(全国通用)19版高考化学一轮复习第12讲铜及其重要化合物、金属材料学案

第12讲 铜及其重要化合物、金属材料
一、铜及其化合物 1．铜的性质
(1)物理性质：铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。

(2)化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式： ①2Cu＋O 2＋CO 2＋H 2O===Cu 2(OH)2CO 3
②2Cu＋S=====高温
Cu 2S
2．氧化铜和氧化亚铜
3．氢氧化铜
(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。

(2)化学性质及应用
4．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)，可作为水的检验依据。

无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。

二、金属材料
1．合金
2．常见金属材料
(1)黑色金属材料——钢铁。

①钢是用量最大，用途最广的合金。

(2)有色金属材料——铜和铝。

①我国使用最早的合金是青铜，常见的铜合金有黄铜和白铜。

②铝合金。

3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在
(2)金属冶炼的一般步骤
(3)金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。

即M n＋＋n e－＝M。

(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
(5)铝热反应
①冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。

加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。

②金属冶炼方法与金属活动性的关系：
1．正误判断，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)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。

( )
(2)将铜粉加入1.0 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现。

( )
(3)1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成N A个SO3分子。

( )
(4)中国古代利用明矾溶液的酸性消除铜镜表面的铜锈。

( )
(5)铝合金的熔点比纯铝的高。

( )
(6)合金材料中不可能含有非金属元素。

( )
(7)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金。

( )
答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)√
2．下列常见金属的冶炼原理中不合理的是( )
答案 C
考点1 铜及其化合物的性质
典例1 下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )
解析 稀盐酸可以与碱式碳酸铜(铜绿的主要成分)反应，而且稀盐酸不与Cu 反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A 错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛放浓硫酸，B 错误；硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO ，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C 错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，属于化学变化，CuSO 4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D 正确。

答案 D 名师精讲
1．熟记铜及其化合物的颜色
2.(1)Cu 在加热条件下与O 2非常容易反应，利用这一性质，可把Cu 作为O 2的吸收剂。

若在实验题中看到加热的铜网或铜粉，应想到这一作用。

(2)无水CuSO 4常用作水的检验试剂；由于其吸水效率不是太高，一般不作干燥剂使用。

(3)铜盐属于重金属盐，可使蛋白质变性，故铜盐有毒。

农业上常用石灰乳和CuSO 4混合作用，两者的混合液是被称为“波尔多液”的农药。

(4)溶液中的Cu 2＋
常为蓝色(浓CuCl 2溶液为绿色，稀CuCl 2溶液为蓝色)，可作为Cu
2＋
的鉴别依据。

如CuSO 4溶液呈蓝色，在推断题中，“蓝色溶液”基本可作为Cu 2＋
的存在依据。

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

3．铜的冶炼“两方法”
(1)湿法炼铜：Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋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)：
2CuFeS 2＋4O 2=====800 ℃
Cu 2S ＋3SO 2＋2FeO(炉渣)
2Cu 2S ＋3O 2=====1200 ℃
2Cu 2O ＋2SO 2
2Cu 2O ＋Cu 2S =====1200 ℃
6Cu ＋SO 2↑
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。

电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu
2
＋
，用纯铜棒作阴极即可得精铜。

1．已知酸性条件下有如下反应：2Cu ＋===Cu 2＋
＋Cu↓。

由于反应温度不同，用氢气还原
氧化铜时，可能产生Cu 或Cu 2O ，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：
A．是Cu
B．是Cu2O
C．一定有Cu，一定有Cu2O
D．一定有Cu2O，可能有Cu
答案 D
解析浓H2SO4(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O；而稀H2SO4与Cu不反应，与Cu2O反应。

2．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，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
答案 D
解析A项浓硫酸溶于水时放热，应该是把反应后的溶液倒入水中，故该项错误；B 项需要先加热铜才能与氯气发生反应，故该项错误；C项氯化铜溶液中存在水解平衡，加热蒸干最终得到的是氢氧化铜，故该项错误；D项铜和盐酸不反应，只有铜绿[Cu2(OH)2CO3]与盐酸反应，故该项正确。

