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- 2021-05-13 发布
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用途广泛的金属材料 铜及其化合物
1.了解合金的概念及其重要应用。
2.了解金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。(高频)
合金及常见的金属材料
1.合金
(1)概念
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,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。
如生铁的熔点比纯铁的熔点低。
2.常见的金属材料
铜及其化合物的性质
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。
(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+===2Ag+Cu2+。
与氯化铁溶液的反应:Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+。
2.铜的重要化合物的性质及其应用
(1)CuO:黑色难溶于水的固体,与酸可以反应,可以用H2、CO、Al还原出Cu。
(2)Cu(OH)2:蓝色难溶物,与酸可以反应,与稀H2SO4反应的离子方程式为Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2O,
受热分解为CuO和H2O。
(3)Cu2O:红色难溶物,在酸性条件下发生:Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。
(4)铜盐
①Cu2(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H2SO4,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。
c.CuSO4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。
1.易误诊断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)合金是由多种元素组成的化合物( )
(2)任何金属或非金属均能熔合为合金( )
(3)合金一定比构成合金的金属的硬度或强度都大( )
(4)铁锈和铜锈的成分都是金属氧化物( )
(5)在碱性条件下,葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液共热可形成红色沉淀(Cu2O)( )
(6)检验CO2中有H2O(g)可将气体通入装有无水CuSO4的干燥管中( )
(7)常温下,铜、铁与浓H2SO4作用的原理相同( )
(8)浓H2SO4使CuSO4·5H2O失水是物理变化( )
【答案】 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
2.若将铜币、银币和金币分别放到稀硝酸中浸泡,能溶解的是__________,不溶解的是__________,写出溶解时的化学方程式_____________________。
【答案】 铜币、银币 金币
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O、
3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O
3.(必修1P68T7,改编)Fe2O3与CO反应的化学方程式为______________________,其中还原剂是________,当有2 mol Fe生成时,转移的电子数为________。
【答案】 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 CO 6NA或6×6.02×1023
合金的2个特性:
①合金熔点比成分金属或非金属低;
②合金的硬度比成分金属大。
6种物质的颜色:Cu——紫红色,CuO——黑色,
Cu(OH)2——蓝色,CuSO4——白色,CuSO4·5H2O——蓝色,Cu2(OH)2CO3——绿色
6个化学方程式
①Cu+Cl2CuCl2,
②Cu+SCu2S
③2Cu+O2+H2O+CO2===Cu2(OH)2CO3(铜锈),
④3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,
⑤Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,
⑥Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
合金材料性质及应用
1.金属制成合金后性能也随之改变,并且合金比纯金属用途更广泛。
2.合金的性质具有成分金属或非金属的性质或特性,但合金的性质并不是其各成分金属的性质之和。
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。
4.合金并不只含有金属元素,部分合金中还含有非金属元素。合金中的非金属元素主要有碳、硅等。
(2013·四川高考)1.52 g铜镁合金完全溶解于50 mL密度为1.40 g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1 120 mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54 g沉淀。下列说法不正确的是( )
A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1
B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0 mol/L
C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
D.得到2.54 g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600 mL
【解析】 分析清楚反应过程,充分利用守恒思想来解决问题。A.向反应后溶液中加入NaOH,生成Mg(OH)2和Cu(OH)2沉淀,固体质量增加的是OH-的质量,且有n(OH-)=n(e-),设合金中镁、铜的物质的量分别为x、y,
则有
解之得,则该合金中铜、镁的物质的量之比为2∶1。B.该硝酸的浓度c===14.0 mol/L。C.NO2和N2O4都来自硝酸,设混合气体中NO2的物质的量为x,根据电子守恒得x+(0.05 mol-x)×2=0.06 mol,x=0.04 mol,NO2的体积分数为80%。D.得到2.54 g沉淀后,溶液中的溶质只有NaNO3,故n(NaOH)=0.7 mol-0.04 mol-0.02 mol=0.64 mol,则NaOH溶液的体积是640 mL。
【答案】 D
考向1 与合金性质有关的图象
1.
