2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《金属材料与金属矿物利用》

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2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《金属材料与金属矿 物利用》 【知识梳理】 一、铜及其化合物 铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一。铜元素在元素周期表中位于第四周 期第ⅠB 族，原子结构示意图为： 。 铜是硬度较小的紫红色金属，具有良好 的延展性、导电性和导热性。铜在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等。这方 面应用占铜的工业总用量的一半左右，半导体器件中的硅芯片上用铜代替铝线；建筑业上用 铜制造水管及其它排水设施，具有独特的杀菌功能，抑制细菌生长。 1．铜及其化合物的颜色 2．铜的化学性质 (1)与非金属单质反应 2Cu＋O2 2CuO 2Cu＋S Cu2S Cu＋Cl2 CuCl2 (2)与酸反应 ①与非氧化性酸（稀盐酸、稀硫酸）不反应。 ②与氧化性酸反应 Cu＋ 2H2SO4(浓) CuSO4 ＋ SO2 ↑＋ 2H2O Cu＋ 4HNO3 (浓) ＝ Cu(NO3)2 ＋ 2NO2 ↑＋ 2H2O 3Cu＋ 8HNO3 (稀) ＝ 3Cu(NO3)2 ＋2 NO ↑＋ 4H2O (3)与盐溶液反应 Cu＋2FeCl3 ＝ CuCl2 ＋2FeCl2 △ (4)铜在干燥空气中性质稳定，但在潮湿空气中会被腐蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜 锈。 2Cu＋ O2 ＋H2O ＋ CO2 ＝ Cu2 ( O H ) 2 CO3 3．铜的化合物的化学性质 (1)氧化铜：CuO 为黑色不溶于水的固体。 ①氧化铜有金属氧化物的性质。 CuO＋2HCl＝ CuCl2 ＋H2O ②氧化铜具有氧化性，可与某些还原剂反应。 H2＋CuO Cu＋ H2O C＋2CuO 2Cu＋ CO2 ↑ ③氧化铜在高温下可发生分解反应： 4CuO 2Cu2O＋ O2 ↑ （2）氢氧化铜：Cu(OH)2 为蓝色不溶于水的絮状沉淀。 ①与酸反应：Cu(OH)2＋2H＋=== Cu2＋＋2H2O ②受热分解：Cu(OH)2 CuO＋H2O ③检验醛基：CH3CHO+2Cu(OH)2＋NaOH CH3COONa+Cu2O+3H2O (3)硫酸铜：CuSO4 晶体与无水 CuSO4 之间可以相互转化。 CuSO4·5H2O CuSO4 ＋ 5H2O CuSO4 ＋ 5H2O ＝ CuSO4·5H2O 实验内容 实验现象 结论 CuSO4·5H2O → CuSO4 向饱和的 CuSO4 溶液中慢慢滴入浓 硫酸，静置 液体分为两层，上 层蓝色，下层无色， 有白色固体析出 浓硫酸具有吸水性，可使 饱和的 CuSO4 溶液析出 白色 CuSO4 固体 CuSO4→ CuSO4·5H2O 向无水 CuSO4 中 通入水蒸气 白色粉末变为蓝色 晶体 CuSO4＋5H2O＝ CuSO4·5H2O 例题1、下列说法正确的是 。 ①铜绿的主要成分是碱式碳酸铜，可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 高温 ②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 ③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 ④铁比铜活泼，铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈 ⑤氧化铜可作为制造玻璃、搪瓷的红色颜料 ⑥硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 ⑦为了避免青铜器生成铜绿，在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜 ⑧1 mol Cu 和足量热浓硫酸反应可生成 NA 个 SO3 分子 ⑨冶炼铜的反应为 8CuFeS2＋21O2 8Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，若 CuFeS2 中 Fe 的 化合价为+2，反应中被还原的元素是 Cu 和 O ⑩CuSO4 溶液与过量浓氨水反应的离子方程式：Cu2++2NH3·H 2O=Cu(OH)2↓+2NH4+ ⑪将 CuCl2 溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水 CuCl2 固体 ⑫H2 通过灼热的 CuO 粉末，反应后固体物质增重 【指点迷津】 （1）波尔多液消毒：主要应用在农业植物杀菌和公共场合的消毒。其主要成分组分 CuSO4 溶液、石灰水，原理是重金属盐能使蛋白质变性。 （2）制备 CuSO4 方案的选择：方法如下：一是 Cu→CuO→CuSO4,二是用铜和浓硫酸的反应。 方案的选择主要从绿色化学概念角度进行：一是原料利用率高，节约成本；二是不产生有毒 气体，不造成大气污染。与之相同的还有 Cu(NO3)2 的制备。 （3）CuCl2 溶液的蒸干、和含有结晶水时除去结晶水，分别对应的操作是加入盐酸，和在 HCl 气氛中加热。 （4）粗铜的精炼：电解池中，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极反应： Cu- 2e- = Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-= Ni 2+；阴极反应：Cu2++ e- =Cu，硫酸铜溶液浓度降低。 