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1、第9講銅及其化合物 金屬材料及金屬礦物的開發(fā)利用,一、銅及其化合物 1.單質銅 (1)物理性質:紫紅色固體,具有良好的延展性、導熱性和導電性。 (2)化學性質,教材研讀,寫出上圖中有關反應的化學方程式或離子方程式: a.與潮濕空氣反應:2Cu+O2+CO2+H2O Cu2(OH)2CO3。 b.與S反應:2Cu+S Cu2S。 c.與氧化性酸反應,與濃硫酸共熱:Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2+2H2O; 與稀硝酸反應:3Cu+8H+2N 3Cu2+2NO+4H2O(離子方程式)。 d.與鹽溶液反應(寫離子方程式) 與硝酸銀溶液反應:Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+; 與FeCl3
2、溶液反應:Cu+2Fe3+ 2Fe2+Cu2+。 (3)銅的冶煉 a.火法煉銅:Cu2S+O2 2Cu+SO2。 b.濕法煉銅:Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。 c.電解精煉:電解時,用純銅作陰極,粗銅作陽極,用CuSO4溶液作電解液。,2.氧化銅和氧化亞銅,3.氫氧化銅 (1)物理性質:藍色、不溶于水的固體。 (2)化學性質及應用,4.五水硫酸銅 CuSO45H2O為藍色晶體,俗稱藍礬、膽礬。無水CuSO4為白色粉末,遇水變藍色(生成CuSO45H2O),可用于檢驗水。 5.堿式碳酸銅 堿式碳酸銅的化學式為Cu2(OH)2CO3,是銅綠的成分,是銅在潮濕的空氣中被銹蝕的產物,其受熱易分解
3、:Cu2(OH)2CO3 2CuO+H2O+CO2。,自測1某研究小組用廢銅粉制取膽礬,設計了如下三個實驗方案: (1)Cu CuSO4 硫酸銅溶液 CuSO45H2O。 (2)CuCuO 硫酸銅溶液 CuSO45H2O。 (3)硫酸銅溶液 CuSO45H2O。 對三個方案進行評價,你認為最好的是哪個方案?,答案方案(1):產生污染性氣體,且消耗硫酸較多。 方案(2):消耗能量較多,且步驟復雜。 方案(3):不產生污染性氣體,原料利用率高,節(jié)約能源。 因而方案(3)更經濟合理。 特別提示(1)通常Cu2+在溶液中呈藍色,可作為Cu2+的判定依據。 (2)Cu2+與堿反應生成藍色沉淀Cu(OH)
4、2,這是鑒定Cu2+的原理之一。 (3)銅鹽溶液有毒,主要是因為Cu2+為重金屬離子,能使蛋白質變性而失去生理活性,人們利用它的這一性質用膽礬、熟石灰、水配成波爾多液,用來殺蟲。,自測2孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3。某同學設計的從孔雀石中冶煉銅的方案如下(假設孔雀石中雜質不溶于水和稀硫酸): 足量金屬粉末 孔雀石溶液Cu (1)反應能觀察到的現象是,有關反應的化學方程式為。 (2)反應加入的金屬可能是,有關反應的離子方程式為。,答案(1)固體逐漸消失,溶液由無色變成藍色,有氣泡產生Cu2(OH)2CO3+2H2SO4 2CuSO4+CO2+3H2O (2)鐵粉(答案合理即可)Fe+
5、Cu2+ Fe2+Cu(答案合理即可) 解析(1)孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐漸溶解,溶液由無色變?yōu)樗{色,且有氣泡產生;反應的化學方程式為Cu2(OH)2CO3+2H2SO4 2CuSO4+CO2+3H2O。(2)經過濾除去難溶于水和稀硫酸的雜質,則濾液中主要含有CuSO4和H2SO4,加入的金屬粉末能將Cu2+從溶液中置換出來即可,故可能是Fe或Zn等。,二、合金及常見金屬材料 1.合金 2.常見金屬材料 (1)重要的黑色金屬材料鋼 鋼是用量最大、用途最廣的合金。,鋼 (2)銅合金 常見的銅合金主要包括青銅、黃銅和白銅等。,自測3下列關于金屬的說法中,不正確的是() A.合金比純金屬具有
