第4章 第17讲 铜及其重要化合物 金属材料与金属矿物的开发利用(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考化学大一轮复习学案

该高中化学讲义聚焦铜及其化合物、金属材料与金属矿物开发利用两大高考核心模块，按“性质-应用-转化”逻辑梳理铜单质及化合物性质、合金分类与性能、金属冶炼方法，通过考点系统梳理、正误判断辨析、典例精讲提炼方法、真题训练对接高考题型，助力学生构建知识网络，突破重点难点。 讲义突出科学思维与科学探究，如用对比表整合铜氧化物性质差异，结合金属活动性顺序表归纳冶炼方法规律，设计印刷电路板废液回收等工艺流程题引导分析物质转化。分层练习覆盖基础判断与综合应用，真题解析融入2025年高考题，帮助学生提升解题能力，为教师提供精准复习路径，高效提升应考水平。

第17讲　铜及其重要化合物　金属材料与金属矿物的开发利用 [课标标准] 1．掌握铜及其化合物的主要性质，了解铜及其化合物在生产、生活中的应用。 2．能根据合金的性质分析生产、生活及环境中的某些常见问题。 3．能根据金属的活动性顺序选择合适的冶炼方法。 考点一　铜及其重要化合物 1．铜单质 (1)物理性质：铜是紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。 (2)化学性质 写出图中下列反应的化学方程式(离子反应只写离子方程式)： ①在潮湿空气中反应：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。 ②与S反应：2Cu＋S。 ③与稀硝酸反应：3Cu＋8H＋＋。 与浓硝酸反应：Cu＋。 2．氧化铜和氧化亚铜 名称 氧化铜(CuO) 氧化亚铜(Cu2O) 颜色 黑色 砖红色 与酸反应(H＋) CuO＋2H＋===Cu2+＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2+＋H2O＋Cu 与H2反应 CuO＋H2 Cu2O＋H22Cu＋H2O 转化关系 4CuO 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 反应①的化学方程式：Cu(OH)2。 反应②的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2+＋2H2O。 4．两种铜盐 (1)碱式碳酸铜——Cu2(OH)2CO3(铜绿、孔雀石的主要成分)与盐酸反应的化学方程式：Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O。 (2)蓝矾(胆矾)——CuSO4·5H2O 蓝矾不稳定，易分解，反应的化学方程式为。CuSO4遇水蒸气变为蓝色晶体，可用于检验水。 (3)可溶性铜盐的毒性：铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭侵染植物的病毒。 　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(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 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 解析：D　A．应将反应后的液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌；B.应将铜丝在空气中加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中；C.CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体。 2．(2025·广东湛江模拟)部分含铜物质的类别与相应铜元素化合价的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a、d均易溶于水 B．b既有氧化性又有还原性 C．常温下，f与单质硫反应生成e D．向含有固体c的溶液中通入H2S气体生成e 解析：B　a为CuO，b为Cu2O，c为Cu(OH)2，d为CuS，e为Cu2S，f为Cu。CuO和CuS均难溶于水，A错误；Cu2O中Cu元素的化合价为＋1价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性，B正确；Cu在常温下不与S反应，C错误；Cu(OH)2与 H2S反应生成CuS，D错误。 3．(2026·河北衡水二中高三一调)从印刷电路板的腐蚀废液(主要含CuCl2、FeCl3、FeCl2等)中回收FeCl3、制备CuSO4·5H2O的流程如下。下列说法正确的是(　　) A．用三氯化铁溶液刻制覆铜电路板的原理是：2Fe3+＋3Cu===3Cu2+＋2Fe B．试剂X可能是稀硝酸或酸性高锰酸钾 C．