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- 2021-07-08 发布
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第12讲 铜及其重要化合物、金属材料
一、铜及其化合物
1.铜的性质
(1)物理性质:铜是紫红色金属,具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
①2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3
②2Cu+SCu2S
2.氧化铜和氧化亚铜
3.氢氧化铜
(1)物理性质:蓝色不溶于水的固体。
(2)化学性质及应用
4.CuSO4·5H2O
CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末,遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水的检验依据。
无水CuSO4只能作为水的检验试剂,但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
二、金属材料
1.合金
2.常见金属材料
(1)黑色金属材料——钢铁。
①钢是用量最大,用途最广的合金。
(2)有色金属材料——铜和铝。
①我国使用最早的合金是青铜,常见的铜合金有黄铜和白铜等。
②铝合金
3.金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在
(2)金属冶炼的一般步骤
(3)金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn++ne-=M。
(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”,并指明错因。
(1)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。(×)
错因:Cu与HNO3也反应。
(2)将铜粉加入1.0 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝,有黑色固体出现。(×)
错因:Fe3+氧化铜,本身被还原为Fe2+,没有黑色固体生成。
(3)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子。(×)
错因:Cu与热浓H2SO4反应产生SO2。
(4)合金中的金属元素都是以化合态形式存在。(×)
错因:合金中金属多是以游离态形式存在的。
(5)合金的硬度一般小于成分金属,而熔点一般高于成分金属。(×)
错因:合金的硬度一般大于成分金属,而熔点一般小于成分金属。
(6)合金材料中不可能含有非金属元素。(×)
错因:铁合金中就含C、Si等非金属元素。
2.教材改编题
(据人教必修一P68T6)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。从物理性质和化学性质的角度分析,铜常用于制造货币的说法正确的是( )
A.铜来源广泛,易于从自然界冶炼得到
B.铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀,铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型
C.铜的外观为紫红色,大方美观,易于被人们接受
D.铜的化学性质不稳定,在空气中易转化为铜绿,铜绿具有抗腐蚀能力,易于流通
答案 B
考点 铜及其化合物的性质
[典例1] (2018·安徽三校联考)硫酸铜是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是( )
A.相对于途径①,途径②更好地体现了绿色化学思想
B.硫酸铜在1100 ℃分解所得气体X可能是二氧化硫和三氧化硫的混合气体
C.Y可以是葡萄糖溶液
D.将硫酸铜溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体
解析 途径①:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,途径②:2Cu+O2+2H2SO4(稀)2CuSO4+2H2O,制取等质量硫酸铜途径②需要的硫酸少,且途径②无污染性气体产生,故途径②更好地体现了绿色化学思想,A项正确;若X是二氧化硫和三氧化硫的混合气体,则硫酸铜中铜元素、硫元素的化合价都降低,而无元素化合价升高,故B项错误;葡萄糖中含有醛基,可与氢氧化铜悬浊液在加热条件下反应生成Cu2O,C项正确;硫酸铜溶液中铜离子会水解,但生成的硫酸不挥发,故将硫酸铜溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体,D项正确。
答案 B
名师精讲
1.熟记铜及其化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
2.铜及其化合物
(1)Cu在加热条件下与O2非常容易反应,利用这一性质,可把Cu作为O2的吸收剂。若在实验题中看到加热的铜网或铜粉,应想到这一作用。
(2)无水CuSO4常用作水的检验试剂;由于其吸水效率不是太高,一般不作干燥剂使用。
(3)铜盐属于重金属盐,可使蛋白质变性,故铜盐有毒。农业上常用石灰乳和CuSO4混合作用,两者的混合液是被称为“波尔多液”的农药。
(4)溶液中的Cu2+常为蓝色(浓CuCl2溶液为绿色,稀CuCl2溶液为蓝色),可作为Cu2+的鉴别依据。如CuSO4溶液呈蓝色,在推断题中,“蓝色溶液”基本可作为Cu2+的存在依据。
(5)Cu2+与碱反应生成蓝色沉淀[Cu(OH)2],这也是鉴定Cu2+的原理之一。
3.铜的冶炼“两方法”
(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+2SO2
2Cu2O+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,粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%~99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极,用纯铜棒作阴极即可得精铜。
1.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:
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物( )
A.是Cu
B.是Cu2O
C.一定有Cu,一定有Cu2O
D.一定有Cu2O,可能有Cu
答案 D
解析 浓H2SO4(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O;而稀H2SO4与Cu不反应,与Cu2O反应。
2.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图:
Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾
(1)Cu2S中铜元素的化合价为________,火法炼铜的反应原理是__________________________________(用化学方程式表示)。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,请写出生成红色物质的离子方程式:___________________________。
(3)若将A中红色物质反应掉,操作Ⅰ中加入的试剂最好是________(填字母)。
A.适量的NaNO3 B.适量的HNO3
C.适量的H2O2
答案 (1)+1 Cu2S+O22Cu+SO2 (2)Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O (3)C
解析 (1)Cu2S中铜为+1价,火法炼铜中Cu、O被还原,S被氧化,反应的化学方程式为Cu2S+O22Cu+SO2。
(2)依据信息知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。
(3)H2O2不产生污染物,不引入杂质。
考点 金属材料
[典例2] 冶炼金属一般有以下几种方法:①热分解法;②焦炭法;③水煤气法(CO或H2);④活泼金属置换法;⑤电解法。这几种方法各有优缺点,它们在工业上均有应用。古代有:a.火烧孔雀石炼铜;b.湿法炼铜;现代有:c.铝热法炼铁;d.光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是( )
A.a用② B.b用③
C.c用④ D.d用⑤
解析 铁、铜、镁的冶炼方法,要根据它们的金属活动性来选择。火烧孔雀石炼铜是用焦炭作还原剂进行冶炼,A正确;湿法炼铜是在溶液中进行的,故不能用水煤气法,B不正确;铝热法炼铁属于活泼金属置换法,C正确;镁的活泼性较强,用电解法比较适宜,D正确。
答案 B
名师精讲
1.合金特性
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含金属元素。
(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能,在许多方面不同于各成分金属,不是简单加合;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
(3)并非所有的金属都能形成合金。两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,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。
(4)合金一定是混合物。
2.金属活动性顺序表中隐含的重要信息
3.金属的冶炼
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系:
(2)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,气化离开反应体系,使化学反应得以向正反应方向进行。
4.铝热反应
3.(2018·芜湖质检)下列说法正确的是( )
A.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
B.钢铁厂用热还原法冶炼铁
C.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应
D.MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
答案 B
解析 电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2,得不到单质钠,A错误;电解熔融Al2O3发生的是氧化还原反应,C错误;工业上冶炼镁是电解熔融MgCl2
而不是MgO,D错误。
4.金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是( )
A.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的
C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D.越活泼的金属越难冶炼
答案 B
解析 合金的化学性质与成分金属的化学性质相似,物理性质略有不同,A正确;Mg在工业上用电解法冶炼,Cu用热还原法冶炼,B错误;金属冶炼的实质是Mn++ne-===M,C正确;金属越活泼,则金属离子的氧化性越弱,越难被还原,D正确。
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