高考化学导学案第三章金属及其化合物34.docx

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高考化学导学案第三章金属及其化合物34

第四讲　铜及其化合物　金属材料

考试说明

1．了解铜及其重要化合物的性质及其应用。

2．了解常见金属的活泼性顺序。

3．了解合金的概念及其重要应用。

一、铜及其重要化合物

1．铜

（1）物理性质：

紫红色，不能被磁铁吸引。

（2）化学性质：

反应物质

化学方程式

非金属

O2

2Cu＋O22CuO（黑色固体）

Cl2、S

Cl2＋CuCuCl2（棕黄色烟）2Cu＋SCu2S

氧化性酸

浓H2SO4

Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑＋2H2O

浓HNO3

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

稀HNO3

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

盐

AgNO3

Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag

FeCl3

Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2

2.氧化铜和氧化亚铜

名称

氧化铜

氧化亚铜

颜色

黑色

红色

与酸反应（H＋）

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

与H2反应

CuO＋H2Cu＋H2O

Cu2O＋H22Cu＋H2O

3.氢氧化铜

（1）物理性质：

蓝色不溶于水的固体。

（2）化学性质：

Cu（OH）2属于弱碱，能与酸反应生成盐和水。

4．胆矾（CuSO4·5H2O）

CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。

无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色（生成CuSO4·5H2O）可作为水的检验证据。

哪些现象可以作为判断Cu2＋存在的依据？

提示　

（1）溶液中的Cu2＋常为蓝色（浓CuCl2溶液为绿色，稀CuCl2溶液为蓝色），可作为Cu2＋的判定依据。

如CuSO4溶液为蓝色。

（2）Cu2＋与碱反应生成蓝色沉淀[Cu（OH）2]，这是鉴定Cu2＋的原理之一。

二、合金

1．合金的定义

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．合金的性能

合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于它的各成分金属。

（1）多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低。

（2）合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大。

合金是混合物，还是化合物？

能否用实验来验证？

提示　合金属于混合物，金属与金属或金属与非金属形成合金时，一般认为没有发生化学反应，各成分的化学性质没有发生改变。

如钢的电化学腐蚀中，铁作负极被氧化，而其中的碳作正极。

三、常见金属材料

金属材料包括纯金属和合金，可分为黑色金属材料和有色金属材料。

1．黑色金属材料——钢铁

钢是用量最大、用途最广的合金。

2．有色金属材料——铜和铝

（1）铜合金

我国使用最早的合金是青铜，常见的铜合金还有黄铜和白铜。

（2）铝合金

常见种类：

硅铝合金、镁铝合金、硬铝。

性质特征：

密度小、强度高、塑性好、易于加工、成本低廉且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。

如何正确选用金属材料？

提示　在进行金属材料的选择时，常常要考虑以下几个方面：

（1）主要用途、外观（即实用美观）。

（2）价格、加工难度、日常维修、环境保护、物尽其用等。

（3）物理性质，如密度、硬度、强度、导热性等；化学性质，如对水的作用，耐腐蚀性等。

两个变价

铜有两个可变价态，＋1价和＋2价，铜及其化合物之间的关系常围绕可变化合价问题而展开。

五种颜色

铜及其化合物转化过程中，常伴随着颜色变化而使实验现象丰富多彩。

故对铜及其化合物的常见颜色应熟记且灵活掌握。

例如：

紫红色、红色、黑色、白色、蓝色分别对应哪几种物质等。

我的归纳

金属元素在自然界的存在及冶炼

（1）存在：

大多数金属在自然界中以化合态存在，极少数（如Au、Pt等）才以游离态存在。

（2）冶炼方法

①电解法：

制K—Al活泼金属，电解熔融态金属盐或氧化物。

②热还原法：

制Zn—Cu较活泼金属，高温下用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属化合物。

③热分解法：

制Hg、Ag等不活泼金属。

图示闪记

考点1铜的重要化合物的典型性质

1．黑色氧化铜高温分解生成红色氧化亚铜：

4CuO2Cu2O＋O2↑。

2．蓝色硫酸铜晶体受热分解生成白色无水硫酸铜粉末：

CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O。

3．白色CuSO4粉末吸水变蓝：

CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O（可用于检验实验中产生的水蒸气或乙醇中的水等）。

4．新制Cu（OH）2悬浊液可与葡萄糖、乙醛等含有醛基的化合物反应，在加热条件下反应生成砖红色沉淀。

【典例1】►（2009·广东佛山3月）某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数，设计了如下实验方案：

方案Ⅰ：

铜铝混合物测定生成气体的体积

方案Ⅱ：

铜铝混合物测定剩余固体的质量

下列有关判断中不正确的是（　　）。

A．溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液

B．溶液A和B均可以选用稀硝酸

C．若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小

D．实验室方案Ⅱ更便于实施

解析　因铝具有两性，而铜不能与碱、无氧化性酸反应，所以A和B是盐酸或氢氧化钠时，都与铝反应，故A项正确；又因测固体质量比测气体体积易进行，故D正确；若A和B都是稀硝酸时则方案Ⅰ、Ⅱ均无法实施，故B错；若B是浓硝酸时则铝钝化，导致剩余固体质量增加，所以测得铜的质量分数偏小，故C正确。

