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- 2021-07-02 发布
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专题三 从矿物到基础物质
第九单元 铜及其重要化合物 金属矿物的开发利用
考试说明
1.了解铜及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。
2.了解常见金属的活动顺序。
3.了解合金的概念及其重要应用。
【考点互动探究】
考点一 铜及其重要化合物
知识梳理
1.铜
(1)物理性质:铜是________色金属,具有良好的________性、________性和延展性。
(2)化学性质
2.铜的化合物
(1)氧化铜和氧化亚铜
(2)氢氧化铜[Cu(OH)2]是________不溶于水的固体,可溶于酸,受热分解的化学方程式为________________________________________________________________________________;
具有弱氧化性,可用于检验__________。
(3)无水硫酸铜(CuSO4)是________色粉末,常用于检验水的存在,吸水后变为________色的晶体(CuSO4·5H2O),俗称________________。铜盐能杀死某些细菌,并能抑制藻类生长,游泳馆常用________作池水消毒剂;CuSO4和________的混合液即为无机农药波尔多液,是一种良好的杀菌剂。
对点自测
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)电解CuCl2溶液的方程式:CuCl2Cu2++2Cl-( )
(2)H2还原CuO时,应先加热后通H2( )
(3)常温下,Fe和Cu与浓硝酸反应产生的气体体积相同( )
(4)将铁片和铜片用导线连接后置于稀H2SO4中,铜片上有气泡产生,说明铜比铁活泼( )
(5)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2+( )
(6) 利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质,来检验水的存在 ( )
(7)CuCO3是铜锈的主要成分,可用盐酸除去铜锈( )
(8)农业上配制波尔多液时可在铁桶或铝桶中进行( )
2.填写下列铜及其化合物的颜色。
①CuO________ ②Cu2O________ ③Cu2S________ ④CuS________ ⑤Cu2(OH)2CO3________ ⑥CuSO4·5H2O________ ⑦Cu________
⑧CuSO4________ ⑨Cu(OH)2________
题组训练
题组一 铜及其化合物的性质
1.【2016·陕西榆林模拟】下列实验的前后,铜的质量一定发生变化的是( )
A.铜丝在空气中灼烧后立即插入乙醇
B.铜片放入酸化的硝酸钠溶液
C.铜和铁的混合物放入稀硝酸
D.铜、锌、稀硫酸构成的原电池放电
2.【2016·黑龙江哈尔滨模拟】某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到实验目的的是( )
A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色
B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成
C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体
D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿
题组二 流程题中的铜及其化合物间的转化
1.【2016·山西阳泉模拟】部分氧化的FeCu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共 5.76 g,经如下处理:
图391
下列说法正确的是( )
A.滤液A中的阳离子为Fe2+、Fe3+、H+
B.样品中铁元素的质量为 2.24 g
C.样品中CuO的质量为 4.0 g
D.V=896 mL
2.【2015·天津卷】废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:
图392
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3),反应中H2O2的作用是____________。写出操作①的名称:________。
(2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu(NH3)与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
操作②用到的主要仪器名称为______________,其目的是(填序号)________。
a.富集铜元素
b.使铜元素与水溶液中的物质分离
c.增加Cu2+在水中的溶解度
(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和________。若操作③使用如图393装置,图中存在的错误是_________________________________________。
图393
(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是________________。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是________________________________。
(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是________。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是___________________________________。
