cu+CO2↑+2Al2O3+3H2O
四、金属的冶炼
1．金属在自然界中的存在
（1）化合态：大多数金属，金属元素都显正价
（2）游离态：金、铂等极少数金属
2．冶炼实质：金属离子金属原子（Mn++ne－＝M）
3．冶炼依据：金属离子的氧化性强弱不同
4．冶炼方法
（1）电解法：冶炼金属活泼性很强的金属（如K、Ca、Na、Mg、Al等）
①2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑
②MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑
③2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑
（2）热还原法：用还原剂（C、CO、H2、Al、Na等）还原金属活泼性介于Zn~Cu之间的金属化合物。
①Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
②2CuO+C2Cu+CO2↑
③WO3+3H2W+3H2O
④TiCl4+4NaTi+4NaCl
⑤Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3
（3）热分解法：用于冶炼不活泼金属Hg、Ag。
①2HgO2Hg+O2↑ ②2Ag2O4Ag+O2↑
5．铜的冶炼“两方法”
（1）湿法炼铜：Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu。
（2）高温炼铜
①工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜
2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO（炉渣）
2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑
②电解精炼铜：用粗铜做阳极，失电子变为Cu2+，用纯铜棒做阴极即可得精铜
五、金属材料和合金
1．金属材料：包括纯金属及其合金
2．合金的组成和性能
（1）组成
①合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
②合金是混合物，不是化合物。
③在合金中各组成成分元素的化合价都为0价
（2）形成：所有成分在一定温度范围内都是液体
（3）合金具有金属特性，如导电、传热等。
（4）合金硬度变大的原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动变得困难。
3．合金的电学性质
（1）合金容易形成原电池
（2）腐蚀速率
①一般合金比纯金属易被腐蚀
②不锈钢：不易被腐蚀
六、铁合金
1．合金元素：主要是铁和碳
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量2%~4.3%，硬度大，抗压、性脆、韧性差
（2）钢：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韧性好、机械性能好
3．钢的分类
（1）碳素钢
①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni）
七、其他合金
1．铝合金
（1）硬铝
①合金元素：Cu、Mg、Si、Mn
②性能：密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力
（2）镁铝合金：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
2．青铜：铜和锡合金，最早使用的合金
3．储氢合金
（1）概念：能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料
（2）实用性要求
①储氢量大
②金属氢化物容易形成，稍微加热容易分解
③室温下吸、放氢速率快
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
4．其他新型合金：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等