(2010·安徽高考)右图是三种稀酸对FeCr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果,下列有关说法正确的是( )
A.稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱
B.稀硝酸和铁反应的化学方程式是Fe+6HNO3(稀)===Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O
C.Cr含量大于13%时,因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大,所以对FeCr合金的腐蚀性最强
D.随着Cr含量增加,稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性减弱
【解析】 A项,由图示可知当Cr 含量小于13%时,稀硝酸对合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸强,当Cr含量大于13%时,稀硝酸对合金腐蚀性较弱。B项,稀硝酸与金属反应时,其还原产物应是NO。C项,Cr含量大于13%时,硫酸对合金腐蚀性最强,由于溶液密度没有给出,硫酸中氢离子浓度不一定最大。D项,由图示可知,随着Cr含量增加,稀硝酸对合金腐蚀性减弱。
【答案】 D
考向2 合金的性质
2.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金的性质的叙述中正确的是( )
A.此合金的熔点、硬度比镁和铝的熔点、硬度都高
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.此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中
【解析】 合金的熔点一般低于它的成分金属,A错误;镁铝合金具有镁、铝的化学性质,只有B正确。
【答案】 B
铜及其化合物的性质及其应用
Cu(NO3)2、CuSO4制备的最佳方法和途径
CuCuOCu(NO3)2
CuCuOCuSO4,此法的优点是无污染物和酸的利用率高。
(2010·新课标全国卷节选)物质A~G有下图所示转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。其中A为某金属矿的主要成分,经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应,G为砖红色沉淀。
请回答下列问题:
(1)写出下列物质的化学式:B________、E__________、G________;
(2)利用电解可提纯C物质,在该电解反应中阳极物质是________,阴极物质是________,电解质溶液是________;
(3)反应②的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 本题采用逆推法。由G为砖红色沉淀可知,G必为Cu2O,F为铜盐,又有C(单质)+E(浓)―→F+B反应,可能为Cu和浓H2SO4或Cu和浓HNO3的反应,又由B→D的反应条件高温、催化剂,可推出B为SO2,C为Cu,D为SO3,E为H2SO4,F为CuSO4。
【答案】 (1)SO2 H2SO4 Cu2O (2)粗铜 精铜
CuSO4溶液
(3)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
CuO与Cu2O的性质比较
(1)CuO为黑色,Cu2O为红色。
(2)CuO与酸反应生成铜盐和水,而Cu2O与酸反应一般生成铜盐、铜和水。
(3)CuO无还原性,Cu2O有还原性,遇到HNO3能被氧化。
考向1 铜及其化合物的主要性质
3.已知酸性条件下有反应:2Cu+===Cu2++Cu。氢气还原氧化铜实验由于反应温度不同,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。某同学对某次氢气还原氧化铜的红色固体产物作了如下实验,实验操作和实验现象列表如下:
加入试剂
稀硫酸
浓硫酸并加热
稀硝酸
浓硝酸
实验现象
红色固体不反应
无色气体
无色气体、蓝色溶液
红棕色气体、蓝色溶液
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
【解析】 浓H2SO4(△)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O;而稀H2SO4与Cu不反应,与Cu2O反应。
【答案】 A
考向2 以CuSO4等铜盐制备为目的实验试题
4.(2012·福建高考节选)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下:
(1)步骤(ⅰ)中Cu2(OH)2CO3发生反应的化学方程式为_________________。
(2)步骤(ⅱ)所加试剂起调节pH作用的离子是________(填离子符号)。
(3)在步骤(ⅲ)发生的反应中,1 mol MnO2转移2 mol电子,该反应的离子方程式为_________。
【解析】 (1)Cu2(OH)2CO3溶于H2SO4的反应为:
Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O。
(2)加入的NH4HCO3中HCO可以与溶液中的H+反应,故起调节pH作用的离子是HCO。
(3)溶液中具有还原性的只有Fe2+,再根据1 mol MnO2转移2 mol电子,即可写出相应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O。
【答案】 (1)Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+CO2↑+3H2O
(2)HCO
(3)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O
模拟流程型实验题
【典题例证】 (2013·天津高考)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。
Ⅰ.经查阅资料得知:无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:
