第三章 第13讲.docx

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第三章第13讲

考纲要求

　1.了解常见金属活动顺序。

2.了解合金的概念及重要应用。

3.了解铜及其重要化合物的主要性质及其应用。

考点一　铜及其化合物

1.单质铜

（1）物理性质：

紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。

（2）化学性质

①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的____________。

有关化学方程式___________________________________

________________________________________________________________________。

②写出下列化学方程式：

铜在空气中加热：

________________________________________________________；

铜丝在硫蒸气中反应：

____________________________________________________。

答案　①铜锈　2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2（OH）2CO3

②2Cu＋O2

2CuO　2Cu＋S

Cu2S

2.铜的重要化合物

（1）Cu2（OH）2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的氧化铜，化学方程式：

Cu2（OH）2CO3

2CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：

Cu2（OH）2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O。

（2）黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，化学方程式为4CuO

2Cu2O＋O2↑。

（3）蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为CuSO4·5H2O

CuSO4＋5H2O。

（4）红色的Cu2O与稀硫酸反应，溶液变蓝，同时生成红色的单质铜，离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。

深度思考

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）CuO是黑色固体，与水反应生成Cu（OH）2（×）

（2）铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物（×）

（3）无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水（√）

（4）将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀（√）

（5）CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化（×）

（6）用稀硝酸清除铜制品上的铜锈（×）

（7）过量铜与浓硝酸反应，产生的气体中有NO2、NO和H2（×）

（8）铜是导电性最好的金属材料（×）

题组一　铜及其化合物的性质和应用

1.铜在自然界多以化合态的形式存在于矿石中。

常见的铜矿石有：

黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）、辉铜矿（Cu2S）、孔雀石[CuCO3·Cu（OH）2]。

下列说法不正确的是（　　）

A.可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿

B.硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂

C.工业上常采用电解法制取粗铜

D.在上述几种含铜化合物中，铜的质量分数最高的是Cu2S

答案　C

解析　CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，B项正确；工业上常用电解法精炼铜，C项不正确。

2.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生反应：

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Cu2O

B.溶液中最终可能有紫红色固体出现

C.该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

答案　C

解析　解答此题的关键是明确稀硝酸具有酸性和强氧化性，能溶解CuO、Cu2O和单质Cu，因而该实验结果无法说明CuO分解的程度。

3.氢化亚铜（CuH）是一种难溶物质，用CuSO4溶液和另一种“反应物”在40～50℃时反应可生成它。

CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。

下列有关推断中错误的是（　　）

A.这里的“另一种反应物”具有还原性

B.CuH可作氧化剂，还原剂

C.CuH＋Cl2===CuCl＋HCl（燃烧）

D.CuH＋HCl===CuCl＋H2↑（常温）

答案　C

解析　C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。

（1）＋1价的铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。

（2）＋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，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。

题组二　铜的冶炼方法

4.在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备单质铜，有下列两种途径：

①Fe

H2

Cu

②CuO

CuSO4

Cu

若用这两种方法制得等量的铜，则下列有关说法符合实际情况的是（　　）

A.消耗氧化铜的质量相同

B.消耗铁的质量相同

C.消耗硫酸的质量相同

D.生成硫酸亚铁的质量相同

答案　A

解析　制备1molCu需要1molCuO，而H2还原CuO时需要先用H2排除体系内的空气，冷却时也需要继续通H2，因此需要H2的量远大于1mol，即消耗的Fe、H2SO4均比第②种方法多。

5.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）：

↓②

→

（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______________。

答案　

（1）固体逐渐消失，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生　Cu2（OH）2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O　

（2）铁粉（答案合理即可）　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu

解析　

（1）孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2（OH）2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。

（2）经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。

题组三　铜及其化合物的转化关系

6.（2017·邯郸调研）某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如下：

下列说法正确的是（　　）

A.焙烧过程中每消耗1molCuS则消耗3molO2

B.焙烧后的废气能够使酸性高锰酸钾溶液褪色

C.滤渣中主要含铁的氧化物

D.将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体

答案　B

解析　A项，2CuS＋3O2

2CuO＋2SO2，由方程式可知，1molCuS消耗1.5molO2；B项，废气中含有SO2，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确；调节pH时，Fe3＋水解转化为Fe（OH）3而除去，因而C项错误；将CuCl2·2H2O直接加热脱水，Cu2＋水解，HCl挥发会产生Cu（OH）2，无法得到CuCl2，因而D项错误。

7.铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用，铜在化合物中的常见化合价有＋1、＋2。

（1）工业上可利用反应Cu2S＋O2

2Cu＋SO2制取粗铜，反应中被氧化的元素是________，当消耗32gCu2S时，转移电子数目是________（设NA为阿伏加德罗常数的值）。

（2）将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在50～60℃，通入O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为________________________________________。

CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，写出生成CuCl的离子方程式：

___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时，发现铜片表面有黑色固体生成。

①甲同学猜想：

黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO，其猜想可用化学方程式表示：

Cu＋H2SO4

___________________________________________________________。

②乙同学认为：

黑色固体除CuO外，还可能含有Cu2S和CuS，其理由可能是___（填字母）。

a.Cu2S和CuS都是黑色的

b.铜与浓硫酸在加热条件下反应，还可能放出O2

c.浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂，Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能

答案　

（1）S　1.2NA

（2）2Cu＋4H＋＋O2

2Cu2＋＋2H2O

2Cu2＋＋2Cl－＋SO

＋H2O

2CuCl↓＋SO

＋2H＋

（3）①CuO＋SO2↑＋H2O　②ac

解析　

（1）Cu2S＋O2

2Cu＋SO2反应制取粗铜，硫元素的化合价从－2升到＋4，被氧化，反应中被氧化的元素是S，当消耗32gCu2S时，转移电子数目是

×6NAmol－1＝1.2NA。

（2）将少量铜丝放入适量的稀硫酸中，温度控制在50～60℃，通入O2，反应一段时间后可制得硫酸铜，发生反应的离子方程式为2Cu＋4H＋＋O2

2Cu2＋＋2H2O。

CuSO4溶液中加入一定量的NaSO3溶液和NaCl溶液加热，生成CuCl沉淀，离子方程式：

2Cu2＋＋2Cl－＋SO

＋H2O

2CuCl↓＋SO

＋2H＋。

（3）①按照甲同学猜想：

铜被氧化生成CuO，硫酸被还原为SO2，化学方程式为Cu＋H2SO4

CuO＋SO2↑＋H2O。

②分析可能的理由时，应该从反应现象和氧化还原反应原理入手，ac符合。

考点二　金属材料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。

（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。

2.常见金属材料

金属材料—

（1）重要的黑色金属材料——钢

钢是用量最大、用途最广的合金。

钢

（2）几种有色金属材料

3.金属矿物的开发利用

（1）金属在自然界中的存在

在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外，绝大多数金属元素以_______形式存在。

（2）金属冶炼的实质

金属元素只有正价，没有负价，所以金属的冶炼过程就是把金属从其化合物中____________出来的过程。

（3）金属冶炼的方法

①热分解法。

如由HgO、Ag2O冶炼Hg、Ag：

___________________________________________、

________________________________________________________________________。

②热还原法。

a.CO还原Fe3O4：

________________________________________________________；

b.H2还原WO3：

__________________________________________________________；

c.C还原ZnO：

ZnO＋C

Zn＋CO↑。

③电解法。

工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为

________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

答案　

（1）化合物　

（2）还原　（3）①2HgO

2Hg＋O2↑　2Ag2O

4Ag＋O2↑　②Fe3O4＋4CO

3Fe＋4CO2　WO3＋3H2

W＋3H2O　③2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑　MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑　2Al2O3

4Al＋3O2↑

4.铝热反应实验中的有关问题

实验装置

实验现象

①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发生耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

实验结论

高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3

原理应用

①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等。

3MnO2＋4Al

3Mn＋2Al2O3；

②金属焊接，如野外焊接钢轨等

深度思考

正误判断，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）地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金（√）

（4）铁是人类在生产、生活中最早使用的金属（×）

（5）用金属钠能置换氯化铜溶液中的铜（×）

（6）工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应（√）

（7）人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高（×）

（8）用黄铜矿经电解精炼得到纯度99.9%的铜（×）

（9）电解氯化镁溶液制取金属镁（×）

（10）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（√）

题组一　金属与合金的性质和应用

1.下列关于金属元素的叙述正确的是（　　）

A.金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性

B.金属元素的单质在常温下均为固体

C.金属元素在不同化合物中化合价均相同

D.大多数金属元素的单质为电的良导体

答案　D

解析　金属离子中的中间价态离子，比如Fe2＋，既有氧化性又有还原性，A错；常温下金属汞呈液态，B错；有的金属元素存在变价，比如Fe、Cu等，C错。

2.C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。

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

答案　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.（2016·唐山调研）现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。

取硬铝样品进行如下实验（每一步试剂均过量），由此可以推知硬铝的组成可能为（提示：

Si＋2OH－＋H2O===SiO

＋2H2↑）（　　）

样品

A.Al、Mg、Si、ZnB.Al、Fe、Zn、Na

C.Al、Na、Cu、FeD.Al、Cu、Mg、Si、Mn

答案　D

解析　通过反应①知合金中必须含有排在金属活动性顺序中H之前的金属和H之后的金属；由反应②知合金中必须含有Si及排在金属活动性顺序表H之后的金属或其他非金属。

题组二　金属冶炼方法的选择

4.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）2

MgO

Mg

答案　B

解析　电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，而得不到单质钠，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。