考点2 金属材料
典例2 冶炼金属一般有以下几种方法：①热分解法；②焦炭法；③水煤气法(CO或H2)；
④活泼金属置换法；⑤电解法。

这几种方法各有优缺点，它们在工业上均有应用。

古代有：
a.火烧孔雀石炼铜；
b.湿法炼铜；现代有：
c.铝热法炼铁；
d.光卤石法炼镁。

对它们的冶炼方法分析不正确的是( )
A．a用② B．b用③ C．c用④ D．d用⑤
解析铁、铜、镁的冶炼方法，要根据它们的金属活动性来选择。

火烧孔雀石炼铜是用焦炭作还原剂进行冶炼，A正确；湿法炼铜是在溶液中进行的，故不能用水煤气法，B不正确；铝热法炼铁属于活泼金属置换法，C正确；镁的活泼性较强，用电解法比较适宜，D正确。

答案 B
名师精讲
1．合金特性
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。

(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。

合金具有许多良好的物理、化学和机械性
能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。

(3)并非所有的金属都能形成合金。

两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。

(4)合金一定是混合物。

2．金属活动性顺序表中隐含的重要信息
3．金属的冶炼
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系：
(2)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na ＋KCl =====850 ℃
K↑＋NaCl
2RbCl ＋Mg
=====
700～800 ℃
MgCl 2＋2Rb↑等，
在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K 、Rb 沸点低，气化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。

3．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是( ) ①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低
③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛 A ．②③④ B ．①②③⑤ C ．①②④ D ．①②④⑤
答案 B
4．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。

下列关于金属的一些说法不正确的是( )
A ．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B ．工业上金属Mg 、Cu 都是用热还原法制得的
C ．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D ．越活泼的金属越难冶炼 答案 B
解析 合金的化学性质与成分金属的化学性质相似，物理性质略有不同，A 正确；Mg 在工业上用电解法冶炼，Cu 用热还原法冶炼，B 错误；金属冶炼的实质是M n ＋
＋ne －
===M ，C 正确；金属越活泼，则金属离子的氧化性越弱，越难被还原，D 正确。

(建议用时：40分钟)
一、选择题(每题6分，共66分) 1．铅的冶炼大致过程如下：
①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；
②焙烧：2PbS ＋3O 2=====高温
2PbO ＋2SO 2；
③制粗铅：PbO ＋C=====高温
Pb ＋CO↑；
PbO ＋CO=====高温
Pb ＋CO 2。

下列说法正确的是( )
A ．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化
B ．方铅矿焙烧反应中，PbS 是还原剂，还原产物只有PbO
C ．整个冶炼过程中，制取1 mol Pb 共转移2 mol 电子
D ．将1 mol PbS 完全冶炼成Pb 理论上至少需要6 g 碳 答案 D
解析 富集方铅矿的过程属于物理变化，A 错；B 项中还原产物除PbO 外还有SO 2；整个冶炼过程中，制取1 mol Pb 共转移8 mol 电子，C 错。

2．硝酸铜是一种重要的工业产品，化学上有很多方法可以制取硝酸铜：①将铜溶于硝酸中；②先将铜与O 2反应生成CuO ，再溶于硝酸中；③将铜溶于N 2O 4的乙酸乙酯(溶剂，不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。

下列认识或判断错误的是( )
A ．方法③是最经济和环保的
B ．方法①中，若从经济和环保的角度考虑，用稀硝酸比用浓硝酸好
C ．方法②需要消耗能源，对环境不产生污染
D ．方法③中N 2O 4既是氧化剂又是还原剂 答案 A
解析 ①、③都生成污染性气体，②不生成污染性气体且HNO 3全部转化为Cu(NO 3)2。

3．下列有关合金的说法正确的是( ) A ．合金中至少含有两种金属 B ．合金的熔点比成分金属高 C ．合金的硬度比成分金属小 D ．青铜器所用材料属于合金 答案 D
解析 由一种金属和一种非金属熔合也可以形成合金，A 项错误；合金的熔点一般比成分金属的低，B 项错误；合金的硬度一般比成分金属的大，C 项错误。

4．下列有关Al 、Fe 、Cu 的说法正确的是( ) A ．三者对应的氧化物均为碱性氧化物 B ．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物
C ．制备AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2均不能采用将溶液直接蒸干的方法
D ．电解AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2的混合溶液时阴极上依次析出Cu 、Fe 、Al 答案 C
解析 Al 对应的氧化物为两性氧化物，A 项错误。

Cu 放置在空气中可生成Cu 2(OH)2CO 3，
B 项错误。

AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2溶液均发生水解反应生成挥发性酸，直接蒸干，得不到对应的物质，故不能采用直接蒸干的方法制备AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2，
C 项正确；电解AlCl 3、FeCl 3、CuCl 2的混合溶液，由于放电能力：Cu 2＋
＞H ＋
＞Fe 3＋
＞Al 3＋
，在阴极上依次析出Cu 、H 2，D 项错误。