考点二 合金 金属材料
知识梳理
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____________的物质。
(2)性能:
①多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点________;
②合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度________。
2.常见金属材料
—
其合金
(1)黑色金属材料——钢铁
①________是用量最大,用途最广的合金
②
(2)有色金属材料——铜和铝。
①我国使用最早的合金是________,常见的铜合金有黄铜和白铜。
②铝合金:
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小、强度高
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造
对点自测
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)铝合金的熔点比纯铝的高( )
(2)合金材料中不可能含有非金属元素( )
(3)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属( )
(4)金、银、铜是应用最广泛的金属材料( )
(5)合金中的金属元素以化合物的形式存在( )
(6)合金中各元素的含量一定,所以合金是纯净物( )
2.将下列合金与其用途连线。
①青铜 A.不锈钢
②铬镍合金 B.司母戊鼎
③低碳钢 C.门窗框架
④铝合金 D.钢丝、钢管
题组训练
题组一 合金的组成、性质和用途
1.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物,根据下列四种金属的熔、沸点:
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.5
1083
660
1535
沸点/℃
883
2595
2200
3000
其中不能形成合金的是( )
A.Cu和Al B.Fe和Cu C.Fe和Na D.Al和Na
2.C919大型飞机采用了大量新材料铝锂合金,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
3.某合金与铁的物理性质的比较如表所示:
熔点/℃
密度/g·cm-3
硬度(金刚石
为10)
导电性
(银为100)
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
1535
7.86
4.5
17
还知该合金耐腐蚀,强度大,从以上性能看,该合金不适合做 ( )
A.导线 B.门窗框 C.炉具 D.飞机外壳
题组二 合金在流程题中应用的考查
1.2016·广东佛山模拟银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
图394
[注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为 450 ℃ 和 80 ℃]
(1)电解精炼银时,阴极反应式为__________________________________________。
滤渣A与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学反应方程式为________________________________________________________________________。
(2)固体混合物B的组成为_______________________________________________;
在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH
过量,则因过量引起的反应的离子方程式为__________________________________________________________________。
(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:
________CuO+________Al2O3________CuAlO2+________↑。
(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上 5.0 kg 废料中的铜可完全转化为__________mol CuAlO2,至少需要 1.0 mol·L-1 的Al2(SO4)3溶液________L。
(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是____________________、过滤、洗涤和干燥。
2.某研究性学习小组对某废旧合金(含有Cu、Fe、Si 三种成分)进行分离、回收。其工业流程如图395所示:
图395
已知:298 K时,Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,根据上面流程回答有关问题:
(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ一定都不含有的操作是____________。
A.过滤 B.洗涤 C.干燥 D.蒸馏
(2)过量的还原剂应是____________,溶液a中发生的反应的离子方程式为________________________。
(3)若用x mol/L KMnO4溶液处理溶液b,当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO4溶液y mL,则最后所得红棕色固体C的质量为________g(用含x、y的代数式表示)。
(4)将溶液c调节pH至2.9~3.2的目的是________________________________。