5.（2016·唐山二模）如图是某课外小组从初选后的方铅矿[主要成分PbS，含少量黄铜矿（CuFeS2）]中提取硫黄、铜、铅的工艺流程图：

已知：

CuFeS2＋4FeCl3===2S＋5FeCl2＋CuCl2、PbS＋2FeCl3===S＋PbCl2＋2FeCl2

（1）黄铜矿（CuFeS2）中Fe元素的化合价为_____________________________________；

提高方铅矿酸浸效率的措施有____________________________（写出两种方法即可）。

（2）过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、______；单质A是________；在此工艺操作中可循环利用的物质有铅、________。

（3）在酸性的FeCl2溶液中加入H2O2溶液，其反应的离子方程式为______________。

（4）PbSO4与PbS加热条件下反应的化学方程式为_____________________________。

答案　

（1）＋2价　搅拌、适当提高酸的浓度（或加热、将矿石粉碎、延长浸取时间）

（2）漏斗　硫黄（或S）　盐酸和氯化铁溶液

（3）2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

（4）PbSO4＋PbS

2Pb＋2SO2↑

解析　

（1）黄铜矿（CuFeS2）中，S显－2价，Cu显＋2价，故Fe显＋2价；搅拌、适当提高酸的浓度、加热、将矿石粉碎、延长浸取时间等都可以提高方铅矿酸浸效率。

（2）过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；单质A是S，可循环利用的物质有铅、盐酸和氯化铁溶液。

（3）在酸性的FeCl2溶液加入H2O2溶液，Fe2＋被氧化成Fe3＋，故离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

（4）由工艺流程图中PbSO4与PbS加热反应生成Pb，反应的化学方程式为PbSO4＋PbS

2Pb＋2SO2↑。

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＋KCl

K↑＋NaCl

2RbCl＋Mg

MgCl2＋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。

题组三　铝热反应及应用

6.铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：

（1）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。

A.KClB.KClO3C.MnO2D.Mg

（2）用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。

①引发铝热反应的操作是__________________________________________________。

②产物中单质是________（写名称）。

（3）取少量

（1）中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）。

答案　

（1）BD　

（2）①加少量KClO3，插上镁条并将其点燃　②Fe　（3）不能　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋

解析　

（1）做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃。

（2）在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。

MgO不能与铝发生铝热反应，所以产物中单质B为Fe。

（3）反应后固体混合物中若有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。

7.金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。

完成下列填空：

（1）镓（Ga）与铝同主族。

写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：

______________。

（2）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＋4BaO

3Ba↑＋BaO·Al2O3

常温下Al的金属性比Ba的金属性________（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

答案　

（1）GaCl3＋3NH3·H2O===Ga（OH）3↓＋3NH4Cl　

（2）弱　d

解析　

（1）由AlCl3与NH3·H2O的反应可推出要求的化学方程式。

（2）依据元素周期律可知Al的金属性弱于Mg，Mg的金属性弱于Ba；应从化学平衡移动的观点分析此反应发生的原因。

1.定量集气法

定量集气法是指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。

其原理的关键点是某组分具有特殊性质（特别是与酸或碱反应能产生气体）。

其操作要点和注意事项有：

保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。

2.沉淀法

沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时涉及的基本实验操作和主要问题有：

称量、溶解（溶解试剂）、沉淀（重点是沉淀试剂的选择）、过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理（包括测定结果的误差分析）。

专题训练

1.航母螺旋桨主要由铜铝合金制造。

80.0gCu－Al合金用盐酸完全溶解后，在溶液中加入过量氨水，过滤后得到白色沉淀39.0g，则合金中Cu的质量分数为________。

答案　83.1%

解析　反应过程：

Al（OH）3↓故39.0g为Al（OH）3的质量。

因此合金中m（Al）＝

×27g·mol－1＝13.5g，合金中铜的质量分数为

×100%≈83.1%。

2.有三种镁铝合金样品①、②、③（组分比例不一定相同）。

三位同学各取一种样品，对合金中镁的质量分数进行下列实验探究：

（1）第一位同学取样品①m1g和过量的氢氧化钠溶液反应，然后过滤；再往滤液中通入过量的二氧化碳气体，将所得沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧，得到固体质量仍为m1g。

则合金中镁的质量分数为________（小数点后保留2位）。

（2）第二位同学取样品②m2g和足量的稀硫酸反应，发现固体完全溶解，标准状况下得到气体体积为VL，则m2的取值范围是________（结果化为最简分数）。

（3）第三位同学取不同质量的样品③分别和30mL同浓度的盐酸反应，所取合金质量与产生气体的体积（标准状况下测定）如表所