专题五 铜及其化合物

1 专题五 铜及其化合物 考纲要求 1 了解铜及其化合物的主要性质 2 以 Cu Cu Cu 2 的相互转化为例 理解变价金属元素的氧化性 还原性 3 了解 Cu OH 2 碱式碳酸铜的形成 热稳定性及与酸的反应 4 掌握铜及其化合物的主要化学性质在工业流程题和实验题中的综合运用 教学内容 一 铜在周期表中位置 位于元素周期表中第 周期 第 族 二 物理性质 1 铜的物理性质 色固体 具有良好的延展性 导 性和导 性 2 氢氧化物与氧化物的物理性质 三 化学性质 铜及其重要化合物的转化关系 问题讨论与解决部分 根据上面物质的转化关系掌握相关物质的化学性质 用方程式或离子方程式表示 习题部分 习题 1 铜及其化合物的基本知识 1 下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是 A CuSO 4变成 CuSO4 5H2O 是物理变化 B 一定条件下 新制的 Cu OH 2悬浊液能与乙醛反应但不能与乙酸反应 C CuO 是黑色固体 与水反应可生成 Cu OH 2 D Cu 2O 遇硝酸可能会被氧化成 Cu2 2 Al Fe Cu 都是重要的金属元素 下列说法正确的是 A 三者对应的氧化物均为碱性氧化物 B 三者的单质放置在空气中均只生成氧化物 C 制备 AlCl3 FeCl 3 CuCl 2均不能采用将溶液直接蒸干的方法 D 电解 AlCl3 FeCl 3 CuCl 2的混合溶液时阴极上依次析出 Cu Fe Al 3 下列关于硫酸铜说法正确的是 A 鸡蛋清中加入 CuSO4溶液产生盐析 B 由硫酸铜溶液配成的波尔多溶液常用于公共场所和植物标本的杀菌消毒 C 用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间 溶液的 PH 值升高 D 用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液 通电一段时间后 向所得的溶液中加入 0 1molCuO 后恰好 恢复到电解前的浓度和 pH 则电解过程中转移的电子数为 0 1mol 4 上图实验装置是探究铜丝与过量浓硫酸的反应 下列叙述不正确的是 A 上下移动 中铜丝可控制 SO2的量 名称 氧化铜 氧化亚铜 氢氧化铜 颜色 水溶性 2 B 中品红溶液褪色 C 中石蕊溶液变红色 D 为确认 CuSO4生成 向 中加水 观察溶液颜色 5 下表中 对陈述 的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是 陈述 陈述 判断 A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 对 对 无 B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜容器可以盛放浓硫酸 对 对 有 C 向硫酸铜溶液通入氨气 有深蓝色沉淀 产生 过滤后灼烧滤渣 最后变成黑色 固体 把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧 铜丝表面变黑 对 对 有 D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 错 对 无 6 氢氧化铜和碱式碳酸铜 Cu 2 OH 2CO3 均可溶于盐酸转化为氯化铜 在高温下这两种化合物均能分解生 成氧化铜 溶解 25 25 g 的上述混合物 恰好消耗 1 0 mol L 1 盐酸 500 mL 灼烧等量的上述混合物 得到的氧化铜质量为 A 15 g B 20 g C 30 g D 35 g 习题 2 铁 铜 铝金属活动性的探究 7 某校化学研究性学习小组欲设计实验验证 Fe Cu 的金属活动性 他们提出了以下两种方案 请你帮助 他们完成有关实验项目 方案 有人提出将大小相等的铁片和铜片 分别同时放入稀硫酸 或稀盐酸 中 观察产生气泡的快慢 