江西省乐安一中高二化学 14铜和铜的化合物以及金属的冶炼培优教案.doc

铜和铜的化合物以及金属的冶炼（一）网上课堂本讲主要内容铜元素在周期表中的位置、原子结构示意图，主要的物理性质和化学性质，铜的重要的化合物，cu2+的检验，简介稀土金属。金属冶炼。学习指导1铜的位置，结构和性质:29cu位于周期表第4周期第b族中，相对原子质量为63.55，但计算中一般取64，原子结构示意图为 ，在化合物中呈+1，+2价。铜为紫红色，密度8.96gcm-3，熔点1083.4沸点2567，有优良的导电，传热性和很好的延性及展性。铜是人类历史上最早使用的金属，我国是最早使用铜器的国家之一，并且是青铜（80%cu，15%sn，5%zn青铜作为合金其熔点较纯铜为低，但硬度却提高很多，质坚韧，易铸，）黄铜（60%cu，40%zn广泛用于制作仪器零件）和白铜（50-70%cu，18-20%ni，13-15%zn主要用作刀具）等合金的首创者。铜在生命系统中有重要作用，人体中有30多种蛋白质和酶含有铜。现已知铜的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白，有协同铁的功能。在铁的生理代谢过程中，fe2+氧化为fe3+时需要铜蓝蛋白的催化氧化，以利fe3+与蛋白质结合成铁蛋白合成血红蛋白。铜在常温下不与干燥空气中的氧化合，加热时产生黑色的氧化铜2cu+o22cuo，在潮湿的空气中久放后，表面会慢慢生成一层铜绿，2cu+o2+h2o+co2=cu2(oh)2co3。在加热时，铜与卤素，硫等直接化合cu+cl2 2cu+s铜与浓、稀硝酸，与热的浓硫酸反应，被氧化成cu2+。cu+4hno3(浓)=cu(no3)2+2no2+2h2o3cu+8hno3(稀)3cu(no3)2+2no+4h2ocu+2h2so4(浓)cuso4+so2+2h2o在金属活动性顺序表中，cu居（h）之后，所以不能与酸反应放出h2。2铜的重要的化合物:（1）氧化亚铜(cu2o，144)红色粉末，不溶于水，具有半导体性质，它对热十分稳定，加热到1200多度高温也不分解，是制造玻璃和搪瓷时的红色颜料。氧化亚铜溶于稀硫酸，立即发生歧化反应（2）氧化铜（cuo，80）黑色粉末，它对热也是稳定的，但加热超过800，也分解。4cuo2cu2o+o2cuo是碱性氧化物，不溶于水，溶于酸成盐cuo+2hcl=cucl2+h2ocuo有氧化性，加热时易被h2、c、co、nh3等还原剂还原为铜。（3）氢氧化铜cu(oh)298cuso2+2naoh=cu(oh)2+na2so4 淡蓝色cu(oh)2不稳定，受热易分解cu(oh)2cuo+h2o在溶液里加热到80，即脱水变成黑色的cuocu(oh)2cuo+h2ocu(oh)2不溶于水，溶于酸成盐。（4）氯化铜（cucl2，135）cucl2在很浓的溶液中，显黄绿色，在浓溶液中显绿色，在稀溶液中显蓝色。黄色是由于cucl42-离子的存在，而蓝色是由于cu(h2o)62+离子的存在，两者并存显绿色。（5）硫酸铜（cuso4，160）氧化铜和稀硫酸反应，经蒸发浓缩可得cuso45h2o，cuso45h2o叫胆矾或蓝矾。cuso45h2o在不同温度下，可以发生下列变化。cuso45h2ocuso43h2ocuso4h2ocuso4cuo，所以在定量分析结晶硫酸铜中结晶水质量分数时，注意控制好温度，否则cuso4会分解。无水硫酸铜是白色粉末，其吸水性很强，吸水后呈蓝色。硫酸铜是制备其它铜化合的重要原料。在农业上同石灰乳混合得到波尔多液，通常配方是：cuso45h2o:cao:h2o=1:1:100，波尔多液在农业上，尤其在果园中是常用的杀菌剂。铜在自然界里天然铜很少，大多数以化合态存在，铜矿主要有黄铜矿（cufes2）、辉铜矿（cu2s）、孔雀石cu2(oh)2co3、赤铜矿（cu2o）等。3铜（cu2+）离子的检验:在cuso4溶液中滴入氨水，溶液中出现少量蓝色沉淀。2cuso4+2nh3h2o=(nh4)2so4+cu2(oh)2so4，继续滴加氨水，沉淀溶解，溶液变成深蓝色，这是四氨合铜离子cu(nh3)42+的特征蓝色。cu2(oh)2so4+8nh3=cu(nh3)4so4+cu(nh3)4(oh)2。离子方程式为cu2(oh)2so4+8nh3=2cu(nh3)42+so42-+2oh-。