第4单元 第15讲 铜及其化合物 金属的冶炼（教师用书Word）-【正禾一本通】2026年新高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版 单选）

第15讲　铜及其化合物　金属的冶炼 【备考目标】　1.理解含铜重要化合物的制备原理及过程。2.了解金属材料及其重要化合物的主要性质，了解其在生产、生活中的应用。3.了解金属冶炼的原理和方法，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。 考点1　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 ①常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。有关化学方程式为2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。 ②写出下列化学方程式： 铜在空气中加热：2Cu＋O22CuO； 铜丝在硫蒸气中反应：2Cu＋SCu2S。 2．铜的重要化合物 (1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，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：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，可溶于稀硫酸，离子方程式：Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O。 (2)黑色的氧化铜在高温下分解为砖红色的Cu2O，化学方程式为4CuO2Cu2O＋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CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O。 (4)砖红色的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＋＋H2O。 【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物(×) (2)过量铜与浓硝酸反应，产生的气体中有NO2、NO和H2(×) (3)CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2(×) (4)CuSO4·5H2O失去结晶水属于化学变化(√) (5)除去铜粉中混有的CuO，加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥(×) 一、铜的性质及实验探究 1．某研究小组通过实验探究Cu及其重要化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是(　　 ) A．将铜丝插入浓硫酸中加热，反应完后把水加入反应器中，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．将表面有铜绿的铜器放入稀盐酸中浸泡，除去铜绿 答案：D (2025·石家庄高三期末)阅读下面的材料，完成下面2～3小题。 铜是人类最早发现的金属，铜或铜的化合物在许多反应中作催化剂。CuCl是白色固体，难溶于水，CuCl可溶于Cl－浓度较大的体系，如能溶于盐酸，CuCl＋2Cl－⇌CuCl(棕色)，能被硝酸氧化，在碱性条件下易水解转化为Cu2O，Cu2O在酸性条件下可歧化为Cu2＋和Cu。 2．含Cu2＋的废液经回收利用可生成附加值较高的氧化亚铜，下列流程可回收高品质氧化亚铜。 下列说法正确的是(　　 ) A．通入SO2生成的沉淀是CuSO3 B．流程中加入的沉淀剂不能过量 C．沉淀转化为Cu2O的反应是氧化还原反应 D．用AgNO3溶液检验流程中的沉淀是否完全转化为Cu2O 解析：选B。通入SO2，SO2把Cu2＋还原为Cu＋，Cu＋与Cl－生成CuCl沉淀，所以沉淀是CuCl，A错误；由于存在平衡CuCl＋2Cl－⇌CuCl，所以流程中加入的沉淀剂不能过量，B正确；CuCl沉淀在碱性条件下转化为Cu2O，反应离子方程式为2CuCl＋2OH－===Cu2O＋2Cl－＋H2O，元素化合价不变，属于非氧化还原反应，C错误；CuCl难溶于水，与AgNO3溶液不反应，不能用AgNO3溶液检验流程中的沉淀是否完全转化为Cu2O，D错误。 3．向盛有少量稀盐酸的试管中投入光亮的铜片，一段时间后再通入足量的SO2，铜片表面很快变暗，生成黑色固体，溶液逐渐变为棕色；将稀盐酸换成稀硫酸重复上述实验，均无明显变化。下列说法不正确的是(　　 ) A．黑色固体是Cu2S B．将棕色溶液加水稀释会产生白色沉淀 C．光亮的铜片投入盐酸中会生成CuCl D．SO2在反应中表现氧化性 解析：选C。氧化铜溶于盐酸，通入二氧化硫生成的黑色固体不溶于盐酸，所以黑色固体是Cu2S，A正确；由材料CuCl＋2Cl－⇌CuCl(棕色)，将棕色溶液加水稀释，平衡逆向移动，所以会产生白色沉淀CuCl，B正确；向盛有少量稀盐酸的试管中投入光亮的铜片，铜片无变化，光亮的铜片投入盐酸中不会生成CuCl，C错误；反应生成Cu2S，SO2中S元素化合价降低，反应中SO2表现氧化性，D正确。 二、含铜化合物的制备 4．(2025·陕西咸阳模拟)实验室以生锈的铜屑[主要成分是Cu，含有少量的油污、CuO、CuCO3、Cu(OH)2]为原料制备胆矾的流程如图。下列说法正确的是(　　 ) A．胆矾的化学式为CuSO4 B．步骤①的目的是除去油污 C．步骤②中H2O2作还原剂 D．步骤③的操作：蒸发结晶 解析：选B。