①检验装置的气密性;
②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;
④……
⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。
请回答下列问题:
(1)装置A中反应的化学方程式为_______________________________。
(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是 _____________________。
(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号) ________。
(4)装置B中冷水浴的作用为 ________;装置C的名称为__________;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂:________。
(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为 ____________________。
(7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为 ________。
(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:
①H2S的原子利用率为100%;②_____________________________ 。
解题关键点:(1)须明确FeCl3的性质
无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华,故在制备过程中应进行无水操作。
(2)须明确制备FeCl3的实验装置中各部分的作用及原理。
A:用于FeCl3的发生:2Fe+3Cl22FeCl3;
B:用于FeCl3的收集
C:防止装置中的水分进入B中,引起FeCl3潮解。
D:用于Cl2的吸收:2FeCl2+Cl2===2FeCl3。
E:用于Cl2的尾气处理:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O
(3)须明确副产品FeCl3溶液吸收H2S的原理及电解滤液的电解原理
①FeCl3具有强氧化性,H2S具有强还原性,二者相遇时:2FeCl3+H2S===S↓+2FeCl2+2HCl。
②电解FeCl2溶液时,阴极放电顺序:
H+>Fe2+,故2H++2e-===H2↑,阳极放电顺序:Fe2+>Cl->OH-,故Fe2+-e-===Fe3+。
(4)须明确Fe2+的检验。
用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+的存在不属于课本知识,故在日常学习中应拓宽知识面。
解题疑惑点:(1)Cl2和Fe的反应为3Cl2+2Fe2FeCl3。(2)根据FeCl3加热易升华的性质,可以对反应管中沉积FeCl3的部位加热,使其升华。(3)为了防止FeCl3潮解,②赶尽装置中的空气,防止水蒸气存在;⑤冷却时要在Cl2中冷却,并用干燥的N2赶尽Cl2。(4)装置B中冷水浴的作用是将FeCl3蒸气冷却为FeCl3固体。装置C为干燥管。检验FeCl2是否失效就是检验D中是否存
在Fe2+,可以用K3[Fe(CN)6]溶液检验,现象:若存在Fe2+,溶液中有蓝色沉淀生成。(5)Cl2是有毒气体,可以用碱液吸收,如图所示。(6)H2S与FeCl3发生氧化还原反应:2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+。(7)因为阳极材料为石墨,故阳极是溶液中的Fe2+放电:Fe2+-e-===Fe3+。(8)实验Ⅱ的显著优点是①H2S的利用率高,②FeCl3可以循环利用。
【答案】 (1)2Fe+3Cl22FeCl3
(2)在沉积的FeCl3固体下方加热
(3)②⑤
(4)冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品 干燥管
K3[Fe(CN)6]溶液
(5)
(6)2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+
(7)Fe2+-e-===Fe3+
(8)FeCl3可以循环利用
铁、铜及其化合物综合试题的解题指导
(2012·天津高考节选)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后,得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物,并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线:
请回答下列问题:
(1)第①步Cu与酸反应的离子方程式为____________________________________;
得到滤渣1的主要成分为________。
(2)第②步加H2O2的作用是________________________________________________,
使用H2O2的优点是____________________________________________________;
调溶液pH的目的是使________生成沉淀。
(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是________。
审题指导
信息①:加稀H2SO4、浓HNO3⇒Cu、Al、Fe溶解,Au、Pt不溶形成滤渣
信息②:
⇒加入H2O2氧化还原性离子,调节pH的目的是使某些离子转化沉淀而分离
评分细则
(1)Cu+4H++2NOCu2++2NO2↑+2H2O(写成3Cu+8H++2NO3Cu2++2NO↑+4H2O也给分,写成化学方程式或不配平的不给分,不写“△”扣1分) Au、Pt(只填其中一种给一半分,写错一个倒扣1分)
(2)将Fe2+氧化为Fe3+(写成将Fe2+氧化或使Fe2+转化为Fe3+均给分) 不引入杂质,对环境无污染(少一要点扣1分,其他合理答法也给分) Fe3+、Al3+(少一种扣1分,答错一种扣1分)
(3)加热脱水(写成“加热”也给分)
思维建模
明确实验目的―→分析流程中各步试剂的作用及原理―→结合问题要求准确回答。