也可写成一个方程式：cuso4+4nh3h2o=cu(nh3)4so4+4h2o用这个实验来检验cu2+的存在。总结铜和铜的重要化合物之间的转化关系。此外cu与浓、稀hno3反应生成cu(no3)2。4简介稀土金属:稀土金属共17种，其中镧系15种加上钪21sc钇39y，两种元素，叫稀土金属。我国内蒙古地区是生产稀土金属的重要基地。稀土元素原子外层电子排布十分相似，原子半径很相近，因而化学性质相似，在自然界中，常常共存于同种矿物中，分离和提纯稀土金属相当困难。稀土金属用途广泛，称为冶金工业的维生素。例如：在钢中加入一些稀土元素，可增加钢的塑性。韧性，耐磨性、耐热性，抗氧化性，抗腐蚀性等。又如，稀土金属可以用来做引火合金、永磁材料、超导材料、染色材料、发光材料、微量元素肥料等等。因此，稀土金属广泛应用在冶金、石油化工、玻璃陶瓷、荧光材料、电子材料、医药及农业部门，还逐渐深入到很多现代科学技术领域。5金属的冶炼:冶炼是指把金属从矿石中提练出来。一般分三步：第一步是矿石的富集，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量；第二步是冶炼，利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质；第三步是精炼，采用一定的方法，提炼纯金属。工业上冶炼金属一般用热分解法，热还原法或电解法。冶炼方法热分解法还原剂法电解法炼得金属ag、hgcu、fe、cr、mn、mgal、mg、na、反应方程式（1）热分解法：2ag2o4ag+o2 2hgo2hg+o2（2）还原剂法：fe2o3+3co2fe+3co2 cr2o3+2al2cr+al2o3 3mno2+4al3mn+2al2o3 wo3+3h2w+3h2o mgo+cmg+co（3）电解法：2al2o34al+3o2 mgcl2mg+cl2 2nacl2na+cl2对于某些不活泼金属，如铜、银等，也常用电解其盐溶液的方法（高三要学）进行精炼。例题精讲1cu+在酸性溶液中不稳定，可发生氧化还原反应生成cu2+和cu。现有浓h2so4，浓hno3，稀h2so4，稀hno3，fecl3溶液及ph试纸，而没有其它试剂。简述如何用最简便的实验方法来检验cuo经过h2还原所得的红色产物中是否含有碱性氧化物cu2o？分析：cu+在酸性溶液中能发生自身氧化还原反应，只是h+的作用，若用强氧化性酸，浓h2so4、hno3使cu和cu+氧化成cu2+，fecl3也使cu和cu+氧化成cu2+，不能说明是否有cu+。而稀h2so4不能氧化cu，因此只能选用稀h2so4与红色产物作用。解：取少量该红色产物放入稀h2so4中，振荡，若溶液变成蓝色，说明产物有cu2o，若溶液没变色，说明产物中无cu2o。2在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化：请填写下列空白：（1）孔雀石主要成分是cuco3cu(oh)2（碱式碳酸铜），受热易分解，上图中的f是_（2）写出明矾与过量的naoh溶液反应的离子方程式： _（3）图中所得的g和d都是固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式： _（4）每生成1mold，同时生成_mole分析：孔雀石受热分解生成水，还有co2和cuo，明矾与过量naoh溶液反应的产物a是naalo2，与naalo2反应生成白色沉淀的f是co2，g为cuo。al(oh)3受热分解得固体b为al2o3，al2o3加热熔融电解得al和o2，d是固体，所以是al。e则为o2。解：（1）co2（或二氧化碳）（2）al3+4oh-=alo2-+2h2o（3）3cuo+2al3cu+al2o3（4）0.75（或）3有若干克cuo和fe2o3的混合物，用足量h2在加热条件下充分反应，并在氢气流中冷却后称量生成物，结果质量比原混合物减轻了11.2克。另取等质量的上述混合物用足量盐酸溶解，然后向用盐酸处理后的溶液中加入100g纯铁屑，使其充分反应，在标况下收集到2.24l气体，再把混合液中的不溶物进行过滤，洗净、干燥、称得质量为84克。试求原混合物中cuo质量分数。分析：h2还原cuo和fe2o3，减少11.2g是指氧元素质量。