(5)常温下,取0.2 mol/L的CuCl2溶液,若要使Cu2+开始沉淀,应调节pH至____________。
(6)工业上由红棕色固体C制取相应单质常用的方法是________。
A.电解法 B.热还原法 C.热分解法
(7)用惰性电极电解溶液e制取固体B,所发生的化学反应方程式为________________________________________________________________________。
考点三 金属矿物的开发利用
知识梳理
1.金属在自然界中的存在形式
金、铂等化学性质不活泼的金属,在自然界以________态存在;化学性质较活泼的金属在自然界中以________态存在。
2.金属冶炼的一般步骤
(1)富集:除去杂质,提高矿石中有用成分的含量。
(2)冶炼:利用氧化还原反应,用还原剂把金属矿石中的金属从化合态还原为游离态。
(3)精炼:提纯金属。
3.金属冶炼方法
(1)热分解法:用热分解冶炼法冶炼金属的特点:金属元素的金属性________,金属元素的原子________失去电子,其金属离子________得到电子,该金属元素所形成的化合物稳定性________。例如加热HgO和Ag2O:________________________________________,______________________________。
(2)热还原法(适用于Zn、Cu等中等活泼金属)
①焦炭还原法:C还原ZnO、CuO,其化学方程式依次为_______________________,
_________________________。
②一氧化碳还原法:CO还原Fe2O3、CuO,其化学方程式依次为______________________, ___________________________。
③氢气还原法:H2还原WO3、Fe3O4,其化学方程式依次为__________________________, __________________________。
④活泼金属还原法(铝热反应):Al还原Cr2O3、V2O5,其化学方程式依次为________________________, __________________________________________。
(3)电解法(适用于Al以前的活泼金属):Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应,其化学方程式依次为_________________,__________________,_____________________。
4.铝热反应
对点自测
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)铝热剂属于混合物( )
(2)用金属钠能置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛( )
(3)人类使用铝的时间比铁晚,原因是铝的冶炼成本高( )
(4)用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液制取金属钠( )
(5)用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜( )
(6)电解氯化镁溶液制取金属镁( )
(7)用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物( )
2.将金属与冶炼金属的方法搭配起来。
①以C、CO或H2作还原剂还原 ②以较活泼金属Na、Mg等还原 ③利用铝热反应原理用Al还原 ④电解法
⑤热分解法
(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。
(3)Hg、Ag等不活泼金属________。
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
(5)K、Rb、Ti等金属________。
题组训练
题组一 金属的冶炼原理及应用
1.以下方法可用于工业冶炼金属的是( )
A.电解熔融AlCl3获取金属铝
B.在高温条件下,用H2还原MgO制备单质Mg
C.用CO还原铁矿石来获取金属铁
D.加强热,使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
2.用自然资源生产部分材料,其产品流程示意图如图396所示:
图396
下列有关说法正确的是( )
A.制取铝也可用电解熔融AlCl3的方法
B.由赤铁矿冶炼生铁时,发生的反应既有吸热反应,又有放热反应
C.粗铜精炼时往往以粗铜作电解池的阴极
D.将MgCl2溶液加热蒸发结晶,即可得到MgCl2
方法技巧 铜的冶炼“三方法”
(1)火法炼铜(还原法炼铜):Cu2S+O22Cu+SO2。
粗铜中铜的含量为99.5%~99.7%,主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质,粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%~99.98%的铜。
(2)湿法炼铜:Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。
(3)生物炼铜:“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性,并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石,然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。
题组二 铝热反应
1.【2015·山东卷节选】用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有________。
A.KCl B.KClO3
