2025届高三化学一轮复习 第18讲 铜 金属材料 金属冶炼 课件

第四章 金属及其化合物 第18讲 铜 金属材料 金属冶炼 1 铜及其化合物 一. 铜单质的性质 (1).物理性质： 色固体，具有良好延展性、 性和 性。 铜常用于制作电线，通信设备等。 (2).结构： 紫红 导热 导电 (仅次于Ag) Cu 29号元素 位于元素周期表的第四周期，第ⅠB族，属于过渡金属元素。 Cu的价层电子排布式为 ，常见的离子 、 。 +29 2 8 18 1 Cu+ Cu2+ 3d104s1 铁及其化合物 铜及其化合物 (3).化学性质： 铁及其化合物 铜及其化合物 ①铜在潮湿的空气里形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式: 。 铜在空气中加热： ； 铜在氯气中加热： ； 铜丝在硫蒸气中反应： 。 2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3 2Cu＋O2===2CuO △ Cu＋Cl2===CuCl2 点燃 2Cu＋S===Cu2S △ 剧烈反应, 产生棕黄色的烟，加水形成蓝绿色的溶液 (黑色物质) 注意制备CuS: CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4 （蓝色） (黑色↓ 不溶于H2SO4 中) 铁及其化合物 铜及其化合物 ①铜在潮湿的空气里形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式: 。 铜在空气中加热： ； 铜在氯气中加热： ； 铜丝在硫蒸气中反应： 。 ②与稀硝酸、浓硝酸、浓硫酸反应： ； ； ； 2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3 2Cu＋O2===2CuO △ Cu＋Cl2===CuCl2 点燃 2Cu＋S===Cu2S △ 3Cu＋8H＋+2NO3-==3Cu2＋＋4H2O＋2NO↑ Cu＋2H2SO4(浓)==Cu2＋＋2H2O＋SO2↑ △ Cu＋4H＋＋2NO3－==Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 铁及其化合物 铜及其化合物 ①铜在潮湿的空气里形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式: 。 铜在空气中加热： ； 铜在氯气中加热： ； 铜丝在硫蒸气中反应： 。 ②与稀硝酸、浓硝酸、浓硫酸反应： ； ； ； ③与盐溶液的反应： 。 2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3 2Cu＋O2===2CuO △ Cu＋Cl2===CuCl2 点燃 2Cu＋S===Cu2S △ 3Cu＋8H＋+2NO3-==3Cu2＋＋4H2O＋2NO↑ Cu＋2H2SO4(浓)==Cu2＋＋2H2O＋SO2↑ △ Cu＋2Ag＋==Cu2＋＋2Ag Cu＋4H＋＋2NO3－==Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 铁及其化合物 铜及其化合物 物质 颜色 物质 颜色 Cu 紫红色 CuSO4 _____ CuO 黑色 CuSO4·5H2O _____ Cu2O _______ Cu2(OH)2CO3 绿色 Cu2S _____ Cu(OH)2 _____ 白色 蓝色 砖红色 黑色 蓝色 二.常见化合物及其颜色 铁及其化合物 铜及其化合物 1.氧化铜和氧化亚铜 名称 氧化铜CuO 氧化亚铜 颜色 黑色 与酸反应(H＋) 与H2反应 转化关系 CuO＋2H＋ = Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋ = Cu2＋＋Cu＋H2O (歧化反应) 砖红色 将黑色CuO加热至1000℃以上,变成红色的Cu2O 4CuO === 2Cu2O＋O2↑ 高温 CuO＋H2 == Cu＋H2O Cu2O＋H2== 2Cu＋H2O [均为碱性氧化物] +1的Cu2O在高温稳定，酸性溶液中不稳定会发生歧化反应。 铁及其化合物 铜及其化合物 Cu2O＋H2SO4=CuSO4＋Cu＋H2O 思考　区别红色物质Cu和Cu2O的方法？ 试剂：稀硫酸 现象：若红色固体不溶解，则为Cu 若固体溶解，溶液由无色变成蓝色，则为Cu2O 铁及其化合物 铜及其化合物 2.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 △ ①受热分解(是难溶碱的共性) Cu(OH)2 == CuO + H2O ②与酸反应(弱碱性) Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O ③弱氧化性(与-CHO反应) 配制新制的Cu(OH)2悬浊液：2ml10%NaOH + 2%CuSO4 4~8滴 4Cu(OH)2====2Cu2O＋4H2O+O2↑ 高温 醛基检验:CH3CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH CH3COONa + Cu2O↓+ 3H2O 铁及其化合物 铜及其化合物 (2) CuSO4·5H2O 蓝色晶体, 俗称蓝矾、胆矾 (1)无水CuSO4: 白色粉末(可作为水的检验依据) CuSO4 + 5H2O = CuSO4·5H2O [化学变化] 白色粉末 蓝色晶体 CuSO4·5H2O == CuSO4 + 5H2O △ 胆矾晶体中滴加浓硫酸，晶体变白，体现浓硫酸的 性 CuSO4·5H2O CuSO4 + 5H2O 浓H2SO4 吸水 但不适合作干燥剂 3.