高考化学大一轮复习讲义34用途广泛的金属材料 铜及化合物.docx

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高考化学大一轮复习讲义34用途广泛的金属材料铜及化合物

第四节　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＋O2

2CuO。

常温下在潮湿的空气中：

2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2（OH）2CO3。

②与Cl2反应：

Cu＋Cl2

CuCl2。

（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）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。

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2molFe生成时，转移的电子数为________。

【答案】　Fe2O3＋3CO

2Fe＋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＋Cl2

CuCl2，

②Cu＋S

Cu2S

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）1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体1120mL（标准状况），向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g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14.0mol/L

C．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80%

D．得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600mL

【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＝

＝

＝14.0mol/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＋（0.05mol－x）×2＝0.06mol，x＝0.04mol，NO2的体积分数为80%。

D.得到2.54g沉淀后，溶液中的溶质只有NaNO3，故n（NaOH）＝0.7mol－0.04mol－0.02mol＝0.64mol，则NaOH溶液的体积是640mL。

【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

Cu

CuO

Cu（NO3）2

Cu

CuO

CuSO4，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，1molMnO2转移2mol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1molMnO2转移2mol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＋3Cl2

2FeCl3；

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＋2Fe

2FeCl3。

（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＋3Cl2

2FeCl3

（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＋＋2NO

Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O（写成3Cu＋8H＋＋2NO

3Cu2＋＋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。