2020版新一线高考化学（人教版）一轮复习教学案：第3章第3节　用途广泛的金属材料　铜及其化合物

第三节　用途广泛的金属材料　铜及其化合物

考点一| 合金与金属矿物的开发利用

1．合金

提醒：(1)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体；(2)成分金属与合金的物理性质相比有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变；(3)并非所有的金属都能形成合金。因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时，另一种金属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。

2．常见金属材料

(1)分类

(2)常见合金材料

③铝合金：密度小，强度高，塑性好，易于加工。应用于建筑业、容器包装业、交通运输业等。

3．金属矿物的开发利用

(1)金属在自然界中的存在形态

①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。

②少数化学性质不活泼的金属存在游离态。

(2)金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。

(3)常见冶炼方法

①电解法——K～Al

Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；

Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑；

Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。

②热还原法——Zn～Cu

高炉炼铁：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；

铝热反应制铬：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3；

焦炭还原铜：C＋2CuO2Cu＋CO2↑。

③热分解法——Hg、Ag

Hg：2HgO2Hg＋O2↑；

Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。

注意：有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如

Na＋KClK↑＋NaCl、2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)任何不同金属都能形成合金，且熔点一般比各成分金属低。 (　　)

(2)合金都是金属熔合而成的纯净物。 (　　)

(3)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。 (　　)

(4)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。

  (　　)

(5)Al2O3、Fe3O4、CuO均可用还原剂CO、Al在加热条件下还原。 (　　)

(6)冶炼Na、Mg、Al时均可电解相应的氯化物。 (　　)

答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

⊙考法1　金属及合金的性质与应用

1．下列有关说法中，不正确的是(　　)

A．钢与纯铁相比较不易生锈

B．冶炼铝和钠都可以用电解法

C．青铜、不锈钢、硬铝都是合金

D．缺钙会引起骨质疏松，缺铁会引起贫血

A　[纯铁可形成致密的保护膜，不易生锈。]

2．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(　　)

A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物

B．铝锂合金的硬度比锂大

C．铝锂合金的熔、沸点比铝低

D．铝锂合金耐酸碱腐蚀

D　[铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。]

3．金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列相关说法中不正确的是(　　)

A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼

B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具

C．不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械

D．钛及其合金熔点高，可用作保险丝

D　[熔点低可以作保险丝，熔点高不可作保险丝。]

⊙考法2　金属矿物的开发利用

4．下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是(　　)

答案：D

5．铅的冶炼大致过程如下：

①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；

②焙烧：2PbS＋3O22PbO＋2SO2；

③制粗铅：PbO＋CPb＋CO↑；

PbO＋COPb＋CO2。

下列说法正确的是(　　)

A．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化

B．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbO

C．整个冶炼过程中，制取1 mol Pb共转移2 mol电子

D．将1 mol PbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳

D　[A项，浮选法富集方铅矿为物理变化；B项，O2被还原为PbO和SO2，二者均为还原产物；C项，制取1 mol Pb共转移8 mol e－。]

考点二| 铜及其化合物

1．铜的主要性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：

①化学方程式：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。

②化学方程式：2Cu＋SCu2S。

③与氧化性酸反应

a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；

b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；

c．与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。

④与某些盐溶液反应

a．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；

b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。

2．铜的重要化合物的性质及应用

(1)氧化物

(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。

(3)铜盐

①Cu2(OH)2CO3

Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。

②CuSO4

a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。

b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。

③铜盐的毒性

铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。

[深度归纳]　Cu＋的性质及检验

(1)＋1价的铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。

(2)＋1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，利用这一原理可区别Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸(但注意不能用硝酸检验)，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Cu与Cu2O均为红色，可用稀硝酸鉴别。 (　　)

(2)Cu与FeCl3反应体现了Cu的金属性比Fe强。 (　　)

(3)铜、铁、镁、铝在潮湿空气中均易形成氧化物保护膜。 (　　)

(4)铜在空气中生锈的反应为2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。(　　)

(5)葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液共热可生成砖红色Cu2O。 (　　)

答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√

2．将表中物质的颜色填入对应空格中：

答案：紫红　白　黑　蓝　砖红　绿　黑　蓝(从左向右，从上到下)