5．人们习惯上把金、银、铜、铁、锡五种金属统称为“五金”。

在“五金”顺序中，把一种金属的位置向后移一位，正好符合某化学规律。

这种金属和该化学规律是( )
A ．铁、金属活动性顺序表
B ．金、质量守恒定律
C ．银、元素周期律
D ．铜、金属密度顺序表
答案 A
解析 将铁移到锡后，金、银、铜、锡、铁的金属活动性逐渐增强，A 项正确。

6．CuSO 4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。

下列说法不正确的是( )
A ．将CuSO 4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体
B ．相对于途径①、③，途径②更好地体现了“绿色化学”思想
C ．CuSO 4在1100 ℃分解所得气体X 可能是SO 2和SO 3的混合气体
D ．Y 可能是葡萄糖 答案 C
解析 将CuSO 4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体，A 项正确；途径①有污染性气体产生，相对于途径③，途径②的优点是制取等质量CuSO 4需要的硫酸少并且无污染性气体产生，途径②更好地体现了“绿色化学”思想，B 项正确；由流程图知硫酸铜分解生成了Cu 2O ，若X 是SO 2和SO 3的混合气体，则铜元素、硫元素化合价降低，无元素化合价升高，根
据2CuSO 4=====1100 ℃
Cu 2O ＋SO 2↑＋SO 3↑＋O 2↑知，X 可能是O 2、SO 2和SO 3的混合气体，C 项错误；葡萄糖与氢氧化铜反应会生成Cu 2O ，所以Y 可能是葡萄糖，D 项正确。

7．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质： ①FeCl 3 ②Fe 2O 3 ③Cu(NO 3)2 ④KNO 3 铜粉溶解的是( ) A ．只有①或② B ．只有②或④
C ．只有①或②或③
D ．上述四种物质中任意一种
答案 D
解析 Cu 与Fe 3＋
作用：2Fe 3＋
＋Cu===2Fe 2＋
＋Cu 2＋
，Fe 2O 3与稀硫酸反应生成Fe 3＋
，故①、
②能使铜粉溶解；H＋、NO－3具有强氧化性，能使铜粉溶解。

8．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，如表为四种金属的熔、沸点。

A．Cu和Al B．Fe和Cu
C．Fe和Na D．Al和Na
答案 C
解析由合金的形成可知，两种金属若能形成合金，则熔点高的金属的熔点不能大于熔点较低的金属的沸点，Fe的熔点高于Na的沸点，两种金属不能形成合金，故选C。

9．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。

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．铝锂合金耐酸碱腐蚀
答案 D
解析合金都是混合物，故A正确；合金的硬度比组成其的成分金属大，故B正确；合金的熔、沸点比组成其的成分金属低，故C正确；铝锂合金的铝能与酸碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不能耐酸碱腐蚀，故D错误。

10．下列说法中正确的是( )
A．Cu→CuO→Cu(OH)2每步转化均能通过一步反应实现
B．铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点高
C．金属铜放置在潮湿的空气中会被锈蚀，生成绿色的铜锈——碱式碳酸铜
D．金属铝、铁、铜都有一定的抗腐蚀性能，其抗腐蚀的原因都是表面形成氧化物薄膜，阻止反应的进一步进行
答案 C
解析A选项，CuO→Cu(OH)2不能通过一步实现，错误；B选项，铝合金比纯铝的熔点低，错误；D选项，铁、铜表面不能形成致密的氧化膜，错误。

11．部分氧化的Fe­Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g，经如下处理：
下列说法正确的是( )
A ．滤液A 中的阳离子为Fe 2＋
、Fe 3＋
、H ＋
B ．样品中Fe 元素的质量为2.24 g
C ．样品中CuO 的质量为4.0 g
D ．V ＝896 mL 答案 B
解析 根据题意，3.2 g 滤渣一定是铜，而铜与Fe 3＋
不共存，故A 中无Fe 3＋
，则A 项错误；最后的3.2 g 固体为Fe 2O 3，其中Fe 元素的质量为2.24 g ，B 项正确；样品中Cu 元素和O 元素共5.76 g －2.24 g ＝3.52 g ，则C 项错误；2.24 g Fe 元素不可能全是单质，故标准状况下生成的H 2的体积小于896 mL ，D 项错误。