二、合金与金属冶炼 1．合金及新材料 （1）合金概念：两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔化而成的具有金属特性的物质叫 合金(合金为混合物)。如：钢铁为铁碳合金。 （2）合金特性：合金比它的成分金属具有良好的物理和化学等多方面性能。如合金的熔点 一般比它的成分金属熔点低，合金适宜铸造；又如硬铝合金的强度和硬度都比纯铝大，几乎 相当钢材，且密度小。 高温 （3）钛合金：金属钛是一种新型的结构材料。钛的密度为 4−54g·cm-3，比钢轻，可是，钛 的机械性能与钢相似。钛恰好兼有钢和铝的优点。液体钛几乎能溶解所有的金属，因此可以 和多种金属形成合金。将钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛的表面容易形成致密的、 钝性的氧化物保护膜，使得钛具有优良的抗腐蚀性，特别是对海水的抗腐蚀性很强。由于金 属钛具有优良的性能，在国防和高能技术中，钛占有重点地位，在航海和航空制造业中得到 广泛的应用。 2．金属的冶炼 (1)从矿石中提取金属的一般步骤有三步：①矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分 的含量；②冶炼：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂将金属矿石中的金属离 子还原成金属单质；⑧精炼：采用一定的方法，提炼纯金属。 (2)冶炼金属的实质：用还原的方法，使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子− (3)金属冶炼的一般方法： ①加热法:适用于冶炼在金属活动顺序表中，位于氢之后的金属(如 Hg、Ag 等)。 2HgO 2Hg + O2↑ HgS + O2 Hg + SO2↑ 2Ag2O 4Ag + O2↑ ②热还原法：适用于冶炼金属活动顺序表中 Zn、Fe、Sn、Pb 等中等活泼的金属．常用的还 原剂有 C、CO、H2、Al 等。 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2(炼铁) ZnO + C Zn + CO↑(伴生 CO2) WO3 + 3H2 W + 3H2O Cr2O3 + 2Al 2Cr + A12O3(制高熔点的金属) ③熔融电解法：适用于冶炼活动性强的金属如 K、Ca、Na、Mg、A1 等活泼的金属，通过 电解其熔融盐或氧化物的方法来制得。 2A12O3 4Al + 3O2↑ 2NaCl 2Na + C12↑ ④湿法冶金(又叫水法冶金)：利用在溶液中发生的化学反应(如置换、氧化还原、中和、水解 等)，对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程．湿法冶金可用于提取 Zn、U(铀)及稀土 金属等。 3．金属的回收：地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不能再生的。随着人们的不断开 发利用，矿产资源将会日渐减少。金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏，同时由于生产的 发展，新的产品要不断替代旧的产品，因而每年就有大量废旧金属产生。废旧金属是一种固 体废弃物，会污染环境。要解决以上两个问题，最好的方法是把废旧金属作为一种资源，加 以回收利用。这样做，既减少了垃圾量，防止污染环境，又缓解了资源短缺的矛盾。回收的 废旧金属，大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。 例题2、下列说法正确的是 。 ①金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性 ②金属元素的单质在常温下均为固体 ③工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气 ④钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制 ⑤合金的性质与其成分金属的性质不完全相同 ⑥由铁矿石炼成铁是化学变化，由生铁炼成钢是物理变化 ⑦工业上电解熔融状态的 Al2O3 制备 Al 不涉及氧化还原反应 ⑧金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 ⑨在人类对金属材料的使用过程中，性质活泼的金属单质最早被人们冶炼和使用 ⑩单质铝在空气中比较耐腐蚀，所以铝是不活泼金属 ⑪FeO 投入稀 H2SO4 和稀 HNO3 中均得到浅绿色溶液 ⑫向一定量的 Cu、Fe2O3 的混合物中加入 300 mL 1 mol·L－1 的盐酸，恰好使混合物完全溶解， 所得溶液中不含 Fe3＋。若用过量的 CO 在高温下还原相同质量的原混合物，固体减少的质量 为 2−4 g 【指点迷津】 （1）不同冶炼方法有不同的特点，如用气态物质还原时，气体与矿石充分接触，反应速率 快，无残留，得到的金属纯度高；电解冶炼需消耗大量的电能；铝热反应适用于高熔点金属 的冶炼。 （2）当一种金属可用多种方法冶炼时，工业上一般采用经济效率高的方法。即热分解法优 于焦炭还原法，焦炭还原法优于铝热还原法，铝热还原法优于电解法。从环保角度考虑， H2 还原法又优于 C、CO 还原法。 （3）用还原剂还原法制得的金属一般含有较多的有害杂质，如含其它金属或非金属。为了 满足金属的多种用途，除去金属中的有害杂质是必要的。低沸点金属(如锌和汞)可以用蒸馏 法与较不易挥发的有害杂质分离而达到提纯；电解法精炼金属是使用最广泛的金属精炼法， 铜、银、金、铅等都可以用这种方法精炼。 