胆矾的化学式为CuSO4·5H2O，A错误；碳酸钠溶液呈碱性，油脂在碱性条件下水解，步骤①的目的是除去油污，B正确；步骤②中发生反应Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O，H2O2作氧化剂，C错误；步骤③是从硫酸铜溶液中获得硫酸铜晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，D错误。 5．纳米氧化亚铜(Cu2O，颗粒直径1～100 nm)具有特殊的光学、光电和催化性能，采用化学沉淀法制备晶型结构完整、粒度分布均匀的纳米Cu2O(在潮湿空气中会慢慢氧化生成CuO)的合成路线如图所示。下列说法正确的是(　　 ) A.反应Ⅰ为化合反应 B．操作X为过滤 C．反应Ⅱ中，每生成22.4 L(标准状况)N2，转移4 mol电子 D．“洗涤”时，无水乙醇可用蒸馏水代替 解析：选C。由流程可知，反应Ⅰ为CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4，反应Ⅱ为4Cu(OH)2＋N2H4·H2O===N2↑＋2Cu2O＋7H2O，然后得到纳米Cu2O浊液，离心分离并用乙醇除去表面的杂质，干燥即可得到纳米Cu2O。由分析可知，反应Ⅰ属于复分解反应，A错误；由分析可知，操作X为干燥，B错误；每生成22.4 L(标准状况)即＝1 mol N2，转移4 mol电子，C正确；由题干信息可知，纳米Cu2O在潮湿空气中会慢慢氧化生成CuO，故“洗涤”时，无水乙醇不可用蒸馏水代替，D错误。 考点2　金属材料与金属冶炼 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．常见的金属材料 (1)金属材料的分类 (2)合金 (3)几种常见的合金 2．金属冶炼的一般方法及应用 (1)金属在自然界中的存在 (2)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：Mn＋＋ne－===M(M表示金属)。 (3)金属冶炼的方法 方法名称 主要反应原理(举例) 热分解法 2HgO2Hg＋O2↑ 热还原法 CO作还原剂 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(高炉炼铁) H2作还原剂 WO3＋3H2W＋3H2O 活泼金属作还原剂 3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3 电解法 2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 【提醒】 ①工业上冶炼铝是电解熔融Al2O3而不是电解熔融AlCl3，是因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电。②冶炼镁是电解熔融的MgCl2而不是电解熔融MgO，是因为MgO熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融。 【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)合金材料中不可能含有非金属元素(×) (2)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属(√) (3)人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝在地壳中含量较低(×) (4)MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg(×) 一、金属冶炼方法的选择 1．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。对金属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 解析：选B。(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，故A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用活泼金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，故B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用活泼金属置换法冶炼金属，对应方法③，故C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，故D正确。 2．(2025·重庆渝北模拟)有关金属冶炼或其原理的说法正确的是(　　 ) A．给定条件下，物质转化：Mg(OH)2MgCl2(aq)Mg能一步实现 B．工业上，常用电解熔融AlCl3的方法冶炼金属铝，且加入冰晶石作助熔剂 C．铝热法炼铁：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，反应物刚好完全反应，反应后固体质量增加 D．火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2，其中Cu2S既作氧化剂又作还原剂 解析：选D。氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁，电解氯化镁溶液无法得到Mg，A错误；工业上常用电解熔融Al2O3的方式冶炼金属铝，且加入冰晶石作助熔剂，B错误；铝热法炼铁，根据反应方程式可知，反应物和生成物都是固体，反应物刚好完全反应，反应后固体质量不变，C错误；火法炼铜，该反应中Cu2S中的Cu得电子化合价降低作氧化剂，Cu2S中的S失电子化合价升高作还原剂，因此Cu2S既是氧化剂也是还原剂，D正确。 二、以工艺流程题考查金属的冶炼 3．