高考化学一轮复习 用途广泛的金属材料 铜及其化合物讲义

高考化学一轮复习 用途广泛的金属材料 铜及其化合物讲义

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。‎