【课时练习】 1．2019 年江西南昌“海昏侯墓”出土了一件青铜白酒蒸馏器。下列说法不正确的是（ ） A．在实验室进行蒸馏时，必须使用圆底烧瓶、直形冷凝管、酒精灯、锥形瓶等仪器 B．我国古代人民常用明水矾除去铜器表面的铜绿（铜锈） C．青铜文物和铁质文物在潮湿的土壤环境中容易发生电化学腐蚀 D．与火法冶铜（以 Cu2S 为原料）相比，采用湿法冶铜（以 CuSO4 为原料）的优点是减少 了环境污染和能源的消耗 2．下列有关金属的工业制法中，正确的是 A．制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的 NaCl 溶液 B．制铁：以铁矿石为原料，CO 还原得铁 C．制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2 还原得镁 D．制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝 3．A、B、C、D、E 分别是 Cu、Ag、Fe、Al、Mg 五种金属中的一种。已知：（1）将 A、 C 用导线相连后放入稀 H2SO4 中，C 的表面有气泡产生；（2）将 B 放入 D 的硝酸盐中，B 的表面析出单质 D；（ 3）将 C、E 放入冷浓硫酸中，均无明显现象，由此可以推断五种金属 A、B、C、D、E 依次可能为 A．Fe、Cu、Al、Ag、Mg B．Mg、Cu、Al、Ag、Fe C．Al、Cu、Mg、Ag、Fe D．Mg、Ag、Al、Cu、Fe 4．类推的思维方法在化学学习与研究中有时会产生错误结论，因此类推的结论最终要经过 实践的检验，才能决定其正确与否，下列几种类推结论中，错误的是（ ） ①钠与水反应生成 NaOH 和 H2；所有金属与水反应都生成碱和 H2 ②铁露置在空气中一段时间后就会生锈；性质更活泼的铝不能稳定存在于空气中 ③化合物 KC1 的焰色为紫色；K2CO3 的焰色也为紫色 ④生铁比纯铁的熔点低；钠钾合金的熔点也应介于 Na 和 K 熔点之间 A．①② B．①④ C．①②③④ D．①②④ 5．《证类本草》中记载：“鸡屎矾(碱式碳酸铜)不入药用,惟堪镀作,以合熟铜；投苦酒(醋)中， 涂铁皆作铜色，外虽铜色，内质不变。”下列关于该描述的说法正确的是 A．“不入药用”的主要原因是鸡屎矾溶于胃酸，产生重金属离子 Cu2＋ B．“惟堪镀作，以合熟铜”指的是电镀铜技术 C．“投苦酒(醋)中，涂铁皆作铜色”涉及两个化学反应且都为氧化还原反应 D．“外虽铜色，内质不变”描述的是铁和铜的钝化过程 6．银铜合金广泛应用于航空工业。从银铜合金的切割废料中回收银和制备 CuAlO2 的流程 如下。 已知：Al(OH) 3 和 Cu(OH) 2 开始分解的温度分别为 450℃和 80℃。 下列说法错误的是 A．电解精炼时，粗银做阳极，纯银做阴极 B．为提高原料利用率，流程中应加过量的稀 NaOH C．滤渣 B 煅烧时发生的反应为 4CuO+4Al(OH)3  高 温 4CuA1O2+ O2↑+6H2O D．若用 1−0 kg 银铜合金（铜的质量分数为 64%) 最多可生成 10−0mol CuA1O2 7．碱式氯化铜 a b 2Cu Cl (OH) xH O 是一种重要的无机杀虫剂，它可以通过以下步骤制备。 步骤 1：将铜粉加入稀盐酸中，并持续通空气反应生成 2C u C l 。已知 3Fe  对该反应有催化 作用，其催化原理如图所示。步骤 2：在制得的 溶液中，加入石灰乳充分反应后即可 制得碱式氯化铜。下列有关说法错误的是( ) A．a、b、c 之间的关系式为 a=2b+2c B．图中 M、N 分别为 、 2Fe  C．为了除去 溶液中的杂质 ，可加入过量的CuO 、过滤 D．若制备1mol a b 2Cu Cl (OH) xH O，理论上消耗11.2a 2L(STP)O 8．CuCl 是应用广泛的有机合成催化剂，可从黄铜矿（主要成分为 CuFeS2）中制取。 已知：CuCl 是一种白色粉末，微溶于水，难溶于乙醇，在空气中易被氧化，在水溶液中存 在平衡：CuCl(s)+2Cl－(aq)⇌[CuCl3]2－(aq)（无色溶液）。下列叙述正确的是 A．“浸取”过程中的主要反应为 CuFeS2+4CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S B．浸取所得到的 FeCl2 溶液，可用来腐蚀覆在绝缘板上的铜箔制造印刷电路板 C．加水有利于 CuCl(s) +2Cl－(aq)⇌[CuCl3]2－(aq)平衡逆向移动，析出 CuCl，Cl－浓度增大 D．为提高产率和纯度，可采用乙醇洗涤、真空干燥 9．工业上综合利用铝土矿（主要成分为 Al2O3，还含有 Fe2O3、FeO、SiO2）的部分工艺流 程如下： 铝土矿 稀硫酸 过滤滤渣 氢氧化钠固体 焙烧 硅酸钠 实验室模拟上述流程中，用不到的装置是（ ） A． B． C． D． 10．CuSO4 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．途径①所用混酸中 H2SO4 与 HNO3 物质的量之比最好为 3:2 B．相对于途径①、③，途径②更好地体现了绿色化学思想 C．1molCuSO4 在 1100℃所得混合气体 X 中 O2 可能为 0−75mol D．Y 可以是甲酸钠 11．某科学兴趣小组查阅资料得知，反应温度不同，氢气还原氧化铜的产物就不同，可能是 Cu 或 Cu2O，Cu 和 Cu2O 均为不溶于水的红色固体，但 Cu2O 能与稀硫酸发生反应： Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O。为探究反应后的红色固体的成分，他们提出了以下假设： 假设一：红色固体只有 Cu 假设二：红色固体只有 Cu2O 假设三：红色固体中有 Cu 和 Cu2O 下列判断正确的是 A．