C.MnO2 D.Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀H2SO4,滴加 KSCN溶液无明显现象,__________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是_____________________________________________________________(用离子方程式说明)。
2.【2016·山东聊城模拟】某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”,“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知:Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示:
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2054
1535
1462
沸点/℃
2467
2980
2750
—
(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理:__________(填“合理”或“不合理”)。
(2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是__________,反应的离子方程式为______________________________________________。
(3)实验室溶解该熔融物,下列试剂中最好的是________(填字母)。
A.浓硫酸
B.稀硫酸
C.稀硝酸
D.氢氧化钠溶液
【考例考法直击】
1.【2013·上海卷】用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如:
2Al+4BaO3Ba↑+BaO·Al2O3
常温下Al的金属性比Ba的金属性________(选填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是________。
A.高温时Al的活泼性大于Ba
B.高温有利于BaO分解
C.高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定
D.Ba的沸点比Al的低
2.【2013·重庆卷节选】合金是建造航空母舰的主体材料。
(1)航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置为____________。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得,提取过程中通入的气体为_____________________________________________________。
②AlMg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其化学方程式为________________________________________________________________________。
焊接过程中使用的保护气为________(填化学式)。
(2)航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为________。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成,则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________。
3.【2013·山东卷节选】金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________________________________________________________________________。
a.Fe2O3 b.NaCl
c.Cu2S d.Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应:2Cu2S+2H2SO4+5O2===4CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是________。当1 mol O2发生反应时,还原剂所失电子的物质的量为________mol。
4.【2014·山东卷节选】离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
(1)钢制品接电源的________极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为__________________________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为________。
(2)为测定镀层厚度,用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层,当反应转移6 mol电子时,所得还原产物的物质的量为________mol。
参考答案
第九单元 铜及其重要化合物 金属矿物的开发利用
【考点互动探究】
考点一
知识梳理
1.(1)紫红 导电 导热
(2)2Cu+O22CuO
Cu+Cl2CuCl2
2Cu+SCu2S
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag
Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2
2.(1)Cu+H2O CH3CHO+H2O+Cu
(2)蓝色 Cu(OH)2CuO+H2O 醛基
(3)白 蓝 蓝矾或胆矾 硫酸铜 石灰乳
对点自测
1.(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
