第三章第四讲铜、金属材料

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教学课题第四节铜、金属材料考纲定标 热点定位 课  时 课  型复习课教     学     过    程核心要点1．单质铜的化学性质(1)与非金属的反应(写出化学方程式)：①与O2反应加热：2Cu＋O22CuO。常温下在潮湿的空气中：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。②与Cl2反应：Cu＋Cl2CuCl2(棕黄色烟)。(2)与氧化性酸的反应(写出相应的化学方程式)：①与非氧化性酸：不反应。②与氧化性酸反应与浓硫酸的反应：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 与浓硝酸的反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。   与稀硝酸的反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。(3)与盐溶液的反应(用离子方程式表示)：与硝酸银溶液的反应：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag。与氯化铁溶液的反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。2．铜的化合物的主要性质(1)氧化铜和氢氧化铜：  物质氧化铜氢氧化铜化学式CuOCu(OH)2状态不溶于水的黑色固体(粉末)不溶于水的蓝色固体化学性质CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCuO＋H2Cu＋H2OCuO＋COCu＋CO2Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2OCu(OH)2CuO＋H2O(2)硫酸铜：①CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解为白色粉末CuSO4和水。②无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验试剂。③CuSO4与石灰乳的混合溶液即为无机农药波尔多液，是一种良好的杀菌剂，可以用来防治多种作物的病虫害。 考点分析 两个变价铜有两个可变价态，＋1价和＋2价，铜及其化合物之间的转化关系常围绕可变化合价问题而展开。六种颜色铜及其化合物的转化过程中，常伴随着颜色变化而使实验现象丰富多彩。故对铜及其化合物的常见颜色应熟记且灵活掌握。例如：紫红色—Cu、白色—CuSO4 红色—Cu2O、蓝色—Cu(OH)2或CuSO4·5H2O 黑色—CuO或CuS或Cu2S、棕黄色—CuCl2 例：1.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是(   )A．如果溶液变为蓝色、同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu2OB．溶液中最终可能有紫红色固体出现C．这种实验的结果无法说明CuO分解的程度D．如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解 2．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质，铜粉溶解的是(   )①FeCl3 ②Fe2O3  ③Cu(NO3)2 ④KNO3A．只有①或②   B．只有②或④C．只有①或②或③   D．①②③④中任意一种 在复习铜的化合物性质时，要联系大多数金属氧化物、氢氧化物及其碳酸盐的规律进行复习。1．氢氧化物溶解性常见的四大强碱：KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2溶于水，其余的氢氧化物大多数不溶于水，属于弱碱。所以大多数可溶性的盐与NaOH溶液反应生成氢氧化物沉淀，这一规律常用于金属阳离子的检验、除杂等。2．氢氧化物的热稳定性除了4种可溶性碱KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2受热不易分解外，其余氢氧化物大多数不稳定，受热易分解生成水和相应氧化物，如2Al(OH)3Al2O3＋3H2O、3Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O、Cu(OH)2CuO＋H2O、Mg(OH)2MgO＋H2O。3．氧化物与水反应除了4种可溶性碱KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2对应的碱性氧化物K2O、Na2O、CaO、BaO与水反应生成碱(非氧化还原反应)，过氧化物K2O2、Na2O2与水反应生成碱和氧气外，其余金属氧化物大多数不与水反应，如Al2O3、Fe2O3、Fe3O4、FeO、CuO、MgO等均不与水反应。4．金属元素的氧化物、氢氧化物与酸、碱的反应(1)规律：几乎所有的金属元素的氧化物、氢氧化物均与酸反应，生成盐和水，如Al2O3、Fe2O3、Fe3O4、FeO、Mg(OH)2、Cu(OH)2、Fe(OH)2与硫酸、盐酸反应的离子方程式分别为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O、FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O、Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O、Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O、Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O，反应中化合价没有变化，属于复分解反应，配平时依据电荷守恒，反应后生成金属阳离子所带的电荷数＝消耗的H＋个数。(2)特例：Fe(OH)2、Fe2O3、FeO与硝酸反应时，＋2价铁被氧化，发生氧化还原反应。5．氯化物水溶液加热蒸干除了4种可溶性碱KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2对应的氯化物KCl、NaCl、CaCl、BaCl2水溶液加热蒸干可得到相应氯化物外，其余金属氯化物如AlCl3、FeCl3、CuCl2、MgCl2等物质的水溶液受热均会发生水解生成氢氧化物，氢氧化物受热分解生成相应氧化物。6．碳酸盐(1)所有的碳酸氢盐受热均分解，生成正盐，如2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑、Ca(HCO3)2CaCO3＋H2O＋CO2↑。(2)不溶性碳酸盐受热均分解，生成金属氧化物，如CaCO3CaO＋CO2↑、MgCO3MgO＋CO2↑、CuCO3CuO＋CO2↑；可溶性碳酸盐[Na2CO3、K2CO3、(NH4)2CO3]，除铵盐外，其余两种受热均不易分解。    例一：铜的冶炼方法1．孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)： (1)反应①能观察到的现象是__________________，有关反应的化学方程式为__________________。(2)反应②加入的金属可能是__________，有关反应的离子方程式为__________________________。  考点分析铜的冶炼“三方法”(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜1．合金(1)合金：①形成：是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的。②性质特点：具有金属特性。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。①熔点：一般比它的各成分金属的低。如生铁的熔点比纯铁的熔点低。②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2．常见的金属材料(1)钢：(2)铝合金：(3)铜合金：我国使用最早的铜合金是青铜，常见的铜合金还有黄铜和白铜。*由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此需采用不同的冶炼方法。金属活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、Ag冶炼方法电解法热还原法热分解法                     练习题：1.下列冶炼金属的原理正确的是(  )A.2Al2O3＋3C4Al＋3CO2↑B.Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2C.MgO＋H2Mg＋H2OD.2HgO2Hg＋O2↑ 2.