取少量红色固体，加入足量的稀硫酸，若溶液无明显现象，则假设一和二都成立 B．少量红色固体与足量稀硫酸反应，若溶液呈蓝色且仍有红色固体，则只有假设三成立 C．若将 7−2 克红色固体通入足量的 H2 还原，最后得到固体 6−4 克，则假设二成立 D．实验室可用向新制 Cu(OH)2 悬浊液(碱性)中加入葡萄糖后加热，来制取 CuO 12．碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d]在一定条件下的转化如下图所示，下列说法正确的是 A．a、b、c、d 符合关系式：2a+3b=c+3d B．X 可能为 NaOH C．Q 可能为 NH3 D．工业上用 CO 还原 Al2O3 的方法制取金属 Al 13．某化学小组设计实验，探究“NO2 是否能与炽热的铜反应生成氧化铜和氮气”。 已知：①NO 和 FeSO4 溶液反应：NO+FeSO4=FeSO4·NO(棕色) ②酸性 KMnO4 溶液吸收 NO 生成 NO 3  和 Mn2+ ③Cu2O 在酸性条件下能发生反应：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O 设计实验所需装置如图所示(每个装置中液态试剂均足量，且不考虑 A 装置挥发出的硝酸对 后续装置的影响)。 回答下列问题： （1）该实验装置较复杂，检查气密性时采用分段检查的方法，请写出 A 装置气密性的检验 方法___。 （2）该实验装置的连接顺序为：___（填装置字母代号），C 装置中盛装试剂是___（填名称）。 （3）开始实验先引发 A 中反应，一段时间后再点燃 D 处酒精灯，这样操作的目的是___。 （4）实验过程中观察到下列现象，请回答： ①B 中浅绿色溶液变棕色得出实验结论是___ a−二氧化氮与铜反应的还原产物一定有 NO b−二氧化氮与铜反应的还原产物一定无 NO c−二氧化氮与铜反应的还原产物可能有 NO ②E 中有明显现象，该现象是___，写出发生反应的离子方程式___。 （5）当 D 中铜粉完全反应时冷却至室温，停止 A 中反应，测得反应后 D 中固体粉末质量 为 ag， ①当 a=___(用含 m 的代数式表示)时，铜被氧化的产物全部是 CuO； ②设计最简单的实验方案，验证反应后 D 中固体是否含有 Cu2O___（试剂选任） 14．某校化学小组同学研究 Cu 与 H2SO4 溶液反应，小伟同学实验记录如下： 实验 编号 实验操作 实验现象 Ⅰ 取螺旋状铜丝在酒精灯上烧至红热，迅速伸入装 有 10 mL 3 mol/L H2SO4 溶液的试管中 产生大量白雾；溶液颜色变为浅 蓝色；试管中出现红色浑浊 Ⅱ 步骤一：取螺旋状铜丝在酒精灯上烧至红热， 迅 速伸入装有 10 mL 蒸馏水的试管中； 步骤二：冷却后加入 5 mL 3 mol/L H2SO4 步骤一：产生少量白雾；试管中 出现黑色浑浊，略带红色 步骤二：浑浊全部为红色；溶液 略显蓝色 (1)实验一：探究白雾的成分 ①波波同学收集实验Ⅰ中白雾，加入品红溶液，溶液褪色，得出结论：白雾成分包含 SO2。 可能是因为局部温度过高产生，写出有关化学方程式 ________。 ②艳艳同学认为不妥，补充实验Ⅲ： 实验编 号 实验操作 实验现象 Ⅲ 步骤一：取品红溶液，加 3 mol/L H2SO4 溶液， 加热； 步骤二：收集实验Ⅰ中白雾，加入品红溶液， 加热 步骤一：溶液褪色，加热无颜色 变化； 步骤二：溶液褪色，加热无颜色 变化 根据实验Ⅲ，可推断白雾成分是______，而并非 SO2。 (2)实验二：探究红色固体的成分。经过分析，实验Ⅰ和实验Ⅱ中的红色浑浊成分相同。 （资料）Cu2O 能溶在浓氨水中形成无色 Cu(NH3)2+，很容易被氧气氧化为蓝色 Cu(NH3)22+； Cu2O 能与一定浓度的酸溶液发生反应：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O。 ①写出 Cu2O 溶在浓氨水中的离子方程式 _______。 ②对于红色浑浊的成分，谷哥设计实验并实施，证实了红色固体中只有 Cu2O。他的实验是： 将实验Ⅰ试管中固体过滤洗涤，得红色固体，__________。 ③结合实验Ⅰ和Ⅱ，吉吉同学确定铜丝烧至红热时生成了______。 (3)实验三：探究红色固体不溶的原因。经过检验，实验Ⅰ和实验Ⅱ反应后的溶液均显酸性， 对于体系中有 Cu2O 固体的原因： 龙校假设：在实验条件下，随着溶液酸性降低，Cu2O 与酸无法反应。 乔博假设：在实验条件下，随着溶液酸性降低，Cu2O 与酸反应速率变小。 邹邹同学继续实验： 实 验 编 号 实验操作 实验现象 Ⅳ 取 Cu2O 固体少量，加入到装有 10 mL3 mol/L H2SO4 溶液的试管中 溶液迅速变为蓝色；试管中出现少 量亮红色固体 Ⅴ 取 Cu2O 固体少量，加入到装有 10 mL 3 mol/L H2SO4 和少量 CuSO4 (浅蓝色)的试管中 现象同Ⅳ Ⅵ 重复实验Ⅰ，振荡试管，分为两等份。第一份立 刻加入浓硫酸至 c(H2SO4)=3 mol/L；第二份静置 4 h 之后，过滤，向固体中加入浓硫酸至 c(H2SO4)=3 mol/L 第一份加酸后红色固体明显减少， 溶液蓝色加深；第二份静置时，固 体减少，溶液缓慢变为蓝色，固体 加酸后无明显现象。 ①实验Ⅴ的目的是 ______。 ②通过以上实验，臧臧同学得出的结论是______。 15．某工厂的固体废渣中主要含 Cu 和 CuO，还含有少量 Cu2O 和 SiO2 等。利用该固体废渣 制取 Cu(NO3)2 的部分工艺流程如图所示： （1）Cu 与稀硝酸反应的离子方程式为___。 （2）酸溶时，反应温度不宜超过 70℃，其主要原因是___，若保持反应温度为 70℃，欲加 快反应速率可采取的措施为___（写出一种即可）。 （3）过滤后所得废渣的主要成分的化学式为___。 （4）Cu(NO3)2 晶体受热易分解成 CuO，同时产生 NO2 和 O2，该反应的化学方程式为___， 由 Cu(NO3)2 溶液制备 Cu(NO3)2 晶体的操作方法是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、___、___。 16．氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料，某工厂以硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S 等)为原料制取 Cu2O 的工艺流程如下： 常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的 pH 如下表： Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2 开始沉淀 7−5 2−7 4−8 完全沉淀 9−0 3−7 6−4 (1)炉气中的有害气体成分是________，Cu2S 与 O2 反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比 为______。 (2)试剂 X 是 H2O2 溶液，当试剂 X 是___________时，更有利于降低生产成本。 (3)加入试剂 Y 调 pH 时，pH 的调控范围是________。 (4)“还原”步骤中为提高 N2H4 转化率可采取的措施有_________(填序号)。 a．不断搅拌，使 N2H4 和溶液充分接触 b．增大通入 N2H4 的流速 c．减少 KOH 的进入量 d．减小通入 N2H4 的流速 (5)写出用 N2H4 制备 Cu2O 的化学方程式为_______________ (6)操作 X 包括烘干，其中烘干时要隔绝空气，其目的是____________。 参考答案 例题 1、①⑥⑦⑨ 【解析】铜绿主要成分是 Cu2(OH)2CO3，可视为 Cu(OH)2·CuCO3，所以铜绿能和盐酸反应， ①正确；铜与稀硝酸会反应，应该用稀盐酸，②错误；Cu 与硫酸铁发生氧化还原反应，生 成硫酸铜和硫酸亚铁，无黑色固体出现，③错误；铁铜在潮湿的空气中能组成原电池，发生 电化学腐蚀，铁做负极被腐蚀，④错误；氧化铜是黑色物质，不能作为红色颜料，⑤错误； 因为 Cu2＋是重金属离子，可使蛋白质变性，有杀菌能力，故能作游泳池的消毒剂，⑥正确； 铜绿是生活中常见现象，反应原理为 2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2CO3(OH)2，故青铜器应保存在 干燥的环境中或表面覆盖一层防渗的高分子膜防止被腐蚀，⑦正确；Cu 和足量热浓硫酸反 应生成的是 SO2，不是 SO3，⑧错误；若 CuFeS2 中 Fe 的化合价为+2,则 Cu 化合价为+2,S 化 合价为-2，分析化学方程式两边元素化合价的变化可知，化合价降低的元素被还原，有 Cu 和 O 元素，⑨正确；过量浓氨水反应产生[Cu(NH3)4]2+，⑩错误；Cu2＋水解，加热 CuCl2 溶 液不能得到 CuCl2 固体，⑪错误；氢气通过灼热的 CuO 粉末发生的反应为 CuO+H2=====△ Cu+H2O，固体由 CuO 变为 Cu，1molCuO 的质量为 80g，1molCu 的质量为 64g，反应后固 体质量减小，⑫错误。 答案：①⑥⑦⑨ 例题2、⑤⑧ 【解析】金属离子中的中间价态离子，比如 Fe2＋，既有氧化性又有还原性，①错误；常温 下金属汞呈液态，②错误；电解 NaCl 溶液生成 NaOH、H2 和 Cl2，而得不到单质钠，③错 误；铁用 CO 还原法炼制，用铝热反应成本太高，④错误；合金的熔点比它的各成分金属的 熔点都低，⑤正确；铁矿石炼铁和生铁炼钢都是化学变化，⑥错误；电解熔融 Al2O3 制取 Al 的反应为 2Al2O3(熔融)=====电解 4Al＋3O2↑，该反应属于氧化还原反应，⑦错误；金属冶炼 就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原， ⑧正确；性质活泼的金属很难以游离态存在，一般被人们发现使用得较晚，⑨错误；单质铝 不易被腐蚀，是因为其与氧气反应在其表面形成致密的氧化膜，保护内部金属不被腐蚀，⑩ 错误。 1．A【解析】A．实验室进行蒸馏时，须使用蒸馏烧瓶、温度计、直形冷凝管、酒精灯、羊 角管、锥形瓶等仪器，A 选项错误； B．明矾中含有铝离子，铝离子水解使溶液显酸性，Cu(OH)2CO3 能与酸性溶液反应，所以 可用明水矾除去铜器表面的铜绿(铜锈)，B 选项正确； C．青铜文物和铁质文物，在潮湿环境中易形成原电池发生电化学腐蚀，腐蚀速率更快，C 选项正确； D．火法冶铜(以 Cu2S 为原料)会产生 SO2，对环境造成污染，同时高温条件下耗能较高，而 湿法冶铜(以 CuSO4 为原料)采用电化学原理，相比火法冶铜减少了环境污染和能源的消耗， D 选项正确； 答案选 A。 2．B【解析】A．电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气、氯气，电解熔融的氯化钠可生成金 属钠和氯气，故 A 错误； B．CO 还原氧化铁可以生成铁和二氧化碳，故 B 正确； C．用海水为原料，经一系列过程制得氢氧化镁固体，氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁，电 解熔融的氯化镁生成镁和氯气，故 C 错误； D．从铝土矿中获得氧化铝，电解熔融的氧化铝得到铝和氧气，故 D 错误； 答案选 B。 3．