[解析] (1)电解CuCl2溶液发生反应:CuCl2Cu+Cl2↑。(2)氢气还原氧化铜时,应“先通氢,后点灯”,以免加热时发生爆炸危险。(3)常温下,铁在浓硝酸中发生钝化无气体产生,铜与浓硝酸作用生成NO2气体。(4)铁、铜电极在稀硫酸中组成原电池,铁发生氧化反应失电子,H+在铜电极上得电子,铁比铜活泼。(6)无水硫酸铜能与水作用生成蓝色的CuSO4·5H2O,能作水的检测剂。(7)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分。(8)波尔多液的成分含有硫酸铜,能与单质铁和铝发生置换反应而降低药效,故不能在铁桶或铝桶中配制。
2.①黑色 ②红色 ③黑色 ④黑色 ⑤绿色 ⑥蓝色 ⑦紫红色 ⑧白色 ⑨蓝色
题组训练
题组一
1.B [解析] 由于氧化铜能够和乙醇反应生成乙醛和铜,铜变成氧化铜,氧化铜又被还原成铜,最终铜质量没有变化,A项不符合题意;铜和稀硝酸反应生成了硝酸铜,质量一定减少,B项符合题意;由于铁还原性大于铜,铁先参加反应,若是铁足量,则铜不消耗,C项不符合题意;铜、锌构成的原电池,铜是正极,质量没有变化,D项不符合题意。
2.D [解析] 铜与浓硫酸反应后仍有大量浓硫酸,不能把水加入反应器中,否则会发生危险,A项错误;Cu与Cl2常温下不反应,需要加热才能发生反应,B项错误;CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。
题组二
1.B [解析] 根据题意,3.2 g 滤渣一定是铜,而铜与Fe3+ 不共存,A项错误;最后的 3.2 g 固体为Fe2O3,其中铁元素的质量为 2.24 g,B项正确;样品中铜元素和氧元素的质量共 5.76 g-2.24 g=3.52 g,C项错误;2.24 g 铁元素不可能全是单质,故生成的氢气的体积小于 896 mL,D项错误。
2.(1)作氧化剂 过滤
(2)Cu(NH3)+2RH===2NH+2NH3+CuR2 分液漏斗 ab
(3)RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁;液体过多
(4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤
(5)H2SO4 防止由于溶液中c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀
[解析] (1)Cu转化为Cu(NH3),Cu被氧化,因此H2O2作氧化剂。操作①得到溶液和残渣,为过滤。(2)根据流程图,Cu(NH3)与RH反应,生成NH3、NH和CuR2,根据原子守恒、电荷守恒配平离子方程式。操作②得到有机层和溶液,为分液,需要用到的仪器为分液漏斗,目的是富集铜元素,并分离出铜元素。(3)CuR2与稀硫酸发生复分解反应,生成CuSO4和HR。图中错误有:分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,分液漏斗中液体太多。(4)电解CuSO4溶液,阳极为OH-放电,阳极产物为H2SO4和O2。由CuSO4溶液制得胆矾的步骤为加热浓缩、冷却结晶、过滤。(5)电解CuSO4溶液制得的H2SO4可以循环利用。循环使用NH4Cl,可以防止Cu2+转化为沉淀。
考点二
知识梳理
1.(1)金属特性 (2)①低 ②大
2.铁、铬、锰 (1)钢 (2)青铜
对点自测
1.(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
[解析] (1)合金的熔点一般低于组成各成分金属的熔点。(2)生铁、钢中都含有非金属碳。(3)人类应用最早的金属为铜 。(4)生铁或钢为应用广泛的金属材料。(5)合金中的金属元素以游离态形式存在。(6)合金都为混合物。
2.①—B,②—A,③—D,④—C
题组训练
题组一
1.C [解析] 要想形成合金,则必须满足各成分都要有共同的液态温度范围(即合金中一种金属的熔点要高于另一种金属的熔点而低于它的沸点),这样才能熔合在一起。当铁熔化时,钠已经变成钠蒸气了,所以铁和钠不具备形成合金的条件。
2.D [解析] 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.A
题组二
1.(1)Ag++e-===Ag 2NO+O2===2NO2
(2)CuO、Al(OH)3 Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O
(3)4 2 4 O2
(4)50 25
(5)蒸发浓缩、冷却结晶
[解析] (1)电解精炼银时,阴极反应式为Ag++e-===Ag;气体变色是因为发生反应:2NO+O2===2NO2。
(2)结合工艺流程及Al(OH)3和Cu(OH)2的分解温度知固体混合物B含有CuO、Al(OH)3。若NaOH过量,则Al(OH)3会转化为NaAlO2。
(3)该反应为氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质并配平方程式。
(4)生成CuAlO2的物质的量为=50 mol,至少需要Al2(SO4)3的物质的量为 25 mol,即至少需要 1.0 mol·L-1 的Al2(SO4)3溶液 25 L。
(5)由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。
2.(1)D
(2)Cu(铜) 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(3)0.4xy
(4)保证Fe3+ 沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀
(5)4.5
(6)B
(7)CuCl2Cu+Cl2↑
[解析] (1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ一定都不含有的操作是蒸馏。
(2)过量的还原剂应是铜,溶液a中发生反应的离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。