据此确定它们的活动性 该原理的离子方程式为 方案 有人利用 Fe Cu 作电极设计成原电池 以确定它们的活动性 试在下 面的方框内画出原电池装置图 标出原电池的电极材料和电解质溶液 并写出电 极反应式 正极反应式 负极反应式 方案 结合你所学的知识 帮助他们再设计一个验证 Fe Cu 活动性的简单实验方案 与方案 不 能雷同 用离子方程式表示其反应原理 8 某小组同学在实验室研究 Al 与 CuCl2溶液的反应 实验操作 实验现象 红色物质附着于铝片表面 大量无色气体从红色物质表面逸出 放出 大量的热 烧杯底部出现白色沉淀 1 现象 中的红色物质是 2 经检验现象 中的无色气体为氢气 甲认为 Al 与 H 反应产生了氢气 用离子方程式表示溶液中存在大量 H 的原因 氢气从红色物质表面逸出的原因是 3 探究白色沉淀的化学成分 查阅资料 Cu 可与浓氨水反应生成 Cu NH3 2 无色 该无色物质在空气中易被氧化变为蓝色 1mol L CuCl2 溶液 打磨过的铝片 3 乙认为白色沉淀可能是 CuCl 并通过实验证明其猜测正确 实验步骤如下 a 取白色沉淀 充分洗涤 b 向其中加入浓氨水 沉淀溶解得到无色溶液 将无色溶液分为两份 c 取其中一份无色溶液 d 将另一份无色溶液放置于空气中 一段时间后 溶液变为蓝色 步骤 c 的实验方案是 用化学平衡移动原理解释 CuCl 溶于浓氨水的原因 4 探究 CuCl 产生的原因 丙猜测可能是 Cu 与 CuCl2溶液反应生成了 CuCl 因为 Cu 具有 性 取 Cu 粉与 1mol L CuCl2溶液混合 无白色沉淀产生 丙再次分析 Al 与 CuCl2溶液反应的实验现象 改进实验方案 证明了 Cu 与 CuCl2溶液反应生成了 CuCl 改进之处是 习题 3 铜与浓硫酸反应探究 9 为研究铜与浓硫酸的反应 某化学兴趣小组进行如下实验 实验 I 反应产物的定性探究 按如图装置 固定装置已略去 进行实验 1 F 装置的烧杯中发生反应的离子方程式是 B 装置中的现象是 2 实验过程中 能证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素的现象是 3 实验结束时 撤去所有酒精灯之前必须完成的实验操作是 4 实验结束后 证明 A 装置试管中反应所得产物是否含有铜离子的操作方法是 实验 反应产物的定量探究 5 在铜与浓硫酸反应的过程中 发现有黑色物质出现 且黑色物质为 Cu2S 产生 Cu2S 的反应为 aCu bH2SO4 cCu2S dCuSO4 eH2O 则 a b 6 为测定硫酸铜的产率 将该反应所得溶液中和后配制成 250 00 mL 溶液 取该溶液 25 00 mL 加入足 量 KI 溶液中振荡 以淀粉溶液为指示剂 用 O 36 mol L 的 Na2S2O3溶液滴定生成的 I2 3 次实验平均消 耗该 Na2S2O3溶液 25 00 mL 若反应消耗铜的质量为 6 4 g 则硫酸铜的产率为 已知 2Cu 2 4I 2CuI I2 2S2O32 I2 S4O62 2I 10 甲乙两位同学对铜与浓硫酸反应产生的黑色沉淀进行探究 甲同学实验步骤如下 将光亮铜丝插入浓硫酸 加热 待产生黑色沉淀和气体时 抽出铜丝 停止加热 冷却后 从反应后的混合物中分离出黑色沉淀 洗净 干燥备用 查阅文献 检验微量 Cu2 的方法是 向试液中滴加 K4 Fe CN 6 溶液 若产生红 褐色沉淀 证明有 Cu2 1 该同学假设黑色沉淀是 CuO 检验过程如下 将 CuO 放入稀硫酸中 一段时间后 再滴加 K4 Fe CN 6 溶液 产生红褐色沉淀 将黑色沉淀放入稀硫酸中 一段时间后 再滴加 K4 Fe CN 6 溶液 未见红褐色沉淀 4 由该检验过程所得结论是 2 再次假设 黑色沉淀是铜的硫化物 实验如下 实验装置 现象 1 A 试管中黑色沉淀逐渐溶解 2 A 试管内上方出现红棕色气体 3 B 试管中出现白色沉淀 现象 2 说明黑色沉淀具有 性 能确认黑色沉淀中含有 S 元素的现象是 