2019届一轮复习苏教版专题3第4单元铜的获取与应用　金属的冶炼学案

2019届一轮复习苏教版专题3第4单元铜的获取与应用　金属的冶炼学案

第四单元　铜的获取与应用　金属的冶炼 考纲定位 全国卷5年考情 ‎1.了解合金的概念及其重要应用；了解化学与金属材料的关系。‎ ‎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。‎ ‎2017年：Ⅲ卷T13(B)‎ ‎2016年：Ⅱ卷T13(C)；Ⅲ卷T7(B)‎ ‎2015年：Ⅰ卷T10(B、D)‎ ‎2014年：Ⅰ卷T8(D)；Ⅱ卷T9(A、D)‎ 考点1| 铜及其化合物 ‎(对应学生用书第50页)‎ ‎ [考纲知识整合]‎ ‎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与某些盐溶液反应 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)氧化物 ‎ (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]‎ ‎　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)(2014·全国Ⅰ卷)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。(　　)‎ ‎ (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)(2016·全国Ⅲ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。(　　)‎ ‎ (8)Cu和Cu2O均为红色，可用稀HNO3鉴别。(　　)‎ ‎ (9)Cu放置于潮湿的空气中最终生成铜锈的反应为2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。(　　)‎ ‎ (10)葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液共热可生成砖红色Cu2O。(　　)‎ ‎ 【提示】　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)√　(10)√‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1　铜及其化合物的主要性质和应用 ‎1．下列有关Cu及其化合物的性质和应用正确的是(　　)‎ ‎ A．(2016·全国Ⅱ卷)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 ‎ B．(2015·全国Ⅰ卷)将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变 ‎ 蓝，有黑色固体出现 ‎ C．(2017·全国Ⅲ卷)向含Cl－的溶液中同时加入Cu和CuSO4生成CuCl沉淀 ‎ 而除去Cl－的反应为Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl↓‎ ‎ D．(2014·全国Ⅱ卷)H2通过灼热的CuO粉末，反应后固体物质增重 ‎ C　[A项，Cu、CuO均与稀HNO3发生反应；B项，不会出现黑色固体；D项，CuO固体质量减轻。]‎ ‎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Cu2‎ O，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：‎ 加入试剂 稀硫酸 浓硫酸、‎ 加热 稀硝酸 浓硝酸 实验现象 有红色固体剩余和溶液变为蓝色 产生无 色气体 产生无色气体和溶液变为蓝色 产生红棕色气体和溶液变为蓝色 ‎ 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 ‎ D　[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。]‎ ‎4．铜是生活中常见的金属，请回答下列问题： 【导学号：91720138】‎ ‎ (1)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式：_________‎ ‎ ________________________________________________________________。‎ ‎ (2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式：‎ ‎ _________________________________________________________________‎ ‎ ________________________________________________________________。‎ ‎ (3)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：‎ ‎ _________________________________________________________________‎ ‎ ________________________________________________________________。‎ ‎ 将溶液中红色物质反应掉，最终得到胆矾。则加入的试剂最好是________(填字母序号)。‎ ‎ A．适量的NaNO3　　　　 B．适量的HNO3‎ ‎ C．适量的H2O2‎ ‎ 【解析】　(1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应，但再加入H2O2‎ 溶液后铜开始溶解，溶液逐渐变为蓝色，说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性，能溶解铜，离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。‎ ‎ (2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3，反应的化学方程式为2Cu2＋＋CO＋2H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋2H＋。‎ ‎ (3)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。‎ ‎ 【答案】　(1)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O ‎ (2)2Cu2＋＋CO＋2H2O===Cu2(OH)2CO3↓＋2H＋‎ ‎ (3)Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O　C 命题点2　以铜的重要化合物制备为载体的试题 ‎5．某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示：‎ ‎ 回答下列问题： 【导学号：91720139】‎ ‎ (1)“焙烧”过程中除生成SO2的反应外，另外一个反应的化学方程式是_________________________________________________________________‎ ‎ ________________________________________________________________。‎ ‎ (2)“酸化”过程为加快反应速率，可采用的措施有__________________(写出一条即可)，“酸化”的目的是_____________________________________‎ ‎ ________________________________________________________________。‎ ‎ (3)若试剂a为Zn，则“置换”的离子方程式为________________________‎ ‎ ________________________________________________________________，‎ ‎ 滤液中溶质的化学式是________。‎ ‎ (4)“淘洗”的作用是_____________________________________________，‎ ‎ 若图中淘洗液的主要溶质与滤液的溶质相同，则试剂b是________。‎ ‎ (5)“反应”一步中使用20% HNO3和10% H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的化学方程式为_____________________________________‎ ‎ ________________________________________________________________；‎ ‎ 若该步骤只使用20% HNO3，随着反应的进行，温度升高，出现大量红棕色气体，则还原剂与氧化剂的物质的量之比为________。‎ ‎ (6)“一系列操作”是指化学实验操作，这些操作的名称是______________。‎ ‎ 【解析】　(1)加热条件下，Cu被O2氧化为CuO。(2)将焙烧物粉碎可增大固体物质与硫酸的接触面积；升高反应温度、增大反应物浓度均能加快化学反应速率。“酸化”的目的是使CuO溶解转化为Cu2＋。(3)Zn的还原性比Cu强，故Zn与Cu2＋反应生成Cu和Zn2＋；过滤后滤渣为Cu(含有Zn)，滤液为 ‎ 硫酸锌溶液。(4)“淘洗”的目的是除去前面加入的过量锌，因此试剂b为稀硫酸。(5)“反应”过程中无红棕色气体产生，由此推知反应不生成NO或NO2，则反应的化学方程式为Cu＋H2O2＋2HNO3===Cu(NO3)2＋2H2O。根据生成大量红棕色气体可知生成的是NO2，因还原剂为Cu，化合价由‎0升高至＋2，氧化剂为HNO3，其中N的化合价由＋5降低为＋4，由氧化还原反应中得失电子守恒可知该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2。(6)“反应”后的溶液为Cu(NO3)2，经过蒸发、结晶、过滤可得到目标产物。‎ ‎ 【答案】　(1)2Cu＋O22CuO ‎ (2)将焙烧物粉碎、升高酸化温度、适当提高硫酸浓度(任写一条)　将CuO转化为Cu2＋‎ ‎ (3)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu　ZnSO4‎ ‎ (4)除去过量的Zn　稀硫酸 ‎ (5)Cu＋H2O2＋2HNO3===Cu(NO3)2＋2H2O　1∶2‎ ‎ (6)蒸发、结晶、过滤(或蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤)‎ ‎ 考点2| 金属的冶炼——铁、铜的获取 ‎(对应学生用书第52页)‎ ‎ [考纲知识整合]‎ ‎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铁。有关反应化学方程式：‎ ‎ ①C＋O2CO2；‎ ‎ ②C＋CO22CO；‎ ‎ ③3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。‎ ‎ (5)铁矿石中的SiO2除去涉及的选渣反应有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===FeSO4＋Cu。‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点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：‎ 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)电解池中，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 ‎(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。‎ 命题点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．(2018·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。]‎ 金属活动性顺序表 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 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