B【解析】 (1)将 A、C 用导线相连后放入稀 H2SO4 中，C 的表面有气泡产生，说明 C 电 极上氢离子被还原成氢气，为正极，所以 A 比 C 活泼，且 A 为 Fe、Al、Mg 三者之一，且 C 不可能是 Mg； (2)将 B 放入 D 的硝酸盐中，B 的表面析出单质 D，说明 B 比 D 活泼； (3)将 C、E 放入冷浓硫酸中，均无明显现象，有两种可能，一种是发生钝化，如 Al 和 Fe， 一种是不反应，如 Cu 和 Ag，C、E 为 Cu、Fe、Al、Ag 中的两种； A．根据分析可知 E 不可能是 Mg 元素，且 A 比 C 活泼，而 Fe 不如 Al 活泼，故 A 错误； B．A 为 Mg，可以和稀硫酸反应，与 C(Al)和稀硫酸形成原电池时 Al 为负极，产生气泡；B 为 Cu 比 D(Ag)活泼；C(Al)和 E(Fe)在浓硫酸中钝化，故 B 符合题意； C．五种元素中最活泼的金属为 Mg，而 A 比 C 活泼，且根据(3)也可知 C 不可能是 Mg，故 C 错误； D．根据分析可知 B 比 D 活泼，而 Ag 不如 Cu 活泼，故 D 错误； 故答案为 B。 4．D【解析】①钠是活泼金属，与水反应生成 NaOH 和 H2，但铁需要在高温下与水蒸气反 应生成 Fe3O4 和 H2，所以①错误； ②铁因含有杂质，露置在空气中由于发生电化学反应而生锈，但性质更活泼的铝由于易被氧 化，在表面形成致密的氧化膜而得到保护，所以铝具有较好的抗腐蚀能力，可稳定存在于空 气中，即②错误； ③焰色反应是用来检验某些金属元素的，所以只要含有钾元素，焰色都是紫色的，即③正确； ④合金的熔点比构成合金的成分金属熔点都低，钠钾合金的熔点也比钠和钾的低，所以④错 误； 错误的为①②④；答案选 D。 5．A【解析】A− “不入药用”的主要原因是鸡屎矾溶于胃酸，产生重金属离子 Cu2＋，能使蛋 白质变性，故 A 正确； B− “惟堪镀作，以合熟铜”指的活泼金属置换出铜，故 B 错误； C− “投苦酒(醋)中，涂铁皆作铜色”涉及两个化学反应，其中，发生盐与醋酸的复分解反应， 无元素的化合价变化，为非氧化还原反应，故 C 错误； D− “外虽铜色，内质不变”描述的是铁和铜的置换过程，铜覆盖在铁上面，故 D 错误； 故选 A。 6．B【解析】A− 电解精炼时，粗银做阳极、纯银做阴极、电解液选可溶性银盐，阳极上银 及比它活泼的金属溶解，阴极上电解液中银离子得到电子被还原析出银，A 正确； B− 流程中硫酸铜溶液中加硫酸铝和稀 NaOH、未煮沸之前得 Cu( OH) 2 和 A l(OH) 3 ，根 据 Al(OH) 3 和 Cu(OH) 2 开始分解的温度分别为 450 ℃ 和 80 ℃ 可知 B 为 Al(OH) 3 和 CuO 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 起的反应为：Al(OH) 3 ＋OH －= AlO2-＋2H 2 O ,B 错误； C− 滤渣 B 为 Al(OH) 3 和 CuO 的混合物，煅烧时铜化合价降低到+1 价，则发生氧化还原反 应，反应方程式为 4CuO+4Al(OH)3  高温 4CuA1O2+ O2↑+6H2O，C 正确； D− 1−0 kg 银铜合金（铜的质量分数为 64%)中铜的物质的量为 1000.0g 64% 10.0mol64g/mol   ，则由铜元素守恒知最多可生成 10−0mol CuA1O2，D 正确； 答案选 B。 7．A【解析】由实验步骤及转化图可知，发生反应 2Cu+O2+4HCl===2CuCl2+2H2O， N 为 Fe2+，M 为 Fe3+，在制得在制得的 CuCl2 溶液中，加入石灰乳充分反应后即可制备碱式氯化 铜，且化合物中正负化合价代数和为 0，依此结合选项解答问题。 A．根据化合物中正负化合价的代数和为 0，可知 2a=b+c，A 选项错误； B．根据上述分析，N 为 Fe2+，M 为 Fe3+，B 选项正确； C．Fe3+水解使溶液显酸性，CuO 与 H+反应产生 Cu2+和水，当溶液的 pH 增大到一定程度， Fe3+形成 Fe(OH)3 而除去，从而达到除去 Fe3+的目的，C 选项正确； D．若制备 1mol ab2CuCl(OH)xHO ，转移的电子数为 2a mol，根据得失电子守恒，理论 上消耗 0−5a molO2，标准状况(STP)下的体积为 11−2a L，D 选项正确； 答案选 A。 8．D【解析】浸取时发生 CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S，过滤分离出 CuCl、S，加浓盐 酸发生 CuCl(s) +2Cl－(aq)⇌[CuCl3]2－(aq)，过滤分离出 S，加水使 CuCl(s) +2Cl－(aq)⇌[CuCl3]2 －(aq)逆向移动，抽滤、洗涤、干燥得到 CuCl。 A− 由图中反应物、生成物结合原子守恒可知浸取中的主要反应为 CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+FeCl2+2S，故 A 错误； B− 浸取所得到的 FeCl2 溶液，与 Cu 不反应，不能用来腐蚀覆在绝缘板上的铜箔，故 B 错 误； C− 加水向离子浓度增大的方向移动，加水有利于 CuCl(s) +2Cl－(aq)⇌[CuCl3]2－(aq)平衡逆向 移动，析出 CuCl，Cl－浓度减小，故 C 错误； D− CuCl 难溶于乙醇，在空气中易被氧化，则为提高产率和纯度，可采用乙醇洗涤、真空干 燥，故 D 正确； 故选 D。 9．B【解析】A．稀硫酸溶解铝土矿时，需要将固体与液体分离，所以应使用过滤装置，A 不合题意； B．在整个操作过程中，没有将溶液浓缩或蒸发结晶的操作，所以不需要此装置，B 符合题 意； C．焙烧二氧化硅与氢氧化钠的固体混合物时，需要使用铁坩埚，C 不合题意； D．用稀硫酸溶解铝土矿时，需要使用烧杯进行溶解，D 不合题意； 故选 B。 10．C【解析】A．