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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+、Cu2+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名称氧化铜氧化亚铜氢氧化铜颜色水溶性 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.CuSO4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.Cu2O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、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法 D.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al3.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0.1mol4.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①中铜丝可控制SO2的量 B.②中品红溶液褪色 C.③中石蕊溶液变红色 D.为确认CuSO4生成,向①中加水,观察溶液颜色5.下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是陈述Ⅰ陈述Ⅱ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Ⅰ对;Ⅱ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Ⅰ对;Ⅱ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Ⅰ对;Ⅱ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Ⅰ错;Ⅱ对;无6.氢氧化铜和碱式碳酸铜[Cu2(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Ⅰ: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Ⅱ: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Ⅲ: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Ⅰ、Ⅱ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1mol/L CuCl2溶液打磨过的铝片ⅰ. 红色物质附着于铝片表面ⅱ. 大量无色气体从红色物质表面逸出,放出大量的热ⅲ. 烧杯底部出现白色沉淀(1)现象ⅰ中的红色物质是 。(2)经检验现象ⅱ中的无色气体为氢气。 ①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 。 ②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。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。①步骤c的实验方案是 。②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。 ①丙猜测可能是Cu与CuCl2溶液反应生成了CuCl,因为Cu具有 性。 ②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Ⅱ: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:2Cu2+ +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: Ⅰ. 将光亮铜丝插入浓硫酸,加热;Ⅱ. 待产生黑色沉淀和气体时,抽出铜丝,停止加热;Ⅲ. 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:① 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。 ② 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。 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① 现象2说明黑色沉淀具有______性。② 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__________________________________________________。③ 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:Cu2O + 2HCl =CuCl2 + Cu + H2O,2Cu2O + O2 4CuO,2CuS+3O22CuO+2SO2 ,Cu2S+2O22CuO+SO2 。CuS、 Cu2S和稀HCl不反应。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: 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(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、Cu2O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。①若滴加KSCN试剂后溶液变红色,则证明原固体粉末中一定含 。②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? ③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 。④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。⑤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:甲方案:Cu稀硫酸CuSO4丙方案:CuCuSO4乙方案:Cu稀硫酸、少量FeSO4 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小时请回答有关问题:(1)甲方案可以用如图1所示制备 ①则烧瓶内反应的离子方程式 ;②图2是图1的改进装置,其优点有① ,②_________________ 。③为了节约原料,硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为,n(H2SO4):n(HNO3)= 。(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(CuSO4·5H2O) =250g/mol】。①该反应的化学反应方程式 ;②反应时温度控制在50℃~60℃,不宜过高的原因是 ;③本实验CuSO4·5H2O的产率为 。(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。 ①物质A可选用以下的 (填序号);A.CaO B.NaOH C.CuCO3 D.Cu2(OH)2CO3 E.Fe2(SO4)3 ②反应中加入少量FeSO4可加速铜的氧化,FeSO4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①中氧化铜与盐酸反应的离子万程式:___________________。(2)步骤②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+1.93.2 Cu2+4.76.7 Fe2+79步骤③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.(4)步骤④的操作是_____________________________,过滤、洗涤、干燥。为得到无水CuCl2,步骤⑤需在干燥的HCl气流中加热,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②操作②CuCl2·2H2O反应①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①SO2CuCl(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.NH3·H2O   c.CuO    d.CuSO4   (3)反应②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、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如下:⑴ 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⑵ 浸取反应中氧化剂的化学式为 ;滤渣Ⅰ的成分为MnO2、S和   (写化学式);⑶ 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   。⑷ “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   。⑸“沉锰”(除Mn2+)过程中反应的离子方程式____________ ____ _______ ___。⑹ 滤液Ⅱ经蒸发结晶得到的盐主要是  (写化学式)。16.蓝铜矿主要含有[Cux(OH)y(CO3)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:①称取3.46g样品于硬质玻璃管内,称量乙、丙装置的质量;②按如图所示装置组装好仪器,并检查装置的气密性;③加热甲中玻璃管,当乙瓶内不再有气泡产生时,停止加热;④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;⑤计算。步骤④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76.0060.00加热后76.1860.88(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(CuSO4·5H2O)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②试剂①蓝铜矿气体E溶液ASiO2溶液B沉淀D溶液C胆矾晶体酸溶过滤①溶液A中的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+,则实验中的试剂①可选用 (填字母)a.KMnO4 b.Cl2 c.H2O2 d.稀HNO3②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。③已知:金属离子(0.1mol·L—1)Fe3+Fe2+Cu2+PH氢氧化物开始沉淀1.486.344.67氢氧化物完全沉淀2.188.346.67加入试剂②CuO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(Cu2S),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,Fe2(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】Cu2S+3O2 2Cu2O+2SO22CuFeS2+4O2 Cu2S+2FeO+3SO21.火法炼铜 2Cu2O+ Cu2S 6Cu+SO2↑主要反应为2.湿法炼铜: Fe + CuSO4 =Cu + FeSO43.电解精炼:电解时,以 CuSO4 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+、Cu2+、Fe2+、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:pH1234567CuCl产率/%70908278757270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:①称取样品0.25g和过量的FeCl3溶液于锥形瓶中,充分溶解.②用0.10mol•L﹣1硫酸铈标准溶液滴定.已知:CuCl+FeCl3═CuCl2+FeCl2、Fe2++Ce4+═Fe3++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1230.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的体积(mL)24.3524.0523.95则样品中CuCl的纯度为  (结果保留三位有效数字).9
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