1、第第4讲铜及其化合物金属矿物讲铜及其化合物金属矿物的开发利用的开发利用金属及其化合物金属及其化合物目目 录录CONTENTS磨剑：课前自学磨剑：课前自学悟剑：课堂精讲悟剑：课堂精讲磨剑：课前自学悟剑：课堂精讲磨剑：课前自学知识清单核心速记 目目 录录一、铜及其化合物1.单质铜(1)物理性质:紫红色固体,具有良好的延展性、导热性和导电性。(2)化学性质a.常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿的空气里会被锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的。有关化学方程式为_。b.写出下列化学方程式:铜在空气中加热:_;铜丝在硫蒸气中反应:_。铜锈CO2+H2O Cu2(OH)2CO32Cu+O2 2CuO2C
2、u+S Cu2S2Cu+O2+2.铜的重要化合物(1)Cu2(OH)2CO3的名称为_,是铜绿、孔雀石的主要成分,受热分解可生成黑色的氧化铜,化学方程式为Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+H2O;可溶于稀硫酸,离子方程式为Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2+CO2+3H2O。碱式碳酸铜(2)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O,化学方程式为4CuO 2Cu2O+O2。(3)蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末,化学方程式为CuSO45H2O CuSO4+5H2O。(4)红色的Cu2O与稀硫酸反应,溶液变蓝,同时生成红色的单质铜,离子方程式为Cu2O+2H+Cu+Cu2+H2
3、O。二、不同活动性金属的性质金属活动性顺序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)与O2反应常温下易被氧化,点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物常温下生成氧化膜与H2O反应常温下生成碱和氢气 与热水反应 有碱存在与水反应 高温下与水蒸气反应与非氧化性酸反应生成盐和氢气与盐溶液反应先与水反应,生成的碱再与盐反应排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来自然界存在形态主要为化合态(Fe有游离态)金属活动性顺序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)三、金属矿物的开发和利用1.金属在自然界中存在的形态除了、等极少数金属外,绝大多数金属以的形式存在于自然界中。在这些金属化合物
4、中,金属元素都显价。2.金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子电子被_为金属单质的过程:Mn-+ne-M。金铂化合态正得还原3.金属冶炼的一般步骤4.金属冶炼的方法(1)热分解法冶炼金属如:2HgO 2Hg+O2,2Ag2O 4Ag+O2。用热分解法冶炼金属的特点:金属元素的金属性,金属元素的原子失去电子,其金属离子得到电子,该金属元素所形成的化合物稳定性。弱容易(2)热还原法冶炼金属焦炭还原法。如:C还原ZnO、CuO,其化学方程式依次为C+2ZnO 2Zn+CO2,C+2CuO 2Cu+CO2。一氧化碳还原法。如:CO还原Fe2O3、CuO,其化学方程式依次为3CO+Fe2O3 2Fe+3
5、CO2,CO+CuO Cu+CO2。氢气还原法。如:H2还原WO3、Fe3O4,其化学方程式依次为3H2+WO3 W+3H2O,4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O。活泼金属还原法。如:Al还原Cr2O3、V2O5,其化学方程式依次为2Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr,10Al+3V2O5 6V+5Al2O3。(3)电解法冶炼金属例如,电解熔融Al2O3、MgCl2、NaCl,其化学方程式依次为2Al2O3(熔融)4Al+3O2,MgCl2(熔融)Mg+Cl2,2NaCl(熔融)2Na+Cl2。1.铜及其化合物的颜色Cu、Cu2O红色,CuO黑色,Cu(OH)2蓝色,CuSO4白色,CuS
6、O45H2O蓝色,Cu2(OH)2CO3绿色。2.金属冶炼的三种方法(1)电解法(K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属)。(2)热还原法(ZnCu之间的较活泼金属)。(3)热分解法(Hg、Ag等不活泼金属)。3.重要的化学方程式(1)工业上冶炼Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2(2)工业上冶炼Al:2Al2O3(熔融)4Al+3O2(3)工业上冶炼Fe:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2(4)铝热反应:Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3(5)铜绿的生成:2Cu+O2+CO2+H2O Cu2(OH)2CO3悟剑：课堂精讲悟剑：课堂精讲真题体验考点巧讲 磨剑：课前自学悟剑：课堂精讲目目 录
7、录16铜及其重要化合物的性质和应用铜及其重要化合物的性质和应用1.波尔多液是一种农业上应用广泛的杀菌剂,它是由硫酸铜、生石灰和水按一定比例配成的天蓝色胶状悬浊液,思考下列问题:(1)波尔多液能否用铁桶盛放?为什么?答案：不能。原因是铁能置换波尔多液中的Cu2+,降低杀菌能力。(2)波尔多液能杀菌的可能原因是什么?答案：CuSO4是重金属盐,能使蛋白质变性。2.某研究小组用废铜粉制取胆矾,设计了如下几个实验方案:(1)Cu CuSO4 硫酸铜溶液 CuSO45H2O。(2)Cu CuO 硫酸铜溶液 CuSO45H2O。(3)硫酸铜溶液 CuSO45H2O。对三个方案进行评价,你认为最好的是哪个方
8、案?为什么?答案：方案(1):产生污染性气体,且消耗硫酸较多。方案(2):消耗能量较多,且步骤复杂。方案(3):不产生污染性气体,原料利用率高,节约能源。因此方案(3)更经济合理。一、铜的重要化合物的应用1.氢氧化铜具有弱氧化性,可用于检验醛基。2.硫酸铜无水CuSO4为白色粉末,遇水变蓝色(生成CuSO45H2O),可作为检验有水存在的依据。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,作为植物的杀菌剂。二、铜及其化合物的颜色物质CuCuOCu2OCu2SCuSO4CuSO45H2OCu2(OH)2
9、CO3颜色 紫红色黑色砖红色黑色白色蓝色绿色1.下列有关铜的化合物性质的叙述中正确的是()。A.CuSO45H2O晶体加入浓硫酸中变成CuSO4是物理变化,体现了浓硫酸的脱水性B.醋酸是弱酸,所以Cu(OH)2悬浊液与醋酸不能反应C.CuO是黑色固体,可与水反应生成Cu(OH)2D.Cu2O遇硝酸可能会被氧化成Cu2+解析：A项,反应CuSO45H2O CuSO4+5H2O发生的是化学变化,体现了浓硫酸的吸水性,错误;B项,在常温下,Cu(OH)2与醋酸也能发生中和反应,错误;C项,CuO与水不反应,错误;D项,Cu2O Cu2+利用的是硝酸的强氧化性,正确。D2.某研究小组通过实验探究Cu及
10、其化合物的性质,下列操作正确且能达到实验目的的是()。A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体D.将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿D解析：铜丝与浓硫酸反应后,仍有大量浓硫酸存在,不能把水加入反应器中,否则会发生危险,A项错误;Cu与Cl2在常温下不反应,需要加热才能发生反应,B项错误;CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。3.(2018年山东济宁一中调研)氯化亚
11、铜(CuCl)是白色粉末,微溶于水,酸性条件下不稳定,易生成金属 Cu 和Cu2+,广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟用热分解 CuCl22H2O的方法制备 CuCl,并进行相关探究。下列说法正确的是()。A.途径 1 中产生的Cl2 可以回收循环利用,也可以通入饱和CaCl2 溶液中除去B.途径2中200 时反应的化学方程式为Cu2(OH)2Cl2 2CuO+2HClC.X气体可以是N2,目的是作保护气,抑制CuCl22H2O在加热时发生水解D.CuCl与稀硫酸反应的离子方程式为2CuCl+4H+SO42-2Cu2+2Cl-+SO2+2H2O解析：径1中产生的Cl2可以转化为HC
12、l,回收循环利用,Cl2在饱和CaCl2溶液中溶解度很小,不能被吸收除去,A项错误;将Cu2(OH)2Cl2加热到200 时生成CuO,由原子守恒可知,还生成HCl,则化学方程式为Cu2(OH)2Cl2 2CuO+2HCl,B项正确;CuCl2水解生成氢氧化铜和HCl,X气体用于抑制CuCl2水解,则为HCl,不是氮气,C项错误;CuCl在酸性条件下不稳定,易生成金属Cu和Cu2+,D项错误。1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)铝合金的熔点比纯铝的高。()(2)合金材料中不可能含有非金属元素。()(3)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属。()(4)金、银、铜是应用最广泛的金属材
13、料。()(5)合金中各元素的含量一定,所以合金是纯净物。()(6)合金与纯金属相比,抗腐蚀能力更强。()合金合金金属材料金属材料2.将下列合金与其用途连线。青铜 A.不锈钢铬镍合金 B.后母戊鼎低碳钢 C.门窗框架铝合金 D.钢丝、钢管1.当今应用最广泛的合金是钢。2.我国使用的最早的合金是青铜,常见的铜合金有黄铜和白铜。3.铝合金成分元素主要特性Al、Mg、Cu、Si等密度小、强度高用于汽车、飞机、火箭、船舶制造1.C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是()。A.铝锂合金是铝与锂形成的混合物B.铝锂合金的硬度比锂大C.铝锂合金的熔、沸点比铝低D.铝锂
14、合金耐酸碱腐蚀解析：铝锂合金中的铝既能与酸反应,又能与碱反应,锂能与酸反应,故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。D2.银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:提示:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 和80(1)电解精炼银时,阴极反应式为_;滤渣A与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程式为_。(2)固体混合物B的组成为;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为_。e-AgAg+2NO+O2 2NO2CuO、Al(OH)3Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O解析：(
15、2)结合工艺流程及Al(OH)3和Cu(OH)2的分解温度知,固体混合物B含有CuO、Al(OH)3。若NaOH过量,则Al(OH)3会转化为NaAlO2。(3)该反应为氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质并配平方程式。(4)生成CuAlO2的物质的量为 =50 mol,至少需要Al2(SO4)3的物质的量为25 mol,即至少需要1.0 molL-1的Al2(SO4)3溶液25 L。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:CuO+Al2O3 CuAlO2+。(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,则理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为_mol CuAlO2,至少需要
16、1.0 molL-1的Al2(SO4)3溶液L。442O225金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用1.铝元素是地壳中含量最高的金属元素,为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多?答案：铝的金属活动性比铁、铜强,难于冶炼,古代人们的技术条件有限,不能冶炼铝,故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。2.热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2,试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好。答案：最好的还原剂是H2;原因是焦炭会使产品的纯度降低,CO会污染环境。3.能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?答案：不能。因为AlCl3是共价化合物,熔融时无法电离出自由移动的离子,不导电;MgO虽是
17、离子化合物,但其熔点太高,熔融会消耗大量的能量,成本较高。金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活动性顺序K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb(H)CuHg Ag在自然界中的存在形态化合态多数是化合态,极少数是游离态主要冶炼方法电解法热还原法热分解法1.下列是部分矿物资源的利用及产品流程,有关说法不正确的是()。A.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应C.黄铜矿冶炼铜时,副产物SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法B解析：电解精炼铜时,粗铜作阳极,故A项正确;制备单质时,涉及化合价
18、变化,是氧化还原反应,制玻璃的反应为SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2和SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2,化合价未发生变化,不涉及氧化还原反应,故B项错误;SO2可以转化成SO3,进而生成H2SO4,FeO与CO在高温下可生成Fe,故C项正确;制备硅的过程中,利用沸点不同进行分馏,将SiCl4从杂质中提取出来,再与H2发生置换反应得到高纯硅,故D项正确。2.(2018年安徽皖江名校联盟联考)铝是一种重要的金属,下图是工业生产中利用铝土矿(成分为氧化铝、氧化铁)制取铝的流程。下列说法不正确的是()。A.实验室完成操作、都要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗、铁架台B.向铝土
19、矿中加入NaOH溶液,发生反应的化学方程式为 Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2OC.NaOH在生产过程中可以循环使用D.将等质量的铝与足量的盐酸或氢氧化钠溶液反应,产生氢气的物质的量一定相同A解析：操作、都是过滤,实验室中过滤操作需要的玻璃仪器是烧杯、普通漏斗、玻璃棒,铁架台不是玻璃仪器,A项错误;向铝土矿中加入NaOH溶液,只有氧化铝与其发生反应,生成偏铝酸钠,化学方程式为Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O,B项正确;观察流程,溶液E中有NaOH,因此NaOH可以循环使用,C项正确;铝是等质量的,根据电子守恒可知,与足量的盐酸或氢氧化钠溶液反应,产生氢气的物质的量一定
20、相同,D项正确。1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)(2018年天津理综,1)商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎,该鼎属于铜合金制品。()(2)(2017年海南,7)稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜。()(3)(2015年全国卷,10)将铜粉加入1.0 molL-1 Fe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝、有黑色固体出现。()(4)(2015年广东理综,10)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子。()(5)(2015年山东理综,12)向CuSO4溶液中加入Na2O2:2Na2O2+2Cu2+2H2O 4Na+2Cu(OH)2+O2。()(6)(2015年重庆
21、理综,1)用胆矾炼铜,不涉及化学反应。()(7)(2014年全国卷,9)H2通过灼热的CuO粉末,反应后固体物质增重。()(8)(2014年福建理综,9)常温下,Cu既能与FeCl3溶液反应又能与浓硝酸反应。()2.(2018年全国卷,7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:下列叙述错误的是()。A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠D解析：正极片碱溶时铝转化为偏铝酸钠,滤渣中
22、含有磷酸亚铁锂,加入硫酸和硝酸酸溶,过滤后滤渣是炭黑,得到含Li、P、Fe的滤液,加入碱液生成氢氧化铁沉淀,滤液中加入碳酸钠生成含锂的沉淀。废旧电池中含有重金属,随意丢弃容易污染环境,因此合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用,A项正确;根据流程可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li,B项正确;向含Li、P、Fe等滤液中加入碱液生成氢氧化铁沉淀,因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3+,C项正确;硫酸锂能溶于水,因此上述流程中不能用硫酸钠代替碳酸钠,D项错误。3.(2018年浙江4月选考,24)某同学通过如下流程制备氧化亚铜:已知:CuCl 难溶于水和稀硫酸;Cu2O+2H+Cu2+
23、Cu+H2O下列说法不正确的是()。A.步骤中的SO2可用Na2SO3替换B.步骤中为防止CuCl 被氧化,可用SO2水溶液洗涤C.步骤发生反应的离子方程式为2CuCl+2OH-Cu2O+2Cl-+H2OD.如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质,用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应,根据反应前、后固体质量可计算试样纯度D解析：SO2作还原剂,Na2SO3也可以将CuCl2还原为CuCl,A项正确;SO2的水溶液具有还原性,可防止CuCl被氧化,B项正确;CuCl和NaOH反应生成Cu2O、NaCl和H2O,C项正确;因为CuCl难溶于水和稀硫酸,Cu2O与稀硫酸反应生成CuSO4、Cu,C
24、uO与稀硫酸反应生成CuSO4,反应后固体有CuCl和Cu,无法计算CuCl的量,D项错误。4.(2018年全国卷,26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题:(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有;氧化除杂工序中ZnO的作用是_,若不通入氧气,
25、其后果是。(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为;沉积锌后的电解液可返回工序继续使用。2ZnS+3O2 2ZnO+2SO2PbSO4的pH无法除去杂质Fe2+Cd+Zn2+Zn2+2e-Zn溶浸解析：(1)闪锌矿的主要成分是ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质,焙烧过程中发生的主要反应为ZnS与O2生成ZnO和SO2,化学方程式为2ZnS+3O2 2ZnO+2SO2。(2)焙烧后所得固体加入稀硫酸进行“溶浸”,SiO2在焙烧及溶浸过程中均不发生反应,PbS焙烧后生成的PbO则与H2SO4反应生
26、成PbSO4沉淀,故滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中加入O2、ZnO,通入O2的作用是将Fe2+氧化成Fe3+,便于生成Fe(OH)3 沉淀而除去杂质Fe2+;加入ZnO的作用是与剩余稀硫酸反应,调节溶液的pH,便于形成Fe(OH)3沉淀。若不通入O2,则铁元素以Fe2+的形式存在,由表中数据可知,Fe2+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全的pH非常接近,故无法除去杂质Fe2+。(3)“还原除杂”时加入锌粉,可除去溶液中的Cd2+,该反应为置换反应,离子方程式为Zn+Cd2+Zn2+Cd。(4)电解ZnSO4溶液制备单质锌,阴极上Zn2+得电子发生还原反应,电极反应式为Zn2+
27、2e-Zn,阳极上发生的反应为2H2O-4e-4H+O2,结合得失电子守恒可得,电解池总反应为2ZnSO4+2H2O 2Zn+2H2SO4+O2,沉积锌后的电解液中含有H2SO4,结合流程图可知,可返回“溶浸”工序继续使用。5.(2015年天津理综,9)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:回答下列问题:(1)反应是将Cu转化为Cu(NH3,反应中H2O2的作用是。写出操作的名称:。作氧化剂过滤(2)反应是铜氨溶液中的Cu(NH3与有机物RH反应,写
28、出该反应的离子方程式:_。操作用到的主要仪器名称为,其目的是_(填序号)。a.富集铜元素 b.使铜元素与水溶液中的物质分离 c.增加Cu2+在水中的溶解度(3)反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。若操作使用如图所示装置,图中存在的错误是_。+2RH 2NH4+2NH3+CuR2abRH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,液体过多(4)操作以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是_。操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是_。(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是。循环使用的NH4Cl在反应中的主要作用是_。防止由于溶液中c(OH-)过高,生
29、成Cu(OH)2O2、H2SO4加热浓缩、冷却结晶、过滤沉淀解析：(1)Cu转化为Cu(NH3)42+,Cu被氧化,因此H2O2作氧化剂。操作得到溶液和残渣,为过滤。(2)根据流程图可知,Cu(NH3)42+与RH反应,生成NH3、NH4+和CuR2,根据原子守恒、电荷守恒配平离子方程式。操作得到有机层和溶液,为分液,需要用到的仪器为分液漏斗,目的是富集铜元素,并分离出铜元素。(3)CuR2与稀硫酸发生复分解反应,生成CuSO4和RH。图中错误有:分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,分液漏斗中液体太多。(4)电解CuSO4溶液,阳极为OH-放电,阳极产物为H2SO4和O2。由CuSO4溶液制取胆矾的步骤为加热浓缩、冷却结晶、过滤。(5)电解CuSO4溶液制得的H2SO4可以循环利用。循环使用NH4Cl,可以防止Cu2+转化为沉淀。