相应的离子方程式是 为确认黑色沉淀是 铜的硫化物 还需进行的实验操作是 3 以上实验说明 黑色沉淀中存在铜的硫化物 进一步实验后证明黑色沉淀是 CuS 与 Cu2S 的混合物 将黑色沉淀放入浓硫酸中加热一段时间后 沉淀溶解 其中 CuS 溶解的化学方程式是 乙同学实验步骤如下 查阅资料可知 Cu 2O 2HCl CuCl2 Cu H2O 2Cu 2O O2 煅 烧 4CuO 2CuS 3O 2 2CuO 2SO2 煅 烧 Cu 2S 2O2 2CuO SO2 CuS Cu 2S 和稀 HCl 不反应 煅 烧 结论 黑色沉淀中有 CuO 还肯定含有的物质是 习题 4 铜氧化物的探究 11 铜及其化合物在生产 生活中有广泛的应用 某同学对 Cu 的常见化合物的性质进行实验探究 研究 的问题和过程如下 1 为探究不同价态铜的稳定性 进行如下实验 向 Cu2O 中加适量稀硫酸 得到蓝色溶液和一种红色固体 该反应的离子化学方程式为 由此可知 在酸性溶液中 2 价 Cu 比 1 价 Cu 更 填 稳定 或 不稳定 2 已知酸性条件下有反应 2Cu Cu2 Cu 氢气还原氧化铜试验由于反应温度不同 可能产生 Cu 或 Cu2O 两者都是红色固体 某同学对某次氢气还原氧化铜试验的红色固体产物作了如下实验 实验操作和实 验现象列表如下 由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物 A 是 Cu B 是 Cu2O C 一定有 Cu 可能有 Cu2O D 一定有 Cu2O 可能有 Cu 加入试剂 稀硫酸 浓硫酸并加热 稀硝酸 浓硝酸 实验现象 红色固体和蓝色溶液 无色气体 无色气体蓝色溶液 红棕色气体 5 3 三氧化二铁和氧化亚铜都是红色粉末 常用作颜料 某校一化学实验小组通过实验来探究一红色粉末 是 Fe2O3 Cu 2O 或二者混合物 探究过程如下 设计探究实验 取少量粉末放入足量稀硫酸中 在所得溶液中再滴加 KSCN 试剂 若滴加 KSCN 试剂后溶液变红色 则证明原固体粉末中一定含 若滴加 KSCN 试剂后溶液不变红色 则证明原固体粉末中一定不含三氧化二铁 你认为这种说法合理吗 若固体粉末完全溶解无固体存在 滴加 KSCN 试剂时溶液不变红色 则证明原固体粉末是 写出该过程发生反应的所有离子方程式 另取少量红色粉末于试管中 加适量的浓硝酸 产生红棕色的气体 证明红色粉末中一定含有 取少量反应后的溶液 加适量蒸馏水稀释后 滴加 填试剂和实验现象 则可证明 另一成分存在 反之 说明红色粉末中不含有该成分 取一定量红色粉末于烧杯中 加入足量的稀硫酸 若反应后经过滤得到固体 3 2g 滤液中 Fe2 有 0 1mol 则红色粉末中 Cu2O 的物质的量为 习题 5 硫酸铜的制备 12 实验室用铜制备 CuSO4溶液有多种方案 某实验小组给出了以下三种方案 请回答有关问题 1 甲方案可以用如图 1 所示制备 则烧瓶内反应的离子方程式 图 2 是图 1 的改进装置 其优点有 为了节约原料 硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为 n H 2SO4 n HNO 3 2 乙方案 将 6 4g 铜丝放到 90mL 1 5mol L 1的稀硫酸中 控温在 50 加入 40mL 10 的 H2O2 反 应 0 5 小时 升温到 60 持续反应 1 小时后 经一系列操作 得 CuSO4 5H2O 20 0g 已知有关摩尔质 量 M Cu 64g mol M CuSO 4 5H2O 250g mol 该反应的化学反应方程式 反应时温度控制在 50 60 不宜过高的原因是 本实验 CuSO4 5H2O 的产率为 甲方案 Cu 稀硫酸 CuSO4 丙方案 Cu CuSO4 乙方案 Cu 稀硫酸 少量FeSO 4 通入空气或氧气 CuSO4 稀硝酸分多次加入 稀硫酸 双氧水 50 60 水浴加热1 5 小时 6 3 丙方案 