由粗铜制得粗液发生的反应：Cu＋2H＋===Cu2+＋H2↑ D．粗品的主要成分是硫酸铜晶体的可能原因是硝酸根作了氧化剂 解析：D　印刷电路板废液主要含CuCl2、FeCl2以及FeCl3等物质，加适量的铁粉，发生Fe＋2Fe3+===3Fe2+、Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu，过滤得到粗铜，加入过量的稀硫酸、稀硝酸把铜氧化，得到粗硫酸铜溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶获得胆矾晶体，实现资源回收再利用，而滤液中通过量氯气，即可得到FeCl3溶液，A、B错误；铜和稀硝酸、稀硫酸发生反应：3Cu＋8H＋＋===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，C错误；粗品的主要成分是硫酸铜晶体的可能原因是硝酸根在酸性溶液中都作了氧化剂，溶液中阴离子主要是硫酸根，D正确。 考点二　金属材料与金属矿物的开发利用 1．合金 2．金属材料的分类 3．常见金属材料 (1)铁合金 (2)铜合金 (3)铝合金：如硬铝，它的密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。 (4)新型合金 新型储氢材料：Ti-Fe合金和La-Ni合金；钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金，广泛用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 4．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 铝热反应 3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3 电解法 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2NaCl(熔融) 　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)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(　　) (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)铝热反应可用于冶炼高熔点金属，如K、Ca、Cr、Mn等(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 1．(2025·河北石家庄精英中学模拟)航空航天领域成果的取得离不开金属材料的贡献。下列关于金属材料的说法中不正确的是(　　) A．金属材料包括纯金属和它们的合金 B．合金的硬度一般比其成分金属大，但熔点一般比其成分金属低 C．铝合金应用十分广泛，因为它不仅价格合适，耐酸、碱腐蚀，而且具有优良的机械性能 D．新型钛合金强度高、质量轻、耐高温，广泛用于航空航天领域，如飞机发动机零件和火箭结构件 解析：C　金属材料包括纯金属和它们的合金，A正确；合金的硬度一般比各成分金属大，熔点一般比各成分金属低，B正确；铝易与酸、碱溶液发生反应，不耐酸、碱腐蚀，C错误；新型钛合金强度高、质量轻、耐高温，广泛用于航空航天领域，如飞机发动机零件和火箭结构件，D正确。 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。下列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 解析：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，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，B错误；(Ⅲ)铝热法炼铬是采用活泼金属置换法冶炼金属，对应方法③，C正确；(Ⅳ)从光卤石中炼镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，D正确。 1．(2025·四川卷，1)材料是科技发展的基础。下列属于金属材料的是(　　) A．制造电极的石墨烯 B．制造减震弹簧的高碳钢 C．制造防弹装甲的高强度芳纶纤维 D．制造耐温度剧变仪器的高硼玻璃 解析：B　A．石墨烯为碳元素形成的一种单质，属于非金属材料；B.高碳钢是铁基合金，属于典型的金属材料；C.芳纶纤维为有机高分子合成材料；D.玻璃为硅酸盐制品，属于无机非金属材料。 2．(2024·黑吉辽卷，13)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl－并制备Zn，流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　　) 锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰) 离子 Zn2+ Cu2+ Cl－ 浓度/(g·L-1) 145 0.03 1 A．“浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全 B．“浸铜”反应：2Cu＋4H＋＋H2O2===2Cu2+＋H2↑＋2H2O C．“脱氯”反应：Cu＋Cu2+＋2Cl－===2CuCl D．脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn 解析：C　结合“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变并产生CuCl固体，可推断“脱氯”时Cu和Cu2+发生归中反应并结合Cl－生成CuCl沉淀，离子方程式为Cu＋Cu2+＋2Cl －===2CuCl，则“浸铜”时铜屑不能完全溶解，A错误，C正确；“浸铜”时Cu与H2O2在酸性条件下反应生成Cu2+和H2O，离子方程式为Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2+＋2H2O，B错误；脱氯液中含大量的Zn2+，净化后电解，Zn2+在阴极上得电子生成单质Zn，D错误。 3．(2025·海南卷，15)有色金属冶炼厂炼铜窑炉的废耐火砖极具回收价值。某厂产生的废耐火砖中主要含MgO·Al2O3 75.0%、Cu 12.0%，其资源化回收的一种工艺流程如图所示。 回答问题： (1)“粉碎”的目的是__________________________________。 (2)“加压氨浸”时铜转化为配位离子，该过程的化学反应方程式为_________________________。 (3)“碱熔”中产生的气体C为________，滤渣E是________(均填化学式)。E与________(填物质名称)反应可生成用于城市废水处理的[Al2(OH)mCl6－m]n。 (4)某批次试验，废砖投料20.0 kg，产出CuO 2.70 kg，则Cu的回收率为________。 (5)从绿色化学与环境保护的角度说明本工艺优点有___________________。 解析：废耐火砖中主要含MgO·Al2O3 75.0%、Cu 12.0%，经过粉碎通入氧气加压氨浸，铜转化为配位离子，过滤后得到的滤液A中含有[Cu(NH3)4]2+，经过一系列处理回收金属Cu；滤渣B中含有MgO、Al2O3，加入碳酸钠碱熔后，气体C是CO2，Al2O3高温碱熔转化为NaAlO2，通过水萃，滤液D中含有Na[Al(OH)4]，加入二氧化碳气体得到滤渣E(氢氧化铝)。(1)“粉碎”的目的是通过增大接触面积加快“加压氨浸”的速度。(2)“加压氨浸”时铜与氧气、氨反应转化为配位离子铜氨离子，该过程的化学反应方程式为2Cu＋O2＋8NH3·H2O===2Cu(NH3)4(OH)2＋6H2O。(3)“碱熔”所加的“碱”实际上是纯碱Na2CO3，与滤渣B中的Al2O3反应产生的气体C为CO2。根据分析滤液D中为Na[Al(OH)4]，与气体C(CO2)反应可生成滤渣E为Al(OH)3。Al(OH)3→[Al2(OH)mCl6－m]n，需要引入Cl－，故可让Al(OH)3与盐酸反应获得聚合氯化铝。(4)废砖中Cu的质量为m(Cu)＝20.0 kg×12.0%＝2.40 kg。产出的2.70 kg CuO中Cu的质量为m′(Cu)＝2.70 kg×＝2.16 kg。则Cu的回收率为×100%＝90.0%。 答案：(1)加快“加压氨浸”的速度　(2)2Cu＋O2＋8NH3·H2O===2Cu(NH3)4(OH)2＋6H2O　(3) CO2　Al(OH)3　盐酸　(4)90%　(5)实现Na2CO3、CO2等物质的循环利用，原料利用率高　资源综合利用，既回收铜又制得铝盐絮凝剂，减轻固体废弃物对环境的压力 (2025·山东卷，13)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物，实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素，流程如下。已知：Fe2(C2O4)3能溶于水；Ksp(CaC2O4)＝2.3×10-9，Ksp(FeC2O4)＝3.2×10-7。 下列说法错误的是(　　) A．试剂X可选用Fe粉 B．试剂Y可选用盐酸 C．“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中 D．“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少 解析：A　钢渣用盐酸酸浸后，CaO、FeO、Fe2O3分别转化成Ca2+、Fe2+、Fe3+进入滤液Ⅰ中，则滤渣Ⅰ主要为SiO2，根据已知信息，CaC2O4与FeC2O4难溶于水，而Fe2(C2O4)3能溶于水，则要想有效分离Ca、Fe元素，滤渣Ⅱ只能是CaC2O4，为了防止生成FeC2O4，需要将滤液Ⅰ中的Fe2+完全转化成Fe3+以保证Fe元素留在滤液Ⅱ中，因此试剂X需氧化Fe2+，滤渣Ⅰ用NaOH溶液碱浸得到Na2SiO3溶液，向其中加入试剂Y经一系列操作得到SiO2。