铜与硝酸根在酸性环境中反应的离子方程式为 3Cu+8H++2NO - 3 =3Cu2++2NO↑+4H2O，当 HNO3 和 H2SO4 的物质的量之比为 2:3 时，溶液中 H+和 NO 的物 质的量之比为 8:2，硝酸根恰好可以完全反应，得到全部为硫酸铜，故 A 正确； B．途径①、③过程中都会有污染空气的气体产生，途径②中 Cu 先与氧气反应生成氧化铜， 然后再和浓硫酸反应制取硫酸铜，过程中没有污染性气体产生，故 B 正确； C．1molCuSO4 可以生成 0−5molCu2O，若混合气体 X 中 O2 为 0−75mol，则剩余的氧原子为 4mol-0−75mol×2-0−5mol=2mol，恰好与 1molS 组成 1molSO2，但在高温条件下 SO2 会和 O2 反应生成 SO3，所以混合气体 X 中不可能只有 O2 和 SO2，故 C 错误； D．甲酸钠为 HCOONa，含有—CHO 结构，可以和新制的氢氧化铜反应生成 Cu2O，故 D 正 确； 故答案为 C。 11．C【解析】A− 取少量红色固体，加入足量的稀硫酸，若溶液无明显现象，说明红色固 体中不含氧化亚铜，则假设一成立，假设二、三不成立，A 错误； B− 若看到溶液变成蓝色，说明红色固体中含有氧化亚铜，仍有红色固体，说明反应后还有 红色固体铜存在，但不能说明原红色固体中含有铜，因为氧化亚铜和稀硫酸反应也能生成铜， 则假设二或三成立，B 错误； C− 假设二：红色固体只有Cu2O，则 7−2 g Cu2O 的物质的量n(Cu2O)= m7.2g M144g / mol =0−05 mol，和 H2 反应后生成铜的物质的量为 0−1 mol，质量为 6−4 g，所以假设二成立，C 正确； D− 葡萄糖含有醛基，可以与新制的含 NaOH 的 Cu(OH)2 悬浊液，加热后制取 Cu2O，D 错 误； 故合理选项是 C。 12．B【解析】A 项，化合物中 Mg 的化合价为+2、Al 的化合价为+3、氢氧根的化合价为-1、 碳酸根的化合价为-2，根据正负化合价代数和为 0 可得，2a+3b=c+2d，故 A 错误；B 项，根 据流程，烧渣主要为氧化镁和氧化铝，氧化铝具有两性能溶于强碱溶液，所以溶液 X 可能 为 NaOH 溶液，故 B 正确；C 项，由前面的分析并结合流程，溶液 Z 可能为 NaAlO2 溶液， 则气体 X 可能为 CO2，不可能为 NH3，故 C 错误；D 项，金属活动性顺序表中铝及排在铝 前面的金属一般用电解法制取，所以工业上用电解 Al2O3 的方法制取金属 Al，故 D 错误。 13．（ 1）在分液漏斗中注入适量水，关闭止水夹，打开分液漏斗活塞，如果滴入少量水后很 快停止流下，则说明装置气密性良好（2）ACDBE；浓硫酸（3）排出装置中的空气，防止 氧气和铜发生反应(4)①c ②溶液紫色变浅；3 - 4M n O +4H++5NO=3Mn2++5 - 3NO +2H2O(5)① 1−25m 或 5m 4 ②取少量反应后固体溶于足量稀硫酸中，如果溶液中有红色固体，则说明固 体中含有 Cu2O 【解析】 (1) 若 A 装置气密性较好，则装置内外的大气压相等，检验方法：在分液漏斗中 注入适量水，关闭止水夹，打开分液漏斗活塞，如果滴入少量水后很快停止流下，则说明装 置气密性良好； (2) A 中浓硝酸与 Cu 反应生成二氧化氮，C 中盛放浓硫酸干燥二氧化氮，再通入 D 中反应， 用硫酸亚铁溶液检验有 NO 生成，用酸性高锰酸钾溶液吸收 NO，该实验装置的连接顺序为： ACDBE；C 为干燥气体装置，故选用浓硫酸来干燥，答案为：ACDBE；浓硫酸； (3) 由于装置中有空气，空气中氧气在加热条件下会与 Cu 反应影响实验。开始实验，先引 发 A 中反应，用生成的二氧化氮排出装置内空气，再点然 D 处酒精灯，故答案为：排出装 置内空气，防止氧气和铜发生反应； (4)①NO 和 FeSO4 溶液反应使溶液呈棕色，过量的二氧化氮在溶液中会将亚铁离子氧化为铁 离子使溶液呈棕色，B 中浅绿色溶液变棕色，得出实验结论是：NO2 的还原产物可能有 NO， 故答案为：c； ②酸性 KMnO4 溶液吸收 NO 生成 NO3-和 Mn2+，紫红色溶液变无色，反应离子方程式为： 3 +4H++5NO=3Mn2++5 +2H2O，故答案为：溶液紫色变浅；3 +4H++5NO=3Mn2++5 +2H2O； (5)①Cu 转化为 CuO，根据 Cu 原子守恒： mgm(CuO)(Cu)=mol 64g / mol 64nn ， m 5ma= mol 80g / mol= g64 4 ，故答案为： ； ②当铜粉完全反应后，反应后的固体成分：①只有 CuO、②只有 Cu2O、③CuO 和 Cu2O， 可以用酸与 Cu2O 反应生成 Cu 进行检验是否含有 Cu2O，故验证是否含有 Cu2O 的方法：取 少量反应后固体溶于足量稀硫酸中，如果溶液中有红色固体，则说明固体中含有 Cu2O。 14．(1)①Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O②H2SO4(2)① Cu2O+4NH3•H2O=2Cu(NH3)2++2OH- +3H2O②加入到足量浓氨水中，固体全部溶解得无色溶 液，很快变成蓝色溶液③CuO 和 Cu2O(3)①证明 Cu2+对 Cu2O 与酸的反应没有干扰②随着溶 液酸性降低，Cu2O 与酸反应速率变小。 【解析】(1)①Cu 与浓硫酸共热，发生氧化还原反应，产生 CuSO4、SO2、H2O，反应的化学 方程式为：Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O； ②品红溶液中加入稀硫酸与实验 I 的白雾中加入品红溶液，操作相同，实验现象相同，证明 实验 I 中白雾成分是 H2SO4； (2)①Cu2O 与浓氨水中的 NH3·H 2O 反应产生 Cu(NH3)2+，根据电荷守恒、原子守恒，可得该 反应的离子方程式为：Cu2O+4NH3•H2O=2Cu(NH3)2++2OH- +3H2O； ②证明固体中只有 Cu2O，可利用 Cu2O 能溶在浓氨水中形成无色 Cu(NH3)2+，且很容易被氧 气氧化为蓝色 Cu(NH3)22+；若在酸性环境中，而 Cu2O 能与一定浓度的酸溶液发生反应： Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O。