⊙考法1　铜及其化合物的性质及应用

1．下列关于铜的化合物的说法正确的是(　　)

A．蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变化

B．一定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应

C．用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

D．将用H2还原CuO所得的红色固体投入稀硫酸中充分反应后有红色固体剩余且溶液呈蓝色，可说明原红色固体中一定含有Cu和Cu2O

A　[B项，Cu(OH)2与乙酸发生中和反应；C项，铜锈的成分不是CuO而是Cu2(OH)2CO3；D项，实验结论不能说明一定含Cu。]

2．铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：

(1)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式：___________________________________________________________

___________________________________________________________。

(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式：

___________________________________________________________。

(3)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：

___________________________________________________________。

将溶液中红色物质反应掉，最终得到胆矾。则加入的试剂最好是________(填字母序号)。

A．适量的NaNO3　 B．适量的HNO3

C．适量的H2O2

解析：(1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应，但再加入H2O2溶液后铜开始溶解，溶液逐渐变为蓝色，说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性，能溶解铜，离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3，反应的离子方程式为2Cu2＋＋CO＋2H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋2H＋。

(3)Cu2O在酸性条件下生成Cu2＋(蓝色)和单质铜(红色)，反应的离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。

答案：(1)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O

(2)2Cu2＋＋CO＋2H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋2H＋

(3)Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O　C

3．实验小组采取如下方法制CuSO4。

实验表明，Fe3＋能加快生成CuSO4的反应速率，加快原理可表述为

ⅰ.2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

ⅱ.……

ⅱ的离子方程式是_______________________________________。

解析：生成的Fe2＋被氧气氧化，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。

答案：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

⊙考法2　涉及Cu及其化合物的制备流程试题

4．CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：

已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl，CuCl的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。

(1)煅烧的主要目的是__________________________________。

(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为________，加入的物质X可以是________(填字母)。

A．CuO B．Cu(OH)2

C．NaOH溶液 D．CaCO3

(3)滤渣Ⅱ的主要成分是________。

(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCl，请写出反应的离子方程式：___________________________________________________________

___________________________________________________________。

(5)工业上常用CuSO4来制备CuCl，在提纯后的CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl，加热生成CuCl沉淀，该反应的离子方程式是___________________________________________________________

___________________________________________________________。

解析：(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，从流程图知CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。   

(2)调节溶液的pH时，应保证Fe3＋、Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，溶液的pH应在4.7≤pH<5.6，加入物质X的目的是消耗H＋调节溶液的pH，但不能引入新杂质。

(3)溶液的pH在4.7≤pH<5.6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。

(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的方程式：2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋SO＋4H＋。

(5)根据电子守恒法配平即可。

答案：(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物

(2)4.7≤pH＜5.6　ABC

(3)Fe(OH)3和Al(OH)3

(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋SO＋4H＋

(5)2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O2CuCl↓＋SO＋2H＋

课堂反馈　真题体验

1．(2014·全国卷Ⅱ，T9)下列反应中，反应后固体物质增重的是(　　)

A．氢气通过灼热的CuO粉末

B．二氧化碳通过Na2O2粉末

C．铝与Fe2O3发生铝热反应

D．将锌粒投入Cu(NO3)2溶液

B　[四个选项的反应方程式及固体物质质量变化如下：

A．H2＋＋H2O，固体质量减小，不正确。

B．2CO2＋ ===＋O2，固体质量增大，正确。

C．2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，固体质量不变，不正确。

D.＋Cu(NO3)2===＋Zn(NO3)2，固体质量减小，不正确。]

2．下列有关Cu及其化合物的性质和应用正确的是(　　)

A．(2016·全国卷Ⅱ)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥

B．(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝、有黑色固体出现，说明金属铁比铜活泼

C．(2017·全国卷Ⅲ)向含Cl－的溶液中同时加入Cu和CuSO4，生成CuCl沉淀而除去Cl－的反应为Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl

D．(2016·全国卷Ⅲ)FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板，说明铁比铜金属性强

C　[A项，Cu、CuO均与稀硝酸反应；B项，不会出现黑色固体；D项，不能说明Fe比Cu金属性强，只能说明Fe3＋氧化性比Cu2＋强。]