将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中 发现在常温下几乎不反应 向反应液 中加少量 FeSO4 即发生反应 生成硫酸铜 反应完全后 加物质 A 调节 pH 至 4 然后过滤 浓缩 结 晶 物质 A 可选用以下的 填序号 A CaO B NaOH C CuCO 3 D Cu 2 OH 2CO3 E Fe 2 SO4 3 反应中加入少量 FeSO4可加速铜的氧化 FeSO 4的作用是 4 对比甲 乙 丙三种实验方案 丙方案的优点有 写两条 习题 6 氯化铜 氯化亚铜的制备 13 某同学拟用粗氧化铜 含少量 FeO 及不溶于酸的杂质 制取无水氯化铜 流程如图 1 步骤 中氧化铜与盐酸反应的离子万程式 2 步骤 中加入 H2O2的目的 沉淀 II 的化学式为 3 已知 氢氧化物开始沉淀时的 pH 氢氧化物沉淀完全时的 pH Fe3 1 9 3 2 Cu2 4 7 6 7 Fe2 7 9 步骤 中调节 pH 的最佳范围为 调节溶液 pH 的试剂 X 可以是 a NaOH b CuO c Cu OH 2 d OHN23 4 步骤 的操作是 过滤 洗涤 干燥 为得到无水 CuCl2 步骤 需在干燥的 HCl 气流中加热 Cul2 原因是 14 氯化铜 氯化亚铜广泛用于有机催化剂 实验室中以粗铜 含杂质 Fe 为原料 制备铜的氯化物的流 程为 粗铜 Cl2 固体 2溶液 2 反应 操作 CuCl2 2H2O反应 固体 1 加稀盐酸 至固体完全溶解 溶液 1 加试剂 X 调节 pH 操作 SO2 CuCl 1 固体 1 成分的化学式 2 溶液 1 可加试剂 X 用于调节 pH 以除去杂质 X 可选用 a NaOH b NH 3 H2O c CuO d CuSO 4 3 反应 是向溶液 2 中通入 SO2 加热生成 CuCl 白色沉淀 离子方程式为 习题 6 碱式碳酸铜的制备及组成的分析 15 用辉铜矿 主要成分为 Cu2S 含少量 Fe2O3 SiO 2等杂质 制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如下 7 下列措施是为加快浸取速率 无法达到目的的是 A 延长浸取时间 B 将辉铜矿粉碎 C 充分搅拌 D 适当增加硫酸浓度 浸取反应中氧化剂的化学式为 滤渣 的成分为 MnO2 S 和 写化学式 研究发现 若先除铁再浸取 浸取速率明显变慢 可能的原因是 除铁 的方法是通过调节溶液 PH 使 Fe3 水解转化为 Fe OH 3 加入的试剂 A 可以是 化 学式 赶氨 时 最适宜的操作方法 沉锰 除 Mn2 过程中反应的离子方程式 滤液 经蒸发结晶得到的盐主要是 写化学式 16 蓝铜矿主要含有 Cu x OH y CO 3 z 还含有少量 Fe Si 的化合物 常用于治疗黄水引起的麻风病 皮 肤瘙痒症 受热时分解成三种氧化物 为了确定其组成 某研究小组设计了下图实验 1 实验步骤 称取 3 46g 样品于硬质玻璃管内 称量乙 丙装置的质量 按如图所示装置组装好 仪器 并检查装置的气密性 加热甲中玻璃管 当乙瓶内不再有气泡产生时 停止加热 打开活塞 a 缓缓通入空气数分钟之后 称量乙 丙装置的质量 计算 步骤 中缓缓通入空气数分钟的目的是 2 某同学发现上述装置中存在一个明显的缺陷 为解决这一问题 可将装有 填名称 固 体的干燥管连接在活塞 a 之前 3 若按正确装置进行实验 测得如下的数据 则该蓝铜矿的化学式为 乙装置的质量 g 丙装置的质量 g 加热前 76 00 60 00 加热后 76 18 60 88 4 1mol 氨气通过灼热的蓝铜矿时可产生 1 5mol 金属铜 写出该反应的化学方程式 5 胆矾 CuSO 4 5H2O 可杀菌消毒 配制波尔多液 用蓝铜矿制备该晶体的方案如下 试剂 试剂 蓝铜矿 气体 E 溶液 A SiO2 溶液 B 沉淀 D 溶液 C 胆矾晶体 酸溶 过滤 8 溶液 A 中的金属离子有 Cu2 Fe 2 Fe 3 则实验中的试剂 可选用 填字母 a