cuo和fe2o3溶于盐酸，分别形成cu2+和fe3+的盐投入100gfe，发生了3个反应：fe+2h+fe2+h2 0.1mol=5.6g 0.1molfe+2fe3+3fe2+铁粉质量减少的反应。fe+cu2+fe+cu，这是固体质量增加的反应。 56 64解：设混合物中cuo和fe2o3的物质的量分别为x和y根据cuo+h2cu+h2o，fe2o3+3h22fe+3h2o xmol ymol得16x+48y=11.2g根据fe+2h+=fe2+h2 100g-5.6g=94.4g余铁粉 5.6g 0.1mol又根据：fe + 2fe3+=3fe2+ ymol 2ymol 铁粉质量减少56yg fe+cu2+=fe2+cu 56 xmol 64 铁粉质量增加8xg得方程式94.4-56y+8x=84g 解之，得m(cuo)=8g m(fe2o3)=32g答：混合物中含cuo20%。（二）网上能力训练基础性训练题一选择题:1根据下列物质的颜色，按“红、橙、黄、绿、蓝、紫”的顺序编组的是（ ）溴水cuso45h2o kmno4溶液 cuo agl feso47h2o cuso4 fe2o3 fesabcd2向溶液中加入过量的盐酸产生沉淀，过滤，滤液中加入k2s溶液又产生沉淀，此溶液中所含的离子是（ ）aag+、cu2+、mg2+bag+、al3+、fe2+cmg2+、cu2+、zn2+dpb2+、k+、fe3+3为了除去酸性alcl3溶液中的cu2+，下列实验步骤顺序和试剂正确的是（ ）通入co2气体 加盐酸 加naoh溶液 加alcl3溶液 过滤abcd4a、b、c三种溶液各含有fe3+、cu2+、ag+中的一种离子，向a溶液中加入适量的铁粉，有红色物质析出，再加c溶液，红色物质溶解，但无银白色物质析出，则a、b、c中依次含有（ ）afe3+、cu2+、ag+bcu2+、ag+、fe3+cag+、fe3+、cu2+dcu2+、fe3+、ag+50.2mol某单质与足量的硫在一定条件下充分反应，质量增加了3.2g，则构成这种单质的元素可能是（ ）afebkccudmg6已知某温度下发生如下三个反应，c+co22co c+h2oco+h2 co+h2oco2+h2。由此可以判断，在相同温度下，c、co、h2的还原性强弱的顺序是（ ）acoch2bccoh2cch2co）dco2h2c7用氢气、碳、一氧化碳分别与等质量的氧化铜在高温下反应，使氧化铜中的铜全部还原出来，消耗h2、碳、一氧化碳的质量比为（ ）a1:1:1b1:3:14c1:6:14d2:1:28将h2通过10g氧化铜粉末加热片刻，冷却后剩余固体质量为8.4g，那么下列计算正确的是（ ）a有1.6g水生成b有8.4gcu生成c有80%的cuo还原d实验时所消耗的h2不足0.2g二填空题:9a是黑色粉末，b是白色粉末，将a、b混合做如下实验：请填下列空白：（1）写出下列物质的化学式 a _ b _ _ _（2）写出下列要求的化学方程式a+bc+d _ce _qk _kj _fg _ha _三计算题:10将一块已被严重锈蚀而部分变为铜绿的铜研磨成粉末，充分灼烧成cuo发现固体质量没有发生增减，求铜被锈蚀的百分率。11将铜和氧化铜的混合物0.34g跟过量浓硫酸反应，使其全部溶解，并用naoh溶液中和过量的硫酸，再用蒸馏水将溶液稀释至500ml，然后往溶液中加入1.85g（过量）的纯铁粉，充分反应后经过滤，洗涤，烘干，得1.89g不溶物。试计算：（1）被铁置换的铜是多少克？（2）加入铁粉前cuso4溶液的物质的量浓度是多少？（3）原混合物中有铜多少克？提高性训练题一选择题:12下列各组离子加入足量的氨水后，观察到的现象明显不同的是（ ）fe3+、al3+ cu2+、ca2+ na+、ba2+ al3+、mg2+、fe3+、fe2+ fe2+、mg2+abcd13按h2so4h2snaohco2的顺序加入试剂（每种试剂均过量），则下列哪组离子能从左到右依次逐一形成沉淀析出（ ）aba2+、al3+、cu2+、ag+bba2+、cu2+、mg2+、ag3+cba2+、al3+、mg2+、cu2+dcu2+、al3+、mg2+、ba2+14下列各组溶液，不加任何试剂，也不做焰色反应，就能将其一一区别出来的是（ ）ana2so4、bacl2、k2co3、kno3bnacl、agno3、na2co3、cacl2ccuso4、bacl2、naoh、nacldal2(so4)3、na2co3、ba(no3)2、h2so415已知cu+2fe3+=2fe2+cu2+，zn+2fe3+=zn2+2fe2+。现把等物质的量的cuso4、fecl3和锌置于水中，充分反应后，容器中除so42-和cl-外，还含有（ ）azn2+、cu、fe2+bzn2+、cu2+、fe3+czn2+、cu2+、fe、fe2+dzn2+、cu2+、cu、fe2+16向某溶液中加入过量的盐酸生成白色沉淀；过滤后向滤液中加入过量的氨水（使溶液呈碱性）又有白色沉淀生成；再过滤向滤液中加入碳酸钠溶液，又生成白色沉淀，原溶液中含有的离子可能是（ ）aag+、cu2+、br2+bag+、ba2+、al3+cag+、al3+、ca2+dal3+、mg2+、k+17下列各组离子：i-、clo-、no3-、h+ k+、nh4+、hco3-、oh- so32-、so42-、cl-、oh- fe3+、cu2+、so42-、cl- h+、k+、alo2-、hso3- ca2+、na+、so42-、co32- 在水溶液中能大量共存的是（ ）a和b和c和d和二填空题:18有六瓶白色固体，它们是al2o3、nano3、ba(oh)2、mgcl2、(nh4)2so4、无水cuso4。现仅用蒸馏水及已被检出的物质对它们作出鉴别。根据以下实验步骤，在定格内填入须加入的试剂，填写检出物质时须与实验现象上下对应。（1）待测物 + （2）待测溶液+ （3）待测溶液+ 19试样x由feo和cuo组成。取质量相等的两份试样按下列所示进行实验：强酸性溶液（不含cu2+）气体和不溶物（1）请写出步骤中所发生的全部反应的离子方程式 _ _（2）若全部的溶液y和全部的粉末z充分反应后，生成的不溶物的质量是m，则每份试样中氧化铜的质量为_三计算题:20已知cuo在高温下可发生分解：4cuo2cu2o+o2生成的cu2o也能被h2还原成cu。（1）若将10.0g氧化铜在高温下使其部分分解后再通入h2使剩余固体中的铜全部还原，消耗h20.225g。则原氧化铜在高温下分解的分解率是_。（2）若将mg cuo在高温下部分分解后，再通入ngh2即可使剩余固体全部还原成cu，则原cuo在高温分解时分解率为_，n的取值范围是_。（3）保持（2）中mg cuo的分解率不变，假设通入h2后，固体是按cuocu2ocu的顺序被还原的，以x表示通入h2的质量（g）试填写下表。还原后剩余固体的成分cuo和cu2ocu2o和cux的取值范围研究性习题21自然界存在的碳酸盐类铜矿（如孔雀石、石青等）的化学组成为：acuco3bcu(oh)2（a、b为正整数，且a2，b2）（1）将孔雀石、石青矿样分别加盐酸至完全溶解，消耗hcl物质的量与产生co2的物质的量之比，孔雀石为4:1，石青为3:1。则它们的化学组成为：孔雀石：_，石青：_。（2）今有一份碳酸盐类铜矿样品，将其等分为a、b两份。然后，加盐酸使a样品完全溶解，产生co23.36l（标况下）；加热b样品使其完全分解，得到20gcuo。试计算并确定该矿石的化学组成。（3）某碳酸盐类铜矿样加酸完全溶解后，产生co26.72l（标况下），这份矿样中cuo含量不低于_g。（4）设某碳酸盐类铜矿样的质量为ag，所含氧化铜质量为gg。加酸完全溶解后，产生的co2体积（标况下）为vl，则含铜矿样的a、v、g之间的关系式a=_。能力训练题点拨与解答:基础性训练题一1b是橙色 是蓝色 紫红色 黑色 黄色 淡绿色 白色 红色 黑色2a加入过量hcl，生成agcl，在酸性条件下，cus不溶于酸。3b先成al3+和cu2+分离，加入过量naoh溶液，al3+4oh-=alo2-+2h2o，cu2+2oh-=cu(oh)2，过滤，除去cu(oh)2，向滤液中加入盐酸，使溶液呈酸性，alo2-+4h+=al3+2h2o4ba溶液中含cu2+，fe+cu2+=fe2+cuc溶液中含fe3+，cu+2fe3+=2fe2+cu2+b溶液中含有ag+。5bc2k+s=k2s 2cu+scu2s6b由得cco，由得ch2由得coh2，比较三个不等式，得出ccoh2。7b产生的cu质量一样多，说明还原剂失去电子的物质的量相等。