6、更好的性能,合金的熔點一般比各成分金屬的低 B.一般情況下,合金的硬度大于其各成分金屬的硬度 C.常用電解法冶煉鈉、鎂、鋁等活潑金屬 D.由于鋁在常溫下不能與氧氣反應,所以鋁制品具有一定的抗腐蝕性,是一種應用廣泛的金屬材料,D,答案DA項,合金的熔點一般比其成分金屬的低;B項,一般情況下,合金的硬度比其成分金屬的大;C項,活潑金屬常用電解法冶煉,如鈉、鎂、鋁等;D項,鋁在常溫下能與氧氣反應,并在鋁的表面形成一層致密的氧化鋁保護膜,所以鋁制品具有一定的抗腐蝕性。,自測4某化學興趣小組對奧運會金牌成分提出猜想:甲認為金牌是由純金制造的;乙認為金牌是由金銀合金制成的;丙認為金牌是由黃銅(銅鋅合金)制
7、成的。為了驗證他們的猜想,請你選擇一種試劑來證明甲、乙、丙猜想的正誤 () A.硫酸銅溶液B.稀硝酸 C.鹽酸D.硝酸銀溶液,B,答案B純金遇到稀硝酸不溶解;金銀合金遇到稀硝酸會部分溶解;黃銅遇到稀硝酸會全部溶解。,三、金屬礦物的開發(fā)和利用 1.金屬在自然界中存在的形態(tài) 除了金、 鉑等極少數金屬外,絕大多數金屬以化合物的形式存在于自然界中。在這些金屬化合物中,金屬元素都顯正化合價。 2.金屬冶煉的實質 使金屬化合物中的金屬離子得電子被還原為金屬單質的過程:Mn+ne- M。,4.金屬冶煉方法 (1)熱分解法 例如:2HgO 2Hg+O2,2Ag2O 4Ag+O2。 用熱分解法冶煉金屬的特點:金
8、屬元素的金屬性弱,金屬元素的原子不易失去電子,對應的金屬離子容易得到電子,該金屬元素所形成的化合物穩(wěn)定性較差。,3.金屬冶煉的一般步驟,(2)熱還原法 a.焦炭還原法。例如:C還原ZnO、CuO,化學方程式依次為C+2ZnO 2Zn+CO2、C+2CuO2Cu+CO2。 b.一氧化碳還原法。例如:CO還原Fe2O3、CuO,化學方程式依次為 3CO+Fe2O32Fe+3CO2、CO+CuOCu+CO2。 c.氫氣還原法。例如:H2還原WO3、Fe3O4,化學方程式依次為3H2+ WO3W+3H2O、4H2+Fe3O43Fe+4H2O。 d.活潑金屬還原法。例如:Al還原Cr2O3、V2O5,化
9、學方程式依次為,2 Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr、10Al+3V2O5 6V+5Al2O3。 (3)電解法 例如:電解熔融Al2O3、MgCl2、NaCl制Al、Mg、Na,化學方程式依次為2Al2O3(熔融) 4Al+3O2,MgCl2(熔融) Mg+Cl2,2NaCl(熔融)2Na+Cl2。 特別提示(1)電解法冶煉活潑金屬使用的是熔融的金屬鹽或金屬氧 化物,不是鹽溶液。(2)鈉、鎂的冶煉是電解熔融的NaCl、MgCl2,鋁的冶煉是電解加了冰晶石的熔融Al2O3,而不是電解熔融AlCl3,因為AlCl3是共價化合物,熔融狀態(tài)不導電。,自測5(1)鋁是地殼中含量最高的金屬元素,為什么
10、人類對鋁的使用比鐵、銅晚得多? (2)熱還原法用到的還原劑有焦炭、CO和H2,試從所得產物純度及對環(huán)境污染的角度考慮哪種還原劑更好?,答案(1)鋁的金屬活動性比鐵、銅強,難于冶煉。 (2)最好的還原劑是H2;原因是焦炭會使產品的純度降低,CO會污染環(huán)境。,自測6下列制備金屬單質的方法或原理正確的是() A.在高溫條件下,用H2還原MgO制備單質Mg B.在通電條件下,電解熔融Al2O3制備單質Al C.在通電條件下,電解飽和食鹽水制備單質Na D.加強熱,使CuO在高溫條件下分解制備單質Cu,B,答案B制備單質Mg應該用電解熔融MgCl2的方法;制備單質Na采用電解熔融NaCl的方法;制備單質
11、Cu用熱還原法。,考點突破,考點一金屬活動性順序及其應用,考點二守恒法在化學計算中的應用,考點一金屬活動性順序及其應用,典例1化學在生活中有著廣泛的應用,下列對應關系錯誤的是(),B,答案BFeCl3與Cu的反應為2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2,不能用來 比較鐵與銅的金屬性強弱,故錯誤。,1-1下列關于金屬冶煉的說法中正確的是() A.金屬銀、汞可用熱分解法冶煉 B.可用熱分解法冶煉金、鉑 C.金屬Mg、Al都可以用電解熔融氯化物的方法制得 D.電解法是冶煉活潑金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)的唯一方法,A,答案AA項,銀、汞為不活潑金屬,工業(yè)上可用熱分解其氧化物制得;B項,金、鉑極不