KMnO4 b Cl2 c H2O2 d 稀 HNO3 准确量取 20 00mL 溶液 A 于锥形瓶中 用 0 01200mol L 1酸性高锰酸钾标准溶液滴定是应选用 填 酸式 或 碱式 滴定管 滴定至终点时消耗 KMnO4标准溶液 15 00mL 则溶液 A 中 Fe2 的浓度为 mol L 1 已知 金属离子 0 1mol L 1 Fe3 Fe2 Cu2 氢氧化物开始沉淀 1 48 6 34 4 67PH 氢氧化物完全沉淀 2 18 8 34 6 67 加入试剂 CuO 的作用是调节溶液的 PH 若采用标准比色卡对照 则 PH 的范围应为 习题 7 金属铜的冶炼 17 工业上由黄铜矿 主要成分 CuFeS2 冶炼铜的主要流程如下 1 由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为 2 以 CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜 Al 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 利用阳极泥可回收 Ag Pt Au 等金属 18 细菌冶金 是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石 例如氧化亚铁硫杆菌在溶液中能将黄 铁矿氧化为 Fe2 SO4 3 并使溶液酸性增强 其过程如下 1 写出过程 a 的化学反应方程式 2 人们可利用特定的细菌 用 Fe2 SO4 3溶液作氧化剂溶解铜矿石 Cu 2S 得到透明的酸性溶液 再 向溶液中加入足量铁屑得到铜 请写出整个过程中的离子反应方程式 3 下列不属于 细菌冶金 的优点的是 填写字母 A 对贫矿 尾矿的开采更有价值 B 在细菌的作用下 副产物 FeSO4和 S 可再次被空气氧化为 Fe2 SO4 3和 H2SO4 Fe 2 SO4 3可循环使用 C 所用细菌来源广泛 很容易找到并大规模培养 D 能大大降低能源消耗 有利于减少污染 4 工业上可利用粗铜 含 Zn Ag Au 等 经电解制得精铜 电解铜 电解过程中 粗铜接电源 极 填 正 或 负 纯铜上的电极反应式为 铜冶炼方法小结 1 火法炼铜 主要反应为 2 湿法炼铜 Fe CuSO 4 Cu FeSO4 2Cu2O Cu2S 6Cu SO2 2CuFeS2 4O 2 Cu2S 2FeO 3SO 2 Cu2S 3O 2 2Cu2O 2SO2 9 3 电解精炼 电解时 以 CuSO 4 作电解液 粗铜为阳极 纯铜为阴极 课后训练题 1 氯化亚铜 CuCl 常用作有机合成工业中的催化剂 在空气中迅速被氧化成绿色 见光则分解 变成 褐色 如图是工业上用制作印刷电路的废液 含 Fe3 Cu 2 Fe 2 Cl 生产 CuCl 的流程 根据以上信息回答下列问题 1 生产过程中 X 的化学式为 2 写出产生 CuCl 的化学方程式 3 在 CuCl 的生成过程中理论上不需要补充 SO2气体 结合化学方程式和必要的文字说明理由 实际生产中 SO2要适当过量 原因可能是 答一点即可 4 实验探究 pH 对 CuCl 产率的影响如下表所示 pH 1 2 3 4 5 6 7 CuCl 产率 70 90 82 78 75 72 70 析出 CuCl 晶体最佳 pH 为 当 pH 较大时 CuCl 产率变低原因是 调节 pH 时 填 能 或 不能 用相同 pH 的硝酸代替硫酸 理由是 5 氯化亚铜的定量分析 称取样品 0 25g 和过量的 FeCl3溶液于锥形瓶中 充分溶解 用 0 10mol L 1 硫酸铈标准溶液滴定 已知 CuCl FeCl 3 CuCl 2 FeCl2 Fe 2 Ce4 Fe 3 Ce3 三次平 行实验结果如下 平行实验结果相差不能超过 1 平行实验次数 1 2 3 0 25g 样品消耗硫酸铈标准溶液的体积 mL 24 35 24 05 23 95 则样品中 CuCl 的纯度为 结果保留三位有效数字