下列有关金属的工业制法中，正确的是(  )A.制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液B.制铁：以铁矿石为原料，CO还原得到铁C.制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得到镁D.制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝 3.某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下实验流程，用该工厂的合金废料制取氧化铝、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体。请回答：(1)写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：______________________。(2)试剂X是________；溶液D是________。(3)在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO2并通入溶液A中。一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。为避免固体C减少，可采取的改进措施是______________________________       ______。(4)溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe3＋，用离子方程式解释其可能的原因：__________________________________________________________________________________。(5)将固体F加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液，写出反应的化学方程式：_________________________________________________________。(6)工业上常用溶液E制得净水剂Na2FeO4，流程如下： ①测得溶液E中c(Fe2＋)为0.2 mol·L－1，若要处理1 m3溶液E，理论上需要消耗25%的H2O2溶液________kg。②写出由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式___________________________________________________。 在线高考    4.硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下： 回答下列问题：（1）在95 ℃“溶侵”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。（2）“滤渣1”的主要成分有_________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子，可选用的化学试剂是_________。（3）根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2O     H++B(OH)−4，Ka=5.81×10−10，可判断H3BO3是_______酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。（4）在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。 由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。         5.硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：回答下列问题：（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。（2）步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是_________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为_________________（填标号）。（3）步骤③中选用足量的H2O2，理由是_________________。分批加入H2O2，同时为了_________________，溶液要保持pH小于0.5。（4）步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。   3.解析　(1)废金属屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3，Fe2O3，当加入过量NaOH溶液时只有Al、Al2O3可以发生反应，所以步骤Ⅰ反应的离子方程式是2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO＋3H2↑、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。(2)过滤后得到的固体B中含有Cu、Fe、Fe2O3，向其中加入过量的稀硫酸，发生反应：Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4、Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑；试剂X是稀H2SO4；过滤得到的溶液E中含有FeSO4、CuSO4(少量)；固体F中含有Cu，用热的浓硫酸溶解得到CuSO4溶液；也可以向固体F中加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液。溶液A中含有NaOH、NaAlO2，向其中通入过量CO2，发生反应产生Al(OH)3沉淀和可溶性物质NaHCO3，溶液D是NaHCO3溶液，固体C是Al(OH)3沉淀，用盐酸溶解得到AlCl3，然后在HCl的气氛中加热蒸干得到无水AlCl3。(3)在步骤Ⅱ时，用题图装置制取CO2并通入溶液A中。一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少，这是由于浓盐酸有挥发性，在制取的CO2气体中含有杂质HCl。可采取的改进措施是在a和b间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，除去HCl。(4)溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe3＋，是因为Fe3＋有氧化性，发生了反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Fe3＋转化为Fe2＋。(5)将固体F加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液，反应的离子方程式是2Cu＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O。(6)①Fe2＋与H2O2反应的离子方程式是2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，由于n(Fe2＋)＝0.2 mol·L－1×1×103 L＝200 mol，根据方程式可知需要H2O2的物质的量为100 mol，所以理论上需要消耗的H2O2溶液的质量为(100 mol×34 g/mol)÷25%＝13 600 g＝13.6 kg；②根据图示可知由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式是2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。答案　(1)2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO＋3H2↑、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O(2)稀硫酸　NaHCO3溶液(3)在a和b间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，除去HCl(4)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(5)2Cu＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O(6)①13.6　②2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O