所以检验固体中只有 Cu2O 的方法是：将固体加入到足量浓氨水 中，固体全部溶解得无色溶液，很快变成蓝色溶液； ③根据实验一、二现象，及上述结论可知铜丝烧至红热时生成了 CuO 和 Cu2O； (3)①IV 只加入了 H2SO4 溶液，而实验 V 除了加入等体积、等浓度的硫酸外，还加入了一定 量的 CuSO4 溶液，进行对比，结果 IV、V 的实验现象相同，说明 Cu2+对 Cu2O 与酸的反应 没有干扰； ②第一份加酸后红色固体明显减少，溶液蓝色加深；第二份静置 4 h 时，固体减少，溶液缓 慢变为蓝色，固体加酸后无明显现象，说明随着溶液酸性降低，Cu2O 与酸反应速率变小。 15．（ 1）3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O（2）防止温度过高 HNO3 分解（或者挥发）； 搅拌、将固体废渣粉碎、适当提高硝酸的浓度（3）SiO2（4）2Cu(NO3)2 2CuO+4NO2↑+O2； 冰水洗涤；低温烘干 【解析】固体废渣中主要含 Cu 和 CuO，还含有少量 Cu2O 和 SiO2 等，加入稀硝酸酸溶发生 氧化还原反应生成 NO，铜和氧化亚铜被氧化得到硝酸铜，氧化铜溶解得到硝酸铜，二氧化 硅和稀硝酸不发生反应，加入氢氧化铜中和酸，过滤得到滤渣主要是二氧化硅，滤液主要是 硝酸铜溶液，据此分析解答； (1)Cu 与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为： 3Cu+8H++2NO3−=3Cu2++2NO↑+4H2O，故答案为：3Cu+8H++2NO3−=3Cu2++2NO↑+4H2O； (2)为了防止温度过高 HNO3 分解，所以酸溶时，反应温度不宜超过 70℃；根据影响化学反 应速率的因素，若保持反应温度为 70℃，欲加快反应速率可采取的措施为搅拌、将固体废 渣粉碎、适当提高硝酸的浓度，故答案为：防止温度过高 HNO3 分解（或者挥发）；搅拌、 将固体废渣粉碎、适当提高硝酸的浓度； (3)Cu、CuO、Cu2O 和 SiO2 这四种物质，只有 SiO2 和硝酸不反应，所以过滤后所得废渣的 主要成分是二氧化硅，化学式为 SiO2，故答案为：SiO2； (4)Cu(NO3)2 晶体受热易分解成 CuO，同时产生 NO2 和 O2，则该反应的化学方程式为 2 Cu(NO3)2 2 CuO+4NO2↑+ O2；根据硝酸铜的溶解性特征及受热易分解的性质，由 Cu(NO3)2 溶液制 Cu(NO3)2 晶体的操作方法是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、低 温烘干，故答案为：2Cu(NO3)2 2 CuO+4NO2↑+ O2；冷水洗涤；低温烘干。 16．（ 1）SO2；2∶1（2）空气或氧气（3）3−7≤pH<4−8（4）ad（5）4CuSO4＋N2H4＋8KOH 90 C2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O（6）防止 Cu2O 被空气中氧气氧化 【解析】根据流程：硫化铜矿石(含 CuFeS2、Cu2S 等)预处理后与氧气焙烧，根据后续流程 可知该过程中 Cu 元素全部转化为 CuO，铁元素转化为 FeO 和 Fe2O3，根据 S 元素的价态规 律可知其转化为 SO2；加入稀硫酸溶解金属氧化物，得到含有 Cu2+、Fe2+、Fe3+的酸性溶液， 加入试剂 X 将 Fe2+氧化为 Fe3+，加入试剂 Y 调节 pH 为 3−7～4−8 沉淀 Fe3+，过滤，将滤液 用 KOH、N2H4 还原，得到氧化亚铜沉淀，过滤，洗涤、隔绝空气烘干，制得 Cu2O，据此 分析作答。 (1)焙烧过程中 S 元素会被氧化成有害气体 SO2；Cu2S 与 O2 反应时 Cu 元素化合价由+1 价 升为+2 价，S 元素化合价由-2 价升为+4 价，所以 Cu2S 为还原剂，整体化合价升高 8 价， O2 为氧化剂，O 元素由 0 价降为-2 价，一个氧气降低 4 价，所以氧化剂和还原剂的物质的 量之比为 2:1； (2)酸性条件下，氧气也可将 Fe2+氧化为 Fe3+，而氧气或空气价格远低于过氧化氢，故可用 氧气或空气替代过氧化氢，降低成本； (3)加入试剂 Y 的目的是调节 pH 完全沉淀 Fe3+，但不沉淀 Cu2+，根据表中数据可知，pH 范 围为：3−7≤pH＜4−8； (4)a．不断搅拌，使 N2H4 和溶液充分接触可以加快反应速率，提高单位时间内 N2H4 的转化 率，故 a 符合题意； b．流速过快 N2H4 不能充分反应，转化率减小，故 b 不符合题意； c．减少 KOH 的进入量会降低溶液对 N2H4 的吸收量，转化率减小，故 c 不符合题意； d．减小通入 N2H4 的流速可以使反应更充分，故 d 符合题意； 综上所述选 ad； (5)N2H4 制备 Cu2O 的反应物有 CuSO4、N2H4 和 KOH，产物有 N2 和 Cu2O 等，该过程中+2 价的铜元素将-2 价的 N 元素氧化，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为 4CuSO4＋ N2H4＋8KOH 9 0 C 2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O； (6)因为 Cu2O 具有还原性，在加热条件下易被空气氧化，故烘干过程要隔绝空气。