铜盐 胆矾、熟石灰、水配成波尔多液 铁及其化合物 铜及其化合物 它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，受热易分解： _________________________________ 溶于稀硫酸离子方程式： 。 (3) Cu2(OH)2CO3 : 名称为___________，是铜绿、孔雀石的成分； 碱式碳酸铜 (4) 铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质_____失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。 变性 3.铜盐 Cu2(OH)2CO3 2CuO＋H2O＋CO2↑ Cu2(OH)2CO3＋4H＋=2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O 铁及其化合物 易错辨析 1.CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2(　　) 2.将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀(　　) 3.CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化(　　) 4.常温下Cu和浓H2SO4反应生成CuSO4(　　) 5.过量的铜与浓硝酸反应一定没有NO生成(　　) × √ × × × 铁及其化合物 专项突破 1.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Cl2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 铁及其化合物 专项突破 2.碱式碳酸铜又名孔雀石，主要成分为Cu2(OH)2CO3，呈绿色，是一种具有广泛用途的化工产品。某化学小组探究制备碱式碳酸铜的反应条件并制备少量碱式碳酸铜。试剂：0.25 mol·L－1 Na2CO3溶液、0.5 mol·L－1 NaOH溶液、0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液各100 mL。 实验1：探究Cu(NO3)2与NaOH和Na2CO3溶液配比 取三种反应溶液，以表中的比例混合，在60 ℃条件下进行实验，并观察现象。 编号 V[Cu(NO3)2] /mL V(NaOH) /mL V(Na2CO3) /mL 沉淀数量 沉淀颜色 1 2 2 2.8 ＋ ＋ ＋ 蓝色 2 2 2 2.4 ＋ ＋ ＋ 蓝色 3 2 2 2 ＋ ＋ 浅绿色 4 2 2 1.6 ＋ 浅绿色 由表格数据可知，当Cu(NO3)2、NaOH和Na2CO3溶液的体积均为2 mL时，生成的碱式碳酸铜最多 铁及其化合物 专项突破 反应温度/℃ 沉淀数量 沉淀颜色 室温 ＋＋＋＋ 蓝色 40 ＋＋＋＋ 蓝色 60 ＋ 浅绿色 75 ＋＋ 绿色 80 ＋＋＋ 绿色(少量黑色) 实验2：探究反应温度 按上述实验得到的合适反应液用量，在不同温度下进行实验，并观察现象。 由表格数据可知，当温度为 75 ℃时，生成的碱式碳酸铜最多，则最佳反应温度为75 ℃ 2.碱式碳酸铜又名孔雀石，主要成分为Cu2(OH)2CO3，呈绿色，是一种具有广泛用途的化工产品。某化学小组探究制备碱式碳酸铜的反应条件并制备少量碱式碳酸铜。试剂：0.25 mol·L－1 Na2CO3溶液、0.5 mol·L－1 NaOH溶液、0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液各100 mL。 铁及其化合物 专项突破 2.碱式碳酸铜又名孔雀石，主要成分为Cu2(OH)2CO3，呈绿色，是一种具有广泛用途的化工产品。某化学小组探究制备碱式碳酸铜的反应条件并制备少量碱式碳酸铜。试剂：0.25 mol·L－1 Na2CO3溶液、0.5 mol·L－1 NaOH溶液、0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液各100 mL。 实验3：制备碱式碳酸铜 按最佳物料比取50 mL 0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液、50 mL 0.5 mol·L－1 NaOH溶液和相应体积的0.25 mol·L－1Na2CO3溶液，在最佳反应温度下进行实验，待反应完全后，静置、过滤、洗涤、干燥后，得到2.5 g产品。 (1)本实验配制溶液时用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒以外还有_________。 