所以1价为基准，计算还原剂的质量比，m(h2):m(c):m(co)=1:3:14。8ccuo+h2cu+=h2o m80 64 80-64=168g 10-8.4=1.6g 有80%的cuo被还原。二9分解：这是cu和fe两种元素组成的化合物系列练习，目的是巩固基础知识。（1）a：fe，b：cuso4，naoh，o2和h2o（2）fe+cuso4=feso4+cu cu+2h2so4(浓)cuso4+so2+2h2o 4cuo2cu2o+o2 cu2o+h2so4(稀)=cuso4+cu+h2o 4fe(oh)2+o2+2h2o=4fe(oh)3 fe2o3+2alal2o3+2fe三10分析：cu和cu2(oh)2co3粉末灼烧，cucuo，属质量增加，cu2(oh)2co3cuo属于质量减少的反应，只有当增加质量等于减少质量时，混合物质量才保持不变。解：设混合物中cu物质的量为x，cu2(oh)2co3物质的量为y 2cu+o22cuo x x 增加质量16x cu2(oh)2co32cuo+h2o+co2 y y 减少质量62y 16x=62y 变质的百分率=答：铜被锈蚀34.04%。11解：（1）cuso4+fe=feso4+cu m 56 64 64-56=8 x 1.89g-1.85g=0.04g x=0.32g（2）ccuso4(aq)=（3）在0.34g铜和氧化铜中铜元素质量是0.32g氧元素质量是0.02克，换算成cuo质量=，所以原混合物中cu的质量=0.34g-0.1g=0.24g答：被置换铜0.32g；cuso4溶液浓度是0.01moll-1；原混合物中有铜0.24g。提高性训练题部分一12分析：fe(oh)3红褐色 al(oh)3白色 cu(nh3)42+深蓝色溶液 ca2+没现象 na+和ba2+均无现象 两个都是白色沉淀 fe(oh)3红褐色 fe(oh)2fe(oh)3现象是生成白色絮状沉淀，经灰绿色，最后变红褐色沉淀 fe(oh)2fe(oh)3 白灰绿红褐色，mg(oh)2白色沉淀。选择d。13分析：4种阳离子共存在一种溶液中，按顺序过量地加入h2so4（沉淀ba2+），过量加入h2s（沉淀cu2+）过量地加入naoh（沉淀mg2+，使al3+alo2-）最后通入co2。把alo2-恢复成al(oh)3选择b。14分析：不加其他试剂，又不准做焰色反应，原则上用两溶液互混，现象不同，可以鉴别出来。现象相同，就不能鉴别，如果有颜色特征鉴别起来比较简单。选择cd。d选项是：两液体相混有气泡逸出的。知道其中一种溶液是na2co3一种是硫酸。剩下两溶液一个是al2(so4)3一个是ba(no3)2。如果把h2so4加入其中，一个有白色沉淀，另一个既有白色沉淀，同时又有气泡逸出，反应现象不同，就可以都鉴别出来。15分析：氧化能力 fe3+cu2+zn2+选择d。第一个反应：2fe3+zn=2fe2+zn2+ 1 0.5第二个反应：cu2+zn=cu+zn2+ 0.5 0.516chcl沉淀ag+，nh3h2o沉淀al3+，na2co3沉淀ca2+。17分析：中i-、clo-、h+、no3-固氧化还原反应不可共存 中nh4+、hco3-、oh-不可大量共存 可共存 可共存 h+、alo2-、hso3-不或共存 不可共存选择b.二18固体的鉴别，大都是在溶液中进行。（1）蒸馏水 检出物质： al2o3和cuso4 实验现象： 不溶 溶液呈蓝色（2）cuso4溶液 检出物质： ba(oh)2 实验现象： 生成蓝白色混合沉淀（3）ba(oh)2溶液 检出物质： mgcl2 (nh4)2so4 nano3 实验现象： 白色沉淀 产生气体和白色沉淀 无现象19解：（1）fe+2h+=fe2+h2 fe+cu2+=cu+fe2+（2）m是单质cu的质量 每份cu的质量为0.5m折成cuo的质量为：三20解：（1）10.0gcuo中含cu8.0gcuo+h2cu+h2o cu2o+h22cu+h2o 2 64 2 128 x 32x y 64y 解之分解的n(cuo)=2n(cu2o)=0.025molcuo的分解率=（2）此小题基本是重复（1）小题的思路 mgcuo中含cu元素0.8mgcuo+h2cu cu2o+h22cu 2 64 2 128 x 32x y 64y 被ygh2还原得到的cu物质的量是0.025m-n mol