(2025·辽宁朝阳二模)钛铁矿(FeTiO3)制取金属钛的流程如图所示(已知TiCl4为无色液体，极易水解；Ti3＋的还原性强于Fe2＋) 下列说法正确的是(　　 ) A．钛铁矿(FeTiO3)中Ti的化合价是＋3 B．氯化过程中发生反应2FeTiO3＋6C＋7Cl22FeCl3＋6CO＋2TiCl4 C．镁与TiCl4置换时可以用氮气做保护气 D．制取金属钛时可以用Na与TiCl4溶液反应 解析：选B。Ti3＋的还原性强于Fe2＋，则Fe3＋能将Ti3＋氧化为Ti4＋，所以钛铁矿(FeTiO3)中Ti的化合价是＋4价，A不正确；氯化过程中，Cl2将C氧化为CO，Fe2＋氧化为Fe3＋，则发生反应2FeTiO3＋6C＋7Cl22FeCl3＋6CO＋2TiCl4，B正确；镁是活泼的金属元素，能与氮气反应生成氮化镁，则镁与TiCl4置换时不能用氮气做保护气，C不正确；Na能与水反应，则制取金属钛时可以用Na与熔融的TiCl4反应，不能使用TiCl4的水溶液，D不正确。 【真题演练·感悟高考】　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2024·江西高考)从CPU针脚(含有铜、镍和钴等金属)中回收金的实验步骤如图。下列说法错误的是(　　 ) A．将CPU针脚粉碎可加速溶解 B．除杂和溶金步骤需在通风橱中进行 C．富集后，K[AuBr4]主要存在于滤液中 D．还原步骤中有SO生成 解析：选C。将CPU针脚粉碎，增大与硝酸和水的接触面积，可加速溶解，A正确；除杂和溶金步骤中会生成污染性气体二氧化氮、一氧化氮，需在通风橱中进行，B正确；图示可知，富集后，K[AuBr4]主要存在于滤渣中，C错误；还原步骤中Na2S2O5做还原剂得到金属单质金，硫元素化合价升高，反应过程中有SO生成，D正确。 2．(2022·广东高考)中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是(　　 ) 汉字 载体 选项 A.兽骨 B.青铜器 C.纸张 D.液晶显示屏 答案：B 3．(2020·全国卷Ⅲ)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是(　　) A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度 B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化 C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱 D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3 解析：选C。孔雀石颜料和蓝铜矿颜料的主要成分中均含有Cu(OH)2和CuCO3，Cu(OH)2和CuCO3受热易分解，用颜料描绘的图案受潮容易变模糊，所以需控制温度和湿度，A正确；孔雀石和蓝铜矿中含有的Cu(OH)2和CuCO3都不易被空气氧化，B正确；Cu(OH)2、CuCO3都能与酸反应，所以不耐酸，C错误；Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数为×100%≈57.7%，Cu(OH)2·2CuCO3中铜的质量分数为×100%≈55.5%<57.7%，D正确。 4．(2024·北京高考)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有SiO2等杂质)生产纯铜，流程示意图如下。 (1)矿石在焙烧前需粉碎，其作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同质量，在不同温度下焙烧相同时间，测得：“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图；400 ℃和500 ℃时，固体B中所含铜、铁的主要物质如表。 温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质 400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2 500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO ①温度低于425 ℃，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②温度高于425 ℃，根据焙烧时可能发生的反应，解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液，并维持一定的c(H＋) 和c(Cu2＋)。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分 (2)(NH4)2SO42NH3↑＋SO3↑＋H2O (3)①温度低于425 ℃，随焙烧温度升高，(NH4)2SO4分解产生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增加，故铜浸出率显著增加 ②温度高于425 ℃，随焙烧温度升高发生反应：4CuFeS2＋17O2＋2CuSO46CuO＋2Fe2(SO4)3＋4SO3，CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO，铜浸出率降低 (4)Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ (5)粗铜若未经酸浸处理，其中杂质Fe会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到的纯铜的量 学科网（北京）股份有限公司 $