二、非选择题(共34分)
12．(10分)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS 2)冶炼铜的主要流程如下：
(1)气体A 中的大气污染物可选用下列试剂中的________吸收。

a ．浓H 2SO 4 b ．稀HNO 3 c ．NaOH 溶液 d ．氨水
(2)用稀H 2SO 4浸泡熔渣B ，取少量所得溶液，滴加KSCN 溶液后呈红色，说明溶液中存在________(填离子符号)，检验溶液中还存在Fe
2＋
的方法是
______________________________________________
__________________________(注明试剂、现象)。

(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为__________________。

答案 (1)cd
(2)Fe 3＋
取少量溶液，滴加KMnO 4溶液，KMnO 4溶液褪色
(3)3Cu 2O ＋2Al=====高温
Al 2O 3＋6Cu
解析 (1)由转化关系可知A 中含有SO 2，故可利用碱性溶液吸收。

稀HNO 3虽然也能与SO 2反应，但又会放出有毒气体NO ，故不能选b 。

(2)Fe 2＋具有强还原性，可利用KMnO 4溶液来检验，若KMnO 4溶液褪色，则说明溶液中含有Fe 2＋。

(3)由泡铜冶炼粗铜利用了铝的强还原性(铝热反应)。

Cu 2O 中铜元素为＋1价，利用得
失电子守恒配平反应方程式：3Cu 2O ＋2Al=====高温
Al 2O 3＋6Cu 。

13．(12分)CuCl 是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。

工业上由废铜料(含Fe 、Al 及其化合物、SiO 2杂质)生产CuCl 的工艺流程如下：
22CuCl 沉
淀。

(1)煅烧的主要目的是_________________________________。

(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH ，范围为________，加入的物质X 可以是________。

A ．CuO B ．Cu(OH)2 C ．NaOH 溶液
D ．CaCO 3
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是________。

(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO 2可生成CuCl －
2，请写出反应的离子方程式：____________________________________________。

答案 (1)使铜转化为可溶于酸的氧化物 (2)4.7≤pH＜5.6 ABC (3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)2H 2O ＋2Cu 2＋
＋SO 2＋4Cl －
===2CuCl －
2＋SO 2－
4＋4H ＋
解析 (1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，综观整个流程图可知，CuCl 需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。

(2)调节溶液中的pH 时，应保证使Fe 3＋
和Al 3＋
完全沉淀，而Cu 2＋
不能沉淀，故溶液的pH 应为4.7≤pH＜5.6，加入的物质能消耗H ＋，但不能在含铜离子的溶液中引入新的杂质，再结合后面反应Ⅰ中需加入NaCl ，符合要求的有ABC 三项。

(3)溶液的pH 为4.7≤pH＜5.6时，Fe 3＋
和Al 3＋
完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。

(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的方程式：2H 2O ＋2Cu 2＋
＋SO 2＋4Cl －
===2CuCl －
2＋SO 2－
4＋4H ＋。

14．(12分)铜器久置，表面会生成一层绿色固体，某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。

查阅相关资料后，得知该绿色物质是碱式碳酸铜。

该小组同学利用如图装置进行实验，探究碱式碳酸铜的分解产物。

①对试管内的绿色固体进行加热至完全分解，观察到A 装置中绿色固体逐渐变成黑色，B 装置中无水硫酸铜变成蓝色，C 装置中澄清石灰水变浑浊。

②取少量加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀盐酸。

观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝色。

③取少量上述蓝色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝。

观察到铁丝表面有红色物质析出。

请回答下列问题：
(1)加热后试管中剩余的黑色物质是________。

(2)写出该绿色物质受热分解的化学方程式：_______________。

(3)上述实验步骤③中反应的离子方程式为_________________。

(4)
实
验
装
置
最
后
的
干
燥
管
的
作
用
是
________________________________________________________。

答案 (1)CuO
(2)Cu 2(OH)2CO 3=====△
2CuO ＋H 2O ＋CO 2↑ (3)Cu 2＋
＋Fe===Cu ＋Fe 2＋
(4)防止空气中的CO 2进入广口瓶
解析 根据无水硫酸铜变蓝，可知反应中有水生成；根据澄清石灰水变浑浊，可知有CO 2生成；根据黑色固体溶于稀盐酸溶液变蓝色，插入铁丝后有红色物质析出，知黑色物质应是CuO 。

(1)加热后试管中剩余的黑色物质是CuO 。

(2)碱式碳酸铜受热分解的化学方程式为
Cu 2(OH)2CO 3=====△
2CuO ＋H 2O ＋CO 2↑。

(3)上述实验步骤③中铁置换出铜，反应的离子方程式为Cu 2＋
＋Fe===Cu ＋Fe 2＋。

(4)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰，目的是防止空气中的CO 2进入广口瓶中，
干扰实验。