答案　B

【应用1】►铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响。

请完成

（1）～（3）题。

（1）在西汉古籍中曾有记载：

曾青得铁则化为铜[即：

曾青（CuSO4）跟铁反应就生成铜]。

试写出该反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（2）铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：

_____________________

___________________________________________________。

这层铜绿可以用化学方法除去。

试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（3）铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。

试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币（铜的熔点是1183.4℃，铁的熔点是1534.8℃）。

解析　

（1）Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

（2）2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2（OH）2CO3　要除去铜器表面的铜绿，考虑酸的选择，因为强氧化性酸能与裸露的铜继续反应，所以选择盐酸，因为盐酸不与铜继续反应，并且盐酸具有挥发性。

有关方程式如下：

Cu2（OH）2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O。

（3）根据题给信息以及作货币的实际，选择铜作货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀。

答案　

（1）Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

（2）2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2（OH）2CO3

Cu2（OH）2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O

（3）选择铜作货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀。

考点2

常见金属的活动顺序为：

金属在化学反应中失去电子生成阳离子的能力依次减弱，对应阳离子得电子能力依次增强

该规律有多种应用，归纳如下：

1．判断金属与酸能否发生置换反应

排在H前边的金属可与非氧化性酸发生置换氢的反应。

2．判断金属与盐溶液能否发生置换反应

排在前边的较活泼的金属能把排在后边的金属从其盐溶液中置换出来，生成新盐和新金属。

3．判断金属与水能否发生置换反应

（1）极活泼金属（K、Ca、Na）可与冷水发生置换氢的反应；

（2）活泼金属（Mg、Al）可与热水发生置换氢的反应；

（3）较活泼金属（Zn、Fe）与水蒸气在高温下反应，可置换水中的氢生成氢气，但生成的氢氧化物受热分解，最后得到金属氧化物；

（4）排在氢后边的金属与水不反应。

4．判断原电池正、负极及电极反应

由两种金属构成的原电池电极，位于金属活动顺序表前面的金属为负极。

（1）负极反应：

电极金属失电子被氧化，形成金属阳离子进入溶液。

（2）正极反应：

溶液中微粒（酸性条件下为H＋，中性条件下为H2O和O2）在正极上得到电子被还原。

5．判断金属在自然界中的存在状态

6．判断金属氢氧化物的热稳定性强弱

金属活动顺序表中越位于前面的金属，其氢氧化物越稳定，越不易分解，越后面的金属氢氧化物越易分解，极不活泼的金属Pt、Au甚至无氢氧化物。

7．判断金属的冶炼方法

金属冶炼是金属离子得到电子，被还原成金属原子的过程。

金属活动顺序表中的不同金属，因金属离子结合电子能力不等，所以冶炼方法不同。

【典例2】►X、Y、Z、M、N代表五种金属。

有以下化学反应：

①水溶液中：

X＋Y2＋===X2＋＋Y

②Z＋2H2O（冷）===Z（OH）2＋H2↑

③M、N为电极与N盐溶液组成原电池，发生的电极反应为：

M－2e－===M2＋

④Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化，则这五种金属的活泼性由弱到强的顺序是（　　）。

A．M

C．N

解析　由①知X活泼性大于Y，且X、Y都不与水反应；由②知Z为很活泼的金属；由③及原电池原理知活泼性M>N；由④知活泼性Y>M，综合上述结论可知活泼性Z>X>Y>M>N，故选C。

答案　C

【应用2】►a、b、c、d、e分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种。

已知：

①a、c、e均能与稀硫酸反应放出气体；②b与d的硝酸盐反应，置换出单质d；③c与强碱反应放出气体；④c、e在冷浓硫酸中发生钝化。

由此可判断a、b、c、d、e依次为（　　）。

A．Fe、Cu、Al、Ag、MgB．Al、Cu、Mg、Ag、Fe

C．Mg、Cu、Al、Ag、FeD．Mg、Ag、Al、Cu、Fe

解析　由③可知，c为Al；由④可知e为Fe；则另一与稀硫酸反应的a一定是Mg；由②可知，b的活动性大于d，故b为Cu，d为Ag；故答案为C。

答案　C

考点3金属矿物的开发利用——化工工艺流程的分析和应用

　化学工艺流程题，顾名思议，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。

工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。

题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括副产品）；题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；题尾主要是根据生产过程中涉及到的化学知识设制成一系列问题，构成一道完整的化学试题。

其特点与作用有三：

一是试题源于生产实际，以解决化学实际问题作思路进行设问，使问题情境真实，能培养学生理论联系实际、学以致用的学习观；二是试题内容丰富，涉及到化学基础知识的方方面面，能考查学生对化学双基知识的掌握情况和应用双基知识解决化工生产中有关问题的迁移推理能力；三是试题新颖，一般较长，阅读量大，能考查学生的阅读能力和资料的收集处理能力。

解题策略

　要解决物质的制备、合成等实际的化学问题往往需要从成本角度（原料是否廉价易得）、环保角度（是否符合绿色化学的要求）、现实角