高考苏教版化学一轮复习讲义 专题3 第4单元 铜的获取与应用 金属冶炼.docx

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高考苏教版化学一轮复习讲义专题3第4单元铜的获取与应用金属冶炼

第四单元　铜的获取与应用　金属冶炼

考纲定位

考情播报

1.了解合金的概念及其重要应用。

2.掌握金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。

3.了解铜及其重要化合物的制备方法。

4.了解常见金属的活动性顺序和常见金属的冶炼方法。

2016·全国甲卷T13（C）/全国丙卷T7（B）

2015·全国卷ⅠT10（B、D）

2014·全国卷ⅠT8（D）/全国卷ⅡT9（A、D）

考点1|铜及其化合物的性质及其应用

[基础知识自查]

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其应用

（1）

（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）2CO3△,2CuO＋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。

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，用来杀灭植物的病毒。

[应用体验]

1．铜和Cu2O的颜色相近，如何证明Cu中含有Cu2O?

[提示]　取样品少许于试管中，加入稀H2SO4，若溶液呈蓝色则说明含有Cu2O。

2．向含有2molH2SO4的浓H2SO4中加入足量的Cu共热，充分反应可生成1molSO2吗？

为什么？

[提示]　不能生成1molSO2。

因为浓H2SO4变成稀H2SO4后不再反应。

[考点多维探究]

角度1　铜及其化合物的性质与应用

1．（2016·成都诊断）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（　　）

选项

陈述Ⅰ

陈述Ⅱ

判断

A

铜绿的主要成分是碱式碳酸铜

可用稀盐酸除铜器表面的铜绿

Ⅰ对；Ⅱ对；无

B

铜表面易形成致密的氧化膜

铜制容器可以盛放浓硫酸

Ⅰ对；Ⅱ对；有

C

向硫酸铜溶液中通入少量氨气，有蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体

把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑

Ⅰ对；Ⅱ对；有

D

蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化

硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂

Ⅰ错；Ⅱ对；无

D　[A项，陈述Ⅰ、Ⅱ有因果关系；B项，铜与浓H2SO4作用不能形成致密的氧化膜；C项，陈述Ⅰ、Ⅱ无因果关系；D项，陈述Ⅰ为化学变化。

]

2．下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是（　　）

A．CuSO4变成CuSO4·5H2O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．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成

D．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体

A　[B项，Cu（OH）2与乙酸发生中和反应；C项，Cu与Cl2反应需要点燃或加热；D项，CuCl2在蒸干过程中水解生成Cu（OH）2。

]

3．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（　　）

【导学号：

37742071】

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．这种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

C　[Cu2O的检验不能用稀HNO3，HNO3能氧化Cu2O为Cu2＋。

]

铜及其化合物的颜色

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

角度2　以铜的重要化合物制备为载体的综合试题

4．（2017·重庆模拟）CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。

下列说法正确的是（　　）

【导学号：

37742072】

A．相对于途径①③，途径①更好地体现了绿色化学思想

B．途径①发生的反应可能是3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O

C．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体

D．1molCuSO4在1100℃所得混合气体X为SO3和O2，其中O2可能为0.75mol

B　[A项，途径①有污染气体NO生成，不能更好地体现绿色化学思想；C项，胆矾晶体不能通过蒸干得到，应冷却结晶，过滤得到；D项，1molCuSO4被还原成Cu2O转移1mol电子，应得氧气0.25mol，错误。

]

5．（2016·全国名校联盟百校联考）某实验小组利用Fe2O3、Cu2O的混合物制取较纯净的胆矾（CuSO4·5H2O），实验方案如图所示：

（1）稀硫酸溶解混合物时发生反应的离子方程式为

Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O、___________________________________

_______________________________________________________________、

_____________________________________________________________。

（2）加H2O2的目的是________________，其反应的离子方程式为_____________________________________________________________。

（3）溶液乙中加入适量CuO时发生反应的离子方程式为

_____________________________________________________________。

（4）操作Ⅰ主要包括________、________、过滤、洗涤、晾干等步骤。

[解析]　

（1）Fe2O3、Cu2O中加入过量酸，Fe2O3生成Fe3＋，Cu2O生成Cu和Cu2＋，Fe3＋又氧化Cu为Cu2＋；

（2）溶液甲中含有Fe2＋，加H2O2的目的就是氧化Fe2＋为Fe3＋；（3）加入CuO的目的是调节pH，使Fe3＋水解成Fe（OH）3而除去。

[答案]　

（1）Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O　Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋

（2）氧化Fe2＋为Fe3＋　H2O2＋2H＋＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2H2O

（3）3CuO＋2Fe3＋＋3H2O===2Fe（OH）3＋3Cu2＋

（4）蒸发浓缩　冷却结晶

废铜利用的思维模式

考点2|金属的冶炼——铁、铜的获取

[基础知识自查]

1．铁、铜在自然界中的存在

铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。

常见的铁矿有磁铁矿（主要成分为Fe3O4）、赤铁矿（主要成分为Fe2O3）等，常见的铜矿有黄铜矿（主要成分为CuFeS2）、孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu（OH）2]等。

此外铁在自然界中还以游离态的形式存在于陨铁中。

自然界中也存在少量的单质铜。

2．铁的冶炼

（1）原料：

铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。

（2）设备：

炼铁高炉。

（3）反应原理：

用还原剂将铁从其化合物中还原出来。

（4）工艺流程：

从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的焦炭反应，生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为金属铁。

有关反应化学方程式：

①C＋O2CO2；

②C＋CO22CO；

③3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。

（5）铁矿石中SiO2的除去涉及的炉渣反应有CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。

3．铜的制备与精炼

工业上主要采用高温冶炼黄铜矿（主要成分是CuFeS2）的方法获得铜。

用这种方法冶炼得到的铜，含铜量为99.5%～99.7%，还含有Ag、Au、Fe、Zn等杂质。

要达到电气工业生产用铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼，电解精炼得到的铜，含铜量高达99.95%～99.98%。

4．常见冶炼方法

（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↑。

（4）湿法冶金——从溶液中制备金属

Cu：

Fe＋CuSO4===CuSO4＋Cu

[考点多维探究]

角度1　铁、铜的冶炼与应用

1．铁的氧化物有多种用途。

请回答下面有关问题：

（1）赤铁矿的主要成分是Fe2O3，是工业炼铁的主要原料之一。

写出由Fe2O3制得单质铁的化学方程式______________________________________________

_____________________________________________________________。

某赤铁矿除了含Fe2O3之外，还含有少量的SiO2和Al2O3。

将试样溶于NaOH溶液，充分反应后过滤，即可得到较纯净的Fe2O3。

该过程中发生反应的离子方程式是______________________________________________________________

_____________________________________________________________。

（2）Fe2O3可以与铝粉组成铝热剂用于焊接钢轨或定向爆破。

某同学猜测，该反应所得熔融物中含有Fe2O3。

他设计如下实验来验证自己的猜想：

取少量试样，加入足量稀盐酸，然后滴加KSCN溶液，若出现血红色，证明含有Fe2O3。

否则，不含有Fe2O3。

你认为该方案合理吗？

为什么？

_______________________________________________________________

_____________________________________________________________。

【答案】　

（1）Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2（答案合理即可）

SiO2＋2OH－===SiO＋H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O

（2）不合理。

因为Fe3＋能跟铝热反应生成的Fe反应生成Fe2＋，Fe2＋与SCN－反应时不会出现血红色（答案合理即可）

2．铜在自然界存在于多种矿石中，如：

【导学号：

37742073】

矿石名称

黄铜矿

斑铜矿

辉铜矿

孔雀石

主要成分

CuFeS2

Cu5FeS4

Cu2S

CuCO3·Cu（OH）2

请回答下列问题：

（1）上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是________。

（2）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。

该工艺的中间过程会发生反应：

2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是________。

（3）SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是________；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称________。

（4）黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。

请简述粗铜电解得到精铜的原理：

_______________________________________________________________

_____________________________________________________________。

[解析]　

（2）Cu2O、Cu2S的Cu由＋1价被还原为0价，作氧化剂；Cu2S的S由－2价被氧化为＋4价，作还原剂。

（3）处理SO2尾气一般为循环制备硫酸，或用氨水吸收，最后可得到（NH4）2SO4等化学品。

[答案]　

（1）Cu2S　

（2）Cu2O和Cu2S

（3）形成酸雨　硫酸、硫酸铵

（4）通电池中，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。

阳极上发生氧化反应，Cu失去电子，使Cu单质变为Cu2＋进入溶液中：

Cu－2e－===Cu2＋；阴极上发生还原反应，Cu2＋得到电子在阴极上析出Cu单质：

Cu2＋＋2e－===Cu，从而达到精制Cu的目的

铜的冶炼“三方法”

（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。

（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铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。

生物炼铜的优点：

a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量（品位）很低的矿石也可以被利用。

角度2　金属冶炼方法的分析

3．下列有关金属的工业制法中正确的是（　　）

A．制钛：

用金属钠置换氯化钛（TiCl4）溶液中的钛

B．炼铁：

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

C．制钠：

用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液

D．制镁：

用Al和MgO在高温下发生铝热反应制Mg

B　[A项，Na与TiCl4溶液中的H2O反应，不能置换出Ti；C项，电解纯净NaCl溶液得不到Na；D项，铝热反应不能制取Mg，Mg比Al活泼。

]

4．（2017·日照模拟）下列说法中正确的是（　　）

A．氯化铝是一种电解质，可用电解法制铝

B．工业上通过电解氯化钾溶液制备金属钾和氯气

C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应

D．MgCl2（aq）Mg（OH）2MgOMg，在给定条件下能实现

C　[A项，AlCl3熔化不电离，电解AlCl3熔融物不导电，不能生成Al；B项，电解KCl溶液不能生成K；D项，MgO熔点很高，制Mg时不是电解MgO而是电解MgCl2。

]

金属冶炼与金属活动性顺序表的关系

金属活动性顺序表

KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg

PtAu

原子失电子能力

由大到小，还原性由强到弱

阳离子得电子能力

由小到大，氧化性由弱到强（Fe对应Fe2＋）

冶炼方法

电解法

热还原法

热分解法

物理方法

[课堂小结·反馈达标1＋1]　　　　　全新理念　探究高考　明确考向

1．一组判断，展示高考易误点

【导学号：

37742074】

（1）（2016·全国甲卷）除去Cu粉中混有CuO的操作是加入稀HNO3溶解，过滤、洗涤、干燥。

（　　）

（2）（2016·全国丙卷）铁比铜金属性强的实际应用是FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板。

（　　）

（3）（2015·全国卷Ⅰ）将铜粉加入1.0mol·L－1Fe2（SO4）3溶液中，现象是溶液变蓝、有黑色固体出现。

（　　）

（4）（2014·全国卷Ⅱ）铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重。

（　　）

（5）（2014·全国卷Ⅱ）H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重。

（　　）

（6）（2014·全国卷Ⅰ）FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作的原理是FeCl3能从含Cu2＋的溶液中置换出铜。

（　　）

（7）（2015·四川高考）CuSO4溶液中通入CO2气体产生蓝色沉淀。

（　　）

（8）（2015·四川高考）CuSO4溶液与H2S反应的离子方程式为Cu2＋＋S2－===CuS↓。

（　　）

（9）（2015·天津高考）气体通过无水CuSO4粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气。

（　　）

（10）浓HNO3中加入过量的Cu，反应生成的气体有NO2和NO。

（　　）

（11）用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。

（　　）

（12）镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料。

（　　）

[答案]　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×　（8）×　（9）√　（10）√　（11）×　（12）√

2．一题串知，覆盖高考考什么

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（2017·郑州模拟）某化学兴趣小组用只含有铝、铁、铜的工业合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体（FeSO4·7H2O）和胆矾晶体，其实验方案如图所示：

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（1）合金属于________（填“纯净物”或“混合物”），与足量稀H2SO4、NaOH溶液反应的离子方程式为______________________________________________

_____________________________________________________________。

[考查合金的组成与性质]

（2）方案中途径②的离子方程式_____________________________________，

D中加入适量盐酸的离子方程式为__________________________________

_____________________________________________________________。

[考查铝及其化合物的性质]

（3）滤渣F为________，途径③、④的化学方程式分别为

_______________________________________________________________、

_______________________________________________________________，

途径③④相比，途径________更好，理由是

___________________________________________________________

____________________________________________________________。

[考查Cu及其化合物的性质]

（4）CuSO4溶液中获得胆矾的操作为____________________________，洗涤、自然干燥。

[考查溶液的结晶方法]

（5）写出CuO与Al、H2反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________________________、________

___________________________________________________________________。

[考查Cu的冶炼]

（6）Cu在潮湿的空气中放置较长时间，最后得到绿色的铜锈，其化学式为_____________________________________________________________。

[考查Cu的性质]

[答案]　

（1）混合物　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

（2）AlO＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO　Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

（3）Cu　Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑＋2H2O

2Cu＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O　④

④相对③来说H2SO4的利用率高且无污染

（4）蒸发浓缩，冷却结晶、过滤

（5）3CuO＋2Al3Cu＋Al2O3　CuO＋H2Cu＋H2O

（6）Cu2（OH）2CO3