100 mL 容量瓶、胶头滴管 (2)制备碱式碳酸铜时，Cu(NO3)2、NaOH和Na2CO3溶液的最佳物质的量之比为__________，最佳反应温度为_______，本实验的加热方式为___________。 2∶2∶1 75 ℃ 水浴加热 铁及其化合物 专项突破 2.碱式碳酸铜又名孔雀石，主要成分为Cu2(OH)2CO3，呈绿色，是一种具有广泛用途的化工产品。某化学小组探究制备碱式碳酸铜的反应条件并制备少量碱式碳酸铜。试剂：0.25 mol·L－1 Na2CO3溶液、0.5 mol·L－1 NaOH溶液、0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液各100 mL。 实验3：制备碱式碳酸铜 按最佳物料比取50 mL 0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液、50 mL 0.5 mol·L－1 NaOH溶液和相应体积的0.25 mol·L－1Na2CO3溶液，在最佳反应温度下进行实验，待反应完全后，静置、过滤、洗涤、干燥后，得到2.5 g产品。 (3)请写出本实验制备碱式碳酸铜的化学方程式：_____________________。 2NaOH＋Na2CO3＋2Cu(NO3)2 Cu2(OH)2CO3↓＋4NaNO3 (4)实验2中在80℃反应生成的沉淀中有少量黑色的物质，产生该物质的原因可能是____________________________________。 碱式碳酸铜受热分解生成黑色的氧化铜 铁及其化合物 专项突破 2.碱式碳酸铜又名孔雀石，主要成分为Cu2(OH)2CO3，呈绿色，是一种具有广泛用途的化工产品。某化学小组探究制备碱式碳酸铜的反应条件并制备少量碱式碳酸铜。试剂：0.25 mol·L－1 Na2CO3溶液、0.5 mol·L－1 NaOH溶液、0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液各100 mL。 实验3：制备碱式碳酸铜 按最佳物料比取50 mL 0.5 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液、50 mL 0.5 mol·L－1 NaOH溶液和相应体积的0.25 mol·L－1Na2CO3溶液，在最佳反应温度下进行实验，待反应完全后，静置、过滤、洗涤、干燥后，得到2.5 g产品。 (5)简述实验3中洗涤沉淀的操作：____________________________。 向过滤器中加入蒸馏水没过沉淀，待蒸馏水自然流下后，重复操作2～3次 (6)计算本实验的产率为_____%(保留三位有效数字) 90.1 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 1.合金的概念及性能 金属与非 金属 金属特性 低 大 钠、钾合金常温下呈液态，可用于原子反应堆的导热剂 例如: 镁铝合金强度大，硬度也大，可作建筑材料。 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 (1)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。 [关于合金注意点] (2)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。 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 铁 铬 (2)几种常见的合金 ① 低碳 中碳 高碳 2.常见的金属材料 (1)金属材料分类 →钢是用量最大、用途最广的合金。 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 ② ③ 青铜 (2)几种常见的合金 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 氢气 金属氢化物 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 (1).金属在自然界中的存在 正 3.金属冶炼的一般方法及应用 少量Cu、Ag、Fe有游离态 化合 游离 Mn＋＋ne－=M (2).金属冶炼的实质 金属的冶炼过程就是把金属从 态还原为 态的过程， 即_______________ (写反应通式，用M表示金属)。 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 (1)电解法 如电解熔融的Al2O3、MgCl2、NaCl制备相应的金属 (2)热还原法 {常见还原剂：焦炭C、H2、CO、活泼金属Al等} 即利用还原剂将金属从其化合物中还原出来的方法 例如：2HgO == 2Hg＋O2↑，2Ag2O == 4Ag＋O2↑ (3)热分解法 (3)金属冶炼的方法 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 方法名称 主要反应原理(举例) 热分解法 2HgO ____________ 2Ag2O ___________ 热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO H2作还原剂 WO3＋3H2 _______________ 铝热反应 Fe2O3＋2Al ____________ 电解法 2Al2O3(熔融) ____________ MgCl2(熔融) __________ 2NaCl(熔融) ___________ 2Hg＋O2↑ 4Ag＋O2↑ 2Fe＋3CO2 W＋3H2O 2Fe＋Al2O3 4Al＋3O2↑ Mg＋Cl2↑ 2Na＋Cl2↑ (高炉炼铁) 铁及其化合物 (1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋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)： 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Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。 2CuFeS2＋4O2 Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣) 2Cu2S＋3O2 2Cu2O＋2SO2 2Cu2O＋Cu2S 6Cu＋SO2↑ Cu2S＋O2 2Cu＋SO2 铜的冶炼“两方法” 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 (3)金属冶炼的方法 说明: 除了上述常规方法，有些金属还有多种方法冶炼 湿法炼铜:Fe + CuSO4=FeSO4 + Cu 火法炼铜:Cu2S + O2===2Cu + SO2 高温 (1)制备Cu (2)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼 Na＋KCl ==== K↑＋NaCl 850℃ 2RbCl＋Mg ======= MgCl2＋2Rb↑ 700-800℃ 原理：高沸点制低沸点物质 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 [总结复习]金属的化学性质 金属活动性顺序 K、Ca、Na Mg Al、Zn Fe、Sn、Pb(H) Cu、Hg、Ag Pt、Au 4Na＋O2=2Na2O 2Na＋O2==Na2O2 △ 2Cu + O2 == 2CuO △ 4Ag + O2 == 2Ag2O △ 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 常温生成氧化膜 加热化合 不反应 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 [总结复习]金属的化学性质 2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑ Mg+2H2O == Mg(OH)2+H2↑ 2Al+2H2O+2OH—=2AlO2—+3H2↑ 3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2 高温 与H2O 反应 与非氧化性酸反应 常温下生成碱和H2 与热水反应 有碱存在与水反应 与高温水蒸气反应 不反应 生成盐和H2 不反应 不反应 金属活动性顺序 K、Ca、Na Mg Al、Zn Fe、Sn、Pb(H) Cu、Hg、Ag Pt、Au 铁及其化合物 金属冶炼及金属材料 [总结复习]金属的化学性质 2NaOH+CuSO4 = Na2SO4+Cu(OH)2↓ 2Na＋2H2O = 2NaOH＋H2↑ Cu＋2Ag＋ = 2Ag＋Cu2＋ 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 金属活动性顺序 K、Ca、Na Mg Al、Zn Fe、Sn、Pb(H) Cu、Hg、Ag Pt、Au 铁及其化合物 1.金属钠的冶炼用电解熔融的NaCl，则金属铝的冶炼也用电解熔融的AlCl3(　 ) 2.电解饱和食盐水制取钠(　　) 3.热还原法制取汞、银(　　) 4.铝热反应可用于冶炼高熔点金属，如K、Ca、Cr、Mn等(　　) 5.工业电解熔融态的Al2O3制Al时，加冰晶石的主要作用是提高Al的产量(　　) 6.将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁，可以得到金属镁(　　) × × × × × √ 易错辨析 铁及其化合物 专项突破 2.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用， 古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜； (Ⅱ)湿法炼铜。 现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬； (Ⅳ)从光卤石中炼镁。 对它们的冶炼对应方法的分析不正确的是 A.(Ⅰ)—① B.(Ⅱ)—② C.(Ⅲ)—③ D.(Ⅳ)—④ B 铁及其化合物 专项突破 3.金属的冶炼一般用热分解法、热还原法和电解法，选用冶炼方法的依据主要是 A.金属在自然界里存在的形式 B.金属元素在地壳中的含量 C.金属阳离子得电子的能力 D.金属熔点的高低 C 铁及其化合物 专项突破 4.