12、活潑,應用富集法(物理方法)冶煉;C項,AlCl3為共價化合物,熔融狀態(tài)不導電,工業(yè)上制備金屬Al是用電解熔融Al2O3的方法;D項,工業(yè)上冶煉鉀可以用鈉還原法:Na+KCl NaCl+K,反應制得 的鉀蒸氣遇冷即得到金屬鉀。,1-2氧化還原反應廣泛應用于金屬的冶煉。下列說法不正確的是 () A.冶煉鐵的主要原料有鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等,其中石灰石的作用是除去鐵礦石中的脈石(二氧化硅) B.濕法煉銅與火法煉銅的反應中,銅元素都發(fā)生還原反應 C.工業(yè)上Mg可由電解熔融的MgO制取,Na可由電解熔融的NaCl制取 D.鋁熱法還原鐵的反應中,放出的熱量能使鐵熔化,C,答案C工業(yè)上用電解熔融Mg
13、Cl2的方法冶煉金屬鎂。,守恒法是中學化學計算中一種很重要的方法,也是解題中應用最多的方法之一。其特點是抓住有關變化的始態(tài)和終態(tài),忽略中間過程,利用其中某種不變量建立關系式,從而簡化思路,快速解題。 守恒法主要包括質量守恒法、原子守恒法、電荷守恒法、得失電子守恒法等。 1.質量守恒法 質量守恒主要包括兩項內容:參加反應的各物質的質量總和等于生成的各物質的質量總和;反應前后各元素的質量守恒。 2.原子守恒法 原子守恒主要指系列反應中某原子個數(或物質的量)不變,以此為基礎,考點二守恒法在化學計算中的應用,可求出與該原子相關聯的某些物質的數量(或質量)。 3.電荷守恒法 電荷守恒即溶液中陽離子所帶
14、的正電荷總數=陰離子所帶的負電荷總數。常見的電荷守恒有以下幾種情況:化合物化學式中存在的電中性原則(正、負化合價代數和為0);離子反應中的電荷守恒(反應前后凈電荷數相等);電解質溶液中存在的電荷守恒(陰、陽離子電荷總數相等)。 4.得失電子守恒法 氧化還原反應中(或系列化學反應中),氧化劑得電子總數=還原劑失電子總數。,典例2現有CuO和Fe2O3組成的混合物a g,向其中加入2 molL-1的硫酸溶液50 mL,恰好完全反應。若將a g該混合物在足量H2中加熱,使其充分反應,冷卻后剩余固體質量為() A.1.6a gB.(a-1.6)g C.(a-3.2)gD.1.6 g,B,答案B金屬氧化
15、物與硫酸恰好完全反應,生成n(H2O)=n(H2SO4)=5010-3 L2 molL-1=0.1 mol。生成的H2O中的氧元素完全來自于金屬氧化物,所以a g金屬氧化物中氧元素的質量為0.1 mol16 gmol-1=1.6 g,則a g金屬氧化物被足量H2還原后剩余固體質量為(a-1.6)g。,2-1有一塊鐵的“氧化物”樣品,用140 mL 5.0 molL-1鹽酸恰好將其完全溶解,所得溶液還能吸收0.025 mol Cl2,恰好使其中的Fe2+全部轉變?yōu)镕e3+,則該樣品可能的化學式為() A.Fe2O3B.Fe3O4C.Fe4O5D.Fe5O7,D,答案D根據2Fe2+Cl2 2Fe
16、3+2Cl-可知鐵的“氧化物”樣品用鹽 酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025 mol2=0.05 mol,根據電荷守恒得2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-),則n(Fe3+)=0.2 mol,故n(Fe2+)n(Fe3+)=0.050.2=14,該氧化物可表示為FeO2Fe2O3,即Fe5O7。,2-2向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150 mL 4 molL-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解,放出2.24 L NO(標準狀況),往所得溶液中加入KSCN溶液,無紅色出現。若用足量的H2在加熱條件下還原相同質量的混合物,所得到鐵的物質的量為() A.0.21 molB.0.25 molC.0.3 molD.0.35 mol,B,答案B稀硝酸恰好使混合物完全溶解,加入KSCN溶液,無紅色出現,說明鐵元素在溶液中以Fe2+形式存在,根據氮原子守恒可以求出nFe(NO3)2=(0.15 L4 molL-1-2.24 L22.4 Lmol-1)2=0.25 mol,再由鐵原子守恒可知,用足量的H2在加熱條件下還原相同質量的混合物,所得到的鐵的物質的量為0.25 mol。,
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