(3)若用x mol/L KMnO4溶液处理溶液b,当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO4溶液y mL,反应的高锰酸钾的物质的量为10-3xy mol,1 mol 高锰酸钾参与反应转移 5 mol 电子,则氧化的亚铁离子的物质的量为5×10-3xy mol,最后所得红棕色固体氧化铁的质量为0.5×5×10-3xy mol×160 g·mol-1=0.4xy g。
(4)将溶液c调节pH至2.9~3.2的目的是保证Fe3+ 沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀。
(5)常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20,取 0.2 mol/L 的CuCl2溶液,若要使Cu2+
开始沉淀,c(OH-)=(2.0×10-20/0.2)0.5=10-9.5 mol/L,故溶液的pH应调节至4.5。
(6)工业上制取铁的方法是用CO还原氧化铁得到铁单质,故选择热还原法。
(7)用惰性电极电解氯化铜溶液制取固体铜,所发生的化学反应方程式为CuCl2Cu+Cl2↑。
考点三
知识梳理
1.游离 化合
3.(1)弱 不易 容易 较差 2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑。
(2)①C+2ZnO2Zn+CO2↑ C+2CuO2Cu+CO2↑
②3CO+Fe2O32Fe+3CO2 CO+CuOCu+CO2
③3H2+WO3W+3H2O 4H2+Fe3O43Fe+4H2O
④2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr 10Al+3V2O56V+5Al2O3
(3)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
4.Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3
对点自测
1.(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√
[解析] (2)金属钠先与溶液中的水反应,不能与TiCl4发生置换反应。(4)电解纯净的NaCl溶液得到氢氧化钠溶液而不是金属钠。(5)黄铜矿冶炼得到的粗铜电解可得99.9%的铜。(6)电解MgCl2溶液得不到金属镁,而是生成Mg(OH)2、H2、Cl2。
2.(1)① (2)④ (3)⑤ (4)③ (5)②
题组训练
题组一
1.C [解析] 工业上是电解熔融氧化铝获取金属铝,氯化铝是共价化合物,A项错误;Mg是活泼的金属,应采用电解熔融MgCl2的方法制取,B项错误;用CO还原铁矿石来获取金属铁是工业上炼铁的原理,属于还原法,C项正确;利用CuO制备Cu,应采用热还原法,如H2+CuOCu+H2O,D项错误。
2.B [解析] AlCl3属于共价化合物,熔融状态下不能导电,故无法通过电解熔融AlCl3的方法制取金属铝,A项错误;冶炼生铁时发生反应C+O2CO2(放热反应)、C+CO22CO(吸热反应),B项正确;粗铜精炼时应以粗铜作阳极,C项错误。
题组二
1.BD 不能 Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+===3Fe2+
[解析] 做铝热反应的实验时,需要KClO3作助燃剂,且用镁条引燃。固体混合物中若有Fe2O3,因发生反应Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O和Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe3+ 转化为Fe2+,KSCN溶液也不会变红。
2.(1)合理
(2)NaOH溶液 2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
(3)B
[解析] (1)根据铁、铝的熔点、沸点,在一定温度下Fe、Al能熔合。
(2)根据Al与碱液反应生成H2,可证明Al的存在,故选用NaOH溶液。
(3)Fe、Al均为活泼金属,可以用稀硫酸溶解。
【考例考法直击】
1.弱 D
2.(1)①第三周期第ⅢA族 CO2
②Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O Ar(其他合理答案均可)
(2)①吸氧腐蚀 ②CaCO3或CaO
3.(1)b、d (2)Cu2S 4
[解析] (1)在金属活动顺序表中,排在金属铝前面的金属需采取电解法冶炼,而金属Fe、Cu利用热还原法冶炼。(2)在反应中Cu2S中Cu、S化合价升高被氧化,Cu2S在反应中作还原剂;1 mol O2发生反应,得到4 mol电子,因此还原剂所失去的电子也一定是4 mol。
4.(1)负 4Al2Cl+3e-===Al+7AlCl H2 (2)3
[解析] (1)电镀时,镀件应连接电源负极,作阴极;在阴极上发生还原反应,结合题中“电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”可知阴极上的反应式是4Al2Cl+3e-===Al+7AlCl;若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极反应是水电离出的H+得电子还原为H2。(2)用NaOH溶解铝镀层时发生反应:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,H2是还原产物,当转移6 mol电子时,该反应可得到3 mol还原产物。
【教师备用习题】
1. 【2016·河北唐山模拟】已知酸性条件下有如下反应:2Cu+===Cu2++Cu。由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜时,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证,实验操作和实验现象记录如下:
加入试剂
稀硫酸
浓硫酸、加热
稀硝酸
浓硝酸
实验现象
红色固体和蓝色溶液
无色气体
无色气体和蓝色溶液
红棕色气体和蓝色溶液
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是( )
A.Cu
B.Cu2O
C.一定有Cu,可能有Cu2O
D.一定有Cu2O,可能有Cu
[解析] D H2还原CuO生成红色固体,可能是Cu和Cu2O中的一种或两种,加入稀硫酸变蓝和得到红色固体,证明原固体中含Cu2O,而不能证明有无Cu。
2.【2016·江西九江模拟】下列有关金属及其化合物的说法中,正确的个数为( )
①在人类对金属材料的使用过程中,性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用
②纯铁比生铁抗腐蚀性更强
③单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属
④向紫色石蕊试液中加入过量的Na2O2粉末,振荡,溶液变为蓝色并有气泡产生
⑤青铜、不锈钢、硬铝都是合金
⑥可通过焰色反应区分钾元素和钠元素
⑦将FeCl3溶液滴入KI淀粉溶液中,溶液变蓝色
⑧铝粉和氧化镁粉末混合,高温能发生铝热反应
A.4 B.5 C.6 D.7
[解析] A ②⑤⑥⑦正确。在人类对金属材料的使用过程中,性质不活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用,①错误;铝是活泼金属,③错误;向紫色石蕊试液中加入过量的Na2O2粉末,振荡,溶液先变为蓝色后褪色,并有气泡产生,④错误;铝粉和氧化镁粉末混合,镁比铝活泼,不能发生铝热反应,⑧错误。
3.【2016·江西赣州模拟】某化学小组为测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数,设计了如下实验方案:
方案Ⅰ:铜铝混合物测定生成气体的体积
方案Ⅱ:铜铝混合物测定剩余固体的质量
下列有关判断中不正确的是( )
A.溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液
B.若溶液B选用浓硝酸,则测得铜的质量分数偏小
C.溶液A和B均可选用稀硝酸
D.实验室中方案Ⅱ更便于实施
[解析] C 盐酸和Al反应,剩余铜,利用产生的氢气的体积,即可求出铝的质量分数,从而得出铜的质量分数;如用NaOH溶液和铝反应,根据产生的氢气的体积,也可求出铜的质量分数,A正确;如果选用浓硝酸,硝酸可以和铜反应,铝钝化使剩余固体的质量偏大,从而使测得铜的质量分数偏小,B正确;如果选用稀硝酸,稀硝酸与铜、铝均反应,就会造成方案Ⅱ中没有固体剩余,C错误;无论选用NaOH溶液还是盐酸,最后剩余的固体都是Cu,利用方案Ⅱ直接测固体的质量比较方便,而方案Ⅰ测气体的体积比较麻烦,所以方案Ⅱ更便于实施,D正确。
4.【2016·山东潍坊模拟】铜及其化合物在生产生活中有广泛应用,铜在化合物中的常见化合价有+1价、+2价。已知Cu2O与稀硫酸反应,溶液呈蓝色。
(1)工业上可用Cu2S+O22Cu+SO2反应制取粗铜,该反应中________元素被还原。
(2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中,温度控制在 50 ℃,加入H2O2溶液,一段时间后,升温到 60 ℃,再反应一段时间后可制得硫酸铜,该反应的离子方程式为____________________________________________________________________________。
温度控制在50~60 ℃ 的原因除了加快反应速率外,还有________________。在CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液加热,生成CuCl沉淀,写出生成CuCl的离子方程式:________________________________________________________________________。
(3)现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中,加入 2 L 0.6 mol·L-1 HNO3
溶液恰好使混合物溶解,同时收集到4480 mL NO气体(标准状况)。Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
若将上述混合物用足量的H2加热还原,所得到固体的质量为________g。若混合物中含 0.2 mol Cu,将该混合物与稀硫酸充分反应,消耗H2SO4的物质的量为________________________________________________________________________mol。
[答案] (1)Cu、O
(2)Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O 防止H2O2分解 2Cu2++2Cl-+SO+H2O2CuCl↓+SO+2H+
(3)3Cu2O+2NO+14H+===6Cu2++2NO↑+7H2O 32 0.2
[解析] (1)在该反应中铜、氧元素的化合价降低,得到电子,被还原。(3)Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式是3Cu2O+2NO+14H+===6Cu2++2NO↑+7H2O。硝酸发生反应后得到的产物是Cu(NO3)2和NO,由 2 L×0.6 mol·L-1=2n[Cu(NO3)2]+4.480 L÷22.4 L·mol-1 得n[Cu(NO3)2]=0.5 mol,n(Cu2+)=0.5 mol,所以若将上述混合物用足量的H2加热还原,所得到固体的质量为 0.5 mol×64 g·mol-1=32 g。若混合物中含 0.2 mol Cu,则根据原子守恒可得:2n(Cu2O)+n(CuO)=0.3 mol;根据得失电子守恒可得:2n(Cu)+2n(Cu2O)=3×(4.480 L÷22.4 L·mol-1),解得n(Cu2O)=0.1 mol,n(CuO)=0.1 mol,消耗H2SO4的物质的量为 0.1 mol+0.1 mol=0.2 mol。
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