现代建筑的门窗架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(　　) (提示：Si＋2OH － ＋H2O =SiO32— ＋2H2↑) A. Al、Mg、Si、Zn B. Al、Fe、Zn、Na C. Al、Na、Cu、Fe D. Al、Cu、Mg、Si、Mn D 铁及其化合物 1.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋ 发生反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中， 下列有关说法中正确的是( ) A.如果溶液变为蓝色，同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成Cu2O B.溶液中最终可能有紫红色固体出现 C.该实验的结果无法说明CuO分解的程度 D.如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解 C 铁及其化合物 2.不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是 A.钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制 B.铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料， 是因为铝的冶炼方法比较简单 C.由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用 电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质 D.炼铁时加入的焦炭除了提供热量外， 还用来制造还原剂一氧化碳 D 铁及其化合物 3.(2022·河北武安市第一中学模拟)制备氮化镁的装置如图所示。实验时在不锈钢舟内加入镁粉，通氮气15 min，升温至1 073 K，加热半小时，冷却至室温，停止通氮气。下列说法正确的是 A.1中的试剂是饱和食盐水，通过 观察气泡，调节气流速度 B.6的作用是缓冲加热后未反应的 氮气，7的作用是防止空气中的 水分进入装置 C.氮化镁是共价化合物，露置于空气中有刺激性气味的气体产生 D.实验中氮气是反应物，仅起到氧化镁粉的作用 B 铁及其化合物 4.黄铜(铜、锌合金)因外观与黄金相似又俗称“药金”。 回答相关问题。 (1)鉴别黄金与“药金”可采用________________方法。 (2)古代“药金”冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)，木炭混合加热至800 ℃，得到金光闪闪的“药金”。该冶炼方法属于 法，冶炼过程中Cu2O反应的化学方程式为___________________________。 灼烧、加盐酸 热还原 铁及其化合物 5.工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)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____(填字母)吸收。 a.浓硫酸 b.稀硝酸 c.NaOH溶液 d.氨水 (2)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为： ___ _________ ______。 cd 铁及其化合物 (3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_____ a.电能全部转化为化学能 b.粗铜接电源正极，发生氧化反应 c.溶液中Cu2＋向阳极移动 d.从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属 (4)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为 _______________________。 bd 4H＋＋O2＋4e－===2H2O 铁及其化合物 6．化合物X由三种元素组成，某实验小组按如下流程进行相关实验： 化合物X在空气中加热到800℃，不发生反应。请回答：（1）组成X的三种元素为______________；X的化学式为______________。（2）溶液C的溶质组成为______________（用化学式表示）。（3）①写出由X到A的化学方程式______________。②X难溶于水，但可溶于氨水中，写出该反应的离子方程式______________。 ⑷设计实验，检验尾气中相对活泼的2种气体_______________。 Ba、Cu、O BaCu3O4 2NH3＋BaCu3O4＝Ba(OH)2＋3Cu＋N2＋2H2O HCl、H2SO4 BaCu3O4＋12NH3＋4H2O＝3Cu(NH3)42+＋Ba2+＋8OH- 铁及其化合物 Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋ 4CuO2Cu2O＋O2↑ 3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu $$