2021版新高考化学（人教版）一轮复习教师用书：第1部分第3章第4节用途广泛的金属材料　铜及其化合物

第四节　用途广泛的金属材料　铜及其化合物

合金与金属矿物的开发利用

1．合金

(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，属于混合物。

(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。

①熔点：一般比它的各成分金属的低；

②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。

注意：并非所有的金属都能形成合金，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。如Cu与Na，Fe与Na等不能形成合金。

2．常见的金属材料

(1)金属材料的工业分类

(2)常见合金材料

③

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)金属冶炼的一般步骤

(4)常见冶炼方法(对于金属活动顺序表中金属)

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↑。

[补短板]

(1)绝大部分金属在常温是固体，但汞为液体。

(2)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。

(3)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。

(4)金属越活泼，一般发现或使用的越晚。

(5)金属只有正价，反应时只表现还原性。

(6)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。

(7)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。

1．工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3？冶炼镁为什么用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO?

[答案]　AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝。尽管MgO属于离子化合物，但其熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融，故工业冶炼镁使用电解熔融MgCl2的方法。

2．铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？

[答案]　铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。

3．热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？

[答案]　最好的还原剂是H2；原因是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。

命题点1　金属材料的性能及其应用

1．下列说法中正确的是 (　　)

A．铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料 

B．金、银、铜是应用最广泛的金属材料 

C．钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔

D．铜是导电性、导热性最好的有色金属

[答案]　C

2．镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，被大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中，正确的是 (　　)

A．此合金的熔点比镁和铝的熔点都高

B．此合金能全部溶解于稀盐酸中

C．此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中

D．此合金的硬度比镁和铝的硬度都小

B　[镁和铝都可以与盐酸反应，故镁铝合金能全部溶解于稀盐酸中。]

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。]

命题点2　金属矿物的开发利用

4．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－。]

5．氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是(　　)

A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na＋被还原

B．冶炼镁、铝采用电解法

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol电子

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

C　[1 mol Fe3O4被还原成Fe，转移电子1×3×(－0)＝8 mol。]

6．由黄铜矿(CuFeS2)制取铜的简单流程如图：

下列说法正确的是  (　　)

A．由CuFeS2生成Cu2S、SO2和铁的氧化物反应中硫元素被还原

B．熔炼过程中的主要反应为Cu2S＋O22Cu＋SO2

C．铜的电解精炼过程中纯铜作阳极

D．上述冶炼过程产生大量SO2，通常用饱和NaHSO3溶液吸收

B　[A项，由CuFeS2生成Cu2S、SO2和铁的氧化物，反应中硫元素的化合价由－2价变成＋4价，被氧化，错误；B项，根据流程图，熔炼过程中的主要反应为Cu2S＋O22Cu＋SO2，正确；C项，铜的电解精炼过程中纯铜作阴极，粗铜作阳极，错误；D项，SO2与饱和NaHSO3溶液不反应，应该选用Na2SO3溶液，错误。]

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，用来杀灭植物的病菌。

[补短板]

(1)Cu与稀H2SO4不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。

(2)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。

(3)＋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。

(4)含醛基(—CHO)有机物与新制的Cu(OH)2悬浊液共热可生成砖红色Cu2O沉淀。

某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案：

(1)CuCuSO4硫酸铜溶液CuSO4·5H2O

(2)CuCuO硫酸铜溶液CuSO4·5H2O

(3)

对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？

[答案]　方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。

方案(2)：消耗能量较多，且步骤复杂。

方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。因此方案(3)更经济合理。

命题点1　铜及其化合物的性质及实验探究

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．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是

(　　)

D　[A项，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，错误；B项，Ⅰ错，Ⅰ、Ⅱ无因果关系，错误；C项，Ⅰ、Ⅱ无因果关系，错误；D项，陈述Ⅰ涉及的变化为化学变化，Ⅰ、Ⅱ无因果关系，正确。]

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为________________________________ __________________________________________________________________。

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]　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。Cu在酸性条件下，NO被还原为有毒气体的NO气体，污染环境。

[答案]　Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O　C

命题点2　涉及铜及其化合物的基本化工流程

4．(2019·唐山模拟)某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu(NO3)2·3H2O，并进一步探究用SOCl2制备少量无水Cu(NO3)2，设计的实验流程如下：

已知：SOCl2熔点－105 ℃、沸点78 ℃，遇水剧烈水解生成两种酸性气体。

请依据实验流程图回答下列问题：

(1)第②步适合调pH的物质是________(填一种物质的化学式)。

(2)第③步包括________、冷却结晶、抽滤等步骤，为得到较大颗粒的Cu(NO3)2·3H2O，可采用的方法是______________________________________

___________________________________________________________(填一种)。

(3)第④步中发生反应的化学方程式是_________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________。

若不用SOCl2，而直接加热Cu(NO3)2·3H2O脱水，能否得到纯净的无水Cu(NO3)2？________(填“能”或“否”)。

(4)某同学将制得的无水Cu(NO3)2固体放在试管中加热，发现试管中生成黑色粉末并产生红棕色气体，写出对应的化学方程式________________________ ___________________________________________________________________。

该同学将带火星的木条伸入试管中，发现木条燃烧，他得出的结论是红棕色气体支持木条燃烧，你认为他的结论是否正确？________(填“是”或“否”)。

[解析]　(1)第②步调节pH的目的是促进铁离子转化成Fe(OH)3沉淀，为了不引入新杂质，可选用CuO或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH。(2)为得到Cu(NO3)2·3H2O，可采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法，为得到较大颗粒晶体，可减慢冷却结晶的速度。(3)第④步中Cu(NO3)2·3H2O和SOCl2发生反应生成硝酸铜、二氧化硫和氯化氢，其化学方程式为Cu(NO3)2·3H2O＋3SOCl2Cu(NO3)2＋3SO2↑＋6HCl↑。若直接加热Cu(NO3)2·

3H2O脱水，Cu2＋发生水解反应且HNO3易挥发，会生成Cu(OH)2，不能得到纯净的无水Cu(NO3)2。(4)由题意知Cu(NO3)2受热分解，生成物中含氧化铜和二氧化氮气体，其化学方程式为2Cu(NO3)2

2CuO＋4NO2↑＋O2↑。纯氧能使带火星的木条复燃，但空气中含有大量不能助燃的N2，氧气含量较少，所以空气不能使带火星的木条复燃，产物中NO2与O2的体积比与空气中N2、O2体积比均为4∶1，将带火星的木条放入Cu(NO3)2受热分解得到的混合气体中，木条复燃，若NO2不能助燃，则混合气体同样会因为O2含量少而不能使木条复燃，所以NO2能助燃。

[答案]　(1)CuO或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3

(2)加热(蒸发)浓缩　减慢冷却结晶的速度(其他合理答案亦可)

(3)Cu(NO3)2·3H2O＋3SOCl2Cu(NO3)2＋3SO2↑＋6HCl↑　否

(4)2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑　是

5．工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl)，其工艺流程如图所示：

试依据如图转化回答下列问题：

(1)还原过程中的产物为Na[CuCl2]，试写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

制备中当氯化过程完成后必须经还原过程再制得CuCl，为什么不用一步法制得CuCl？(已知Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl↓)______________________________。

(2)还原过程中加入少量盐酸的作用是______________________________

__________________________________________________________________，

加入NaCl且过量的原因是____________________________________________

__________________________________________________________________。

(3)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是_________________________

_________________________________________________________________。

(4)实验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀，试写出该反应的离子方程式：_____________________________________________

_________________________________________________________________。

[答案]　(1)CuCl2＋2NaCl＋Cu===2Na[CuCl2]　 CuCl沉淀沉积在Cu表面阻碍反应的进行

(2)防止Cu2＋水解　增大NaCl的浓度有利于生成更多的Na[CuCl2]，提高产率

(3)使CuCl尽快干燥，防止被空气氧化

(4)2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O2CuCl↓＋4H＋＋SO

废铜利用的一般化工流程

 [一题串知，落实考法]

某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

(1)“焙烧”过程发生反应的化学方程式为___________________________

____________________________________________________________________

_________________________________。[考查Cu及化合物的性质]

(2)“酸化”过程中的离子方程式为_________________________________

_______________________________________。[考查CuO的性质]

(3)若试剂a为Zn，则“置换”的离子方程式为________________________

_________________________________________________________________，

滤液中溶质的化学式是________。[考查Cu的制备]

(4)“反应”一步中使用20% HNO3和10% H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的化学方程式为_________________________________________

_____________________________。[考查Cu制备Cu(NO3)2的方法]

[答案]　(1)2CuS＋3O22CuO＋2SO2,2Cu＋O22CuO

(2)CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

(3)Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋　ZnSO4

(4)Cu＋H2O2＋2HNO3===Cu(NO3)2＋2H2O

[真题体验，感悟考向]

1．正误判断(对的打“√”，错误的打“×”)

(1)(2019·全国卷Ⅱ)向CuSO4溶液中加入足量Zn粉，溶液蓝色消失Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4。(　　)

(2)(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。(　　)

(3)(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。(　　)

(4)(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。

(　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×

2．(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　[A项，CuO―→Cu，减轻；B项，Na2O2―→Na2CO3，增重；C项，质量不变；D项，Zn―→Cu，减轻。]

3．(2018·浙江高考)某同学通过如下流程制备氧化亚铜：

已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

下列说法不正确的是 (　　)

A．步骤②中的SO2可用Na2SO3替换

B．步骤③中为防止CuCl被氧化，可用SO2水溶液洗涤

C．步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl＋2OH－Cu2O＋2Cl－＋H2O

D．如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质，用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应，根据反应前、后固体质量可计算试样纯度

D　[试样用足量稀H2SO4溶解后，得到的固体中有CuCl和Cu，无法计算其中Cu的质量，故无法计算试样纯度。]