结合上述分析可知，试剂X不能用Fe粉，A错误；向Na2SiO3溶液中加酸可得到H2SiO3，H2SiO3受热分解可得到SiO2，因此试剂Y可以为盐酸，B正确；“分离”后，Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中，C正确；CaC2O4存在沉淀溶解平衡：CaC2O4(s)⥫⥬Ca2+(aq)＋(aq)，若酸浸后滤液Ⅰ的pH过小，则与H＋结合导致浓度降低，平衡正向移动，导致CaC2O4的质量减少，D正确。 1．(2025·甘肃卷，11)处理某酸浸液(主要含Li＋、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下： 下列说法正确的是(　　) A．“沉铜”过程中发生反应的离子方程式：2Fe＋3Cu2+===3Cu＋2Fe3+ B．“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多，Al(OH)3沉淀越完全 C.“氧化”过程中铁元素化合价降低 D．“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质 解析：D　“沉铜”过程中，Fe与Cu2+发生置换反应生成Fe2+和Cu，正确的离子方程式为Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu，A错误；“碱浸”过程中若NaOH过量，会使Al(OH)3转化为可溶于水的[Al(OH)4]－，B错误；由题图分析知，“氧化”前Fe元素的化合价为＋2，“氧化”后得到沉淀，Fe的化合价升高，C错误；“沉锂”过程中加入Na2CO3后有Li2CO3析出，利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质，D正确。 2．(2025·四川卷，13)一种主要成分为 和KAlSi3O8的高钾磷矿，通过如下流程可制得重要的化工产品白磷(P4)、K2CO3、Al2O3。其中，电炉煅烧发生的反应为：2Ca3(PO4)2＋2KAlSi3O8＋10C＋10CO↑。 下列说法错误的是(　　) A．“电炉煅烧”必须隔绝空气 B．浸渣的主要成分是CaSiO3 C．“炉气水洗”使P4溶于水而与CO分离 D．“中和沉淀”需要控制溶液的pH 解析：C　主要成分为Ca3(PO4)2和KAlSi3O8的高钾磷矿，与焦炭经电炉煅烧生成CaSiO3、KAlO2、P4气体、CO气体，炉气水洗，磷蒸气通过冷水冷凝成固态白磷，尾气为不溶于水的CO，燃烧生成CO2，用于中和沉淀；炉渣经水浸，浸渣主要成分为不溶于水的CaSiO3，浸液中通入CO2，生成K2CO3、Al(OH)3，过滤Al(OH)3经加热得Al2O3；滤液主要成分为K2CO3。P4可与氧气反应，故必须隔绝空气，A正确；浸渣的主要成分为CaSiO3，B正确；“炉气水洗”因P4、CO均不溶于水，磷蒸气通过冷水冷凝成固态白磷，使P4与CO分离，C错误；“中和沉淀”时通入的二氧化碳形成的弱酸，不会溶解生成的Al(OH)3(只溶于强酸强碱中)，但需要控制溶液的pH，防止生成KHCO3，D正确。 3. (2025·黑吉辽内蒙古3月联考)以辉铜矿(主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)为原料制备硝酸铜晶体的某工艺如图所示，不正确的是(　　) A．滤渣1中含有S和SiO2 B．加入过量铁粉发生的反应有3个 C．物质a可能是NaOH D．操作X包含蒸发、冷却、过滤等操作 解析：C　辉铜矿(主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)加入FeCl3溶液和稀硫酸，反应生成S、Fe2+、Cu2+，SiO2不反应，过滤得到滤渣1为S和SiO2，A正确；向滤液1中加入过量的Fe粉，发生的反应有Cu2+＋Fe===Fe2+＋Cu、2Fe3+＋Fe===3Fe2+、2H＋＋Fe===Fe2+＋H2↑，共3个，B正确；过滤，滤液2主要是Fe2+，滤渣2主要成分是Cu，还有剩余的Fe，向滤渣2中加入稀硝酸，Fe被氧化为Fe3+，Cu被氧化为Cu2+，再向溶液中加入CuO等物质调节溶液pH值促进Fe3+水解，则物质a为CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，NaOH引入新杂质，C错误；操作X包含蒸发(HNO3气氛下)、冷却、过滤等操作，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $