第三章 金属及其化合物-铜及其化合物 合金 金属矿物的开发利用
1．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下列有关金属冶炼的说法正确的是( )
A．肯定发生的是置换反应
B．肯定发生的是氧化还原反应
C．只能用金属作还原剂冶炼金属
D．图K131表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于金属在地壳中的含量多少
图K131
2．[2015·河北石家庄模拟] 下列制备金属单质的方法或原理正确的是( )
A．在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg
B．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al
C．在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na
D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
3．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，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，观察有棕黄色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[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿
4．下列说法正确的是( )
A．金不溶于任何溶液
B．铜、锌在空气中、常温条件时均能被氧化成对应的氧化物
C．铜锌合金的熔点低于铜或锌的熔点
D.Cu的质子数和中子数之差为34
5．氢化亚铜(CuH)是一种不稳定的物质，能在氯气中燃烧，也能与酸反应。用CuSO4溶液和“某物质”在40～50 ℃时反应可生成CuH。下列叙述中错误的是 ( )
A．“某物质”具有还原性
B．CuH与盐酸反应可能产生H2
C．CuH与足量稀硝酸反应：CuH＋3H＋＋NO Cu2＋＋NO↑＋2H2O
D．CuH在氯气中燃烧：CuH＋Cl2 CuCl＋HCl
6．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质，铜粉溶解的是( )
①FeCl3 ②Fe2O3 ③Cu(NO3)2 ④KNO3
A．只有①或②
B．只有②或④
C．只有①或②或③
D．①②③④中任意一种
7．历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。
(1)金、银、铜常被作为钱币流通，从化学角度来看，主要是利用它们的________。
A．硬度适中
B．密度适中
C．在自然界里都可得到纯净的单质
D．不活泼性
(2)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量绿色锈状物的货币，这肯定是__________币，黑色物质是________，形成这种物质的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________________，
绿色物质是__________，形成这种物质的化学方程式为____________________________________________________________________________________，
这枚金属币的真面目为__________色。另外一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是__________币，表面一直未被氧化的原因是______________________________________________________________________。
(3)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。下列方法中能有效鉴别其真假的是________。
A．观察颜色
B．查看图案
C．用手掂量轻重
D．滴一滴硝酸在币的表面，观察现象
8．常温下，向含有H2SO4的CuSO4溶液中逐滴加入含a mol溶质的NaOH溶液，恰好使溶液的pH＝7，下列叙述错误的是( )
A．反应后溶液中c(Na＋)＝2c(SO)
B. mol＞沉淀的物质的量＞0
C．沉淀的质量为49a g
D．溶液中n(SO)＝ mol
9．[2015·云南曲靖二模] 部分氧化的FeCu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g，经如下处理：
图K132
下列说法正确的是( )
A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋
B．样品中Fe元素的质量为2.24 g
C．样品中CuO的质量为4.0 g
D．V＝896 mL
10．[2015·甘肃兰州模拟] 铜在自然界存在于多种矿石中，如
矿石名称
黄铜矿
斑铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题：
(1)上表所列铜化合物中，铜的质量分数最高的是______________(填化学式)。
(2)工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑，该反应的氧化剂是__________。
(3)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________(填字母)。
选项
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；有
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
铁比铜活泼
铆在铜板上的铁钉在潮湿的空气中不易生锈
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
11.现代社会中铜在电气、交通、机械和冶金、能源及石化工业、高科技等领域有广泛的应用。
(1)火法炼铜的主要流程有：
黄铜矿(CuFeS2)→冰铜→粗铜→精铜
①冰铜主要由Cu2S和FeS互相熔融形成：2CuFeS2＋O2===Cu2S＋2FeS＋SO2↑，若有1 mol O2参加反应，则反应中共有________mol电子转移。
②文献记载：粗铜移入反射炉，加入熔剂(石英砂)，通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。在杂质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原，得到的精铜约含铜99.7%。
写出重油的两个作用：__________________________________________________。
(2)如图K133所示是用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
图K133
①X电极的材料是__________，Y电极上的主要电极反应式为______________________________________________________________________。
②溶液中的c(Cu2＋)与电解前相比________(填“变大”“变小”或“不变”)。
12．信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4% Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
图K134
请回答下列问题：
(1)第①步得到滤渣1的主要成分为__________，第②步得到滤渣2的主要成分为__________。
(2)第②步加H2O2的作用是__________________________________________，
使用H2O2的优点是________________________________________________；
调溶液pH的目的是使__________生成沉淀。
(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是_______________________________________________________________________。
(4)探究小组用滴定法测定CuSO4·5H2O(Mr＝250)含量。取a g试样配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c mol·L－1 EDTA(H2Y2－)标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反应如下：Cu2＋＋H2Y2－CuY2－＋2H＋
写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式w＝__________________；
下列操作会导致CuSO4·5H2O含量的测定结果偏高的是________。
a．未干燥锥形瓶
b．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡
c．未除净可与EDTA反应的干扰离子
参考答案
1．B [解析] 金属的冶炼是将化合态的金属还原成金属单质，肯定是氧化还原反应；金属冶炼的方法有热分解法、热还原法和电解法，多数反应不是置换反应；还原法所用的还原剂有H2、CO、活泼金属等；金属的活动性越弱，越容易以游离态形式存在于自然界，金属阳离子的氧化性越强，越容易被还原为金属单质，因而冶炼越容易。
2．B [解析] Mg的活泼性强，不能用H2还原法制备Mg，而是用电解熔融MgCl2的方法制备，电解饱和食盐水得到NaOH而不是Na；CuO强热分解生成Cu2O而不是Cu。
3．D [解析] 铜与浓H2SO4反应后仍有大量浓H2SO4，不能把水加入到反应器中，否则会发生危险，A错误；Cu与Cl2常温下不反应，需要加热才能发生反应，B错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干CuCl2得不到无水CuCl2固体，C错误。
4．C [解析] 金能够溶于王水，A错误；铜在空气中被腐蚀生成铜锈，主要成分是Cu2(OH)2CO3，B错误；合金的熔点一般比成分金属的都低，C正确；Cu的质子数和中子数之差为(63－29)－29＝5，D错误。
5．D [解析] A项，用CuSO4溶液和“某物质”在40～50 ℃时反应可生成CuH，Cu元素由＋2价变为＋1价，则CuSO4作氧化剂，“某物质”为还原剂，表现出还原性；B项，CuH与盐酸发生氧化还原反应：2CuH＋4HCl2CuCl2＋3H2↑；C项，HNO3具有强氧化性，与CuH反应时，＋1价Cu、－1价H均被氧化成最高价态；D项，Cl2具有强氧化性，CuH具有强还原性，二者反应会生成CuCl2和HCl。
6．D [解析] Cu与Fe3＋作用：2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋，Fe2O3与稀H2SO4反应生成Fe3＋，故①、②能使铜粉溶解。H＋、NO具有强氧化性，能使铜粉溶解。
7．(1)D
(2)铜 氧化铜 2Cu＋O22CuO Cu2(OH)2CO3 2Cu＋O2＋CO2＋H2OCu2(OH)2CO3 红 金 金不活泼，不易被氧化
(3)D
[解析]
(1)金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此，在历史上都曾经用作货币。(2)铜稳定性略微差一些，容易与氧气、水蒸气等物质反应而“生锈”。金的化学性质最不活泼，在空气中更稳定。(3)有些假金币外形逼真，看上去也是“金光闪闪”，密度和真金币差不太多，手不太容易掂出来。假金币中的Zn、Cu均可与硝酸反应产生大量气泡，而Au不与硝酸反应。
8．C [解析] pH＝7时溶液中只有Na2SO4，故A、D对；沉淀是Cu(OH)2，若a mol NaOH全部与CuSO4反应，则生成的沉淀为 mol，而实际上NaOH还与硫酸反应，B对、C错。
9．B [解析] 根据题意，3.2 g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，则A项错误；最后的3.2 g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24 g，B正确；样品中Cu元素和O元素共5.76 g－2.24 g＝3.52 g，则C项错误；2.24 g Fe元素不可能全是单质，故生成的氢气的体积小于896 mL，D错误。
10．(1)Cu2S (2)Cu2S和Cu2O (3)AD
[解析] (1)依据四种矿石的化学式，可确定Cu2S中铜元素的质量分数最高。
(2)Cu2O与Cu2S的反应为
。
该反应中的氧化剂是Cu2O和Cu2S。
(3)铜与盐酸不反应而碱式碳酸铜与盐酸反应，A正确；铜表面不易形成致密氧化膜，但常温下铜与浓硫酸不反应，B错误；铁比铜活泼，Fe、Cu在潮湿空气中形成原电池时，铜作正极，受到保护，C错误；CuSO4溶液作游泳池消毒剂的原因是重金属盐使蛋白质变性，能杀菌消毒，D判断正确。
11．(1)①6 ②燃烧产生一氧化碳等还原性气体、燃烧放出热量为一氧化碳还原氧化亚铜提供条件
(2)①纯铜 Cu－2e－===Cu2＋ ②变小
[解析] (1)若有1 mol O2参加反应，得到4 mol电子，同时2 mol CuFeS2中的铜元素也得到2 mol电子，即反应中共有6 mol电子转移。
12．(1)Au、Pt Fe(OH)3和Al(OH)3
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ 不引入杂质，对环境无污染 Fe3＋、Al3＋
(3)加热脱水
(4)×100% c
[解析] (1)根据制备路线可知，Cu、Al、Fe、Au、Pt的混合物中加入稀H2SO4、浓硝酸，则可以将Cu、Al、Fe溶解，Au、Pt不溶解，所以滤渣1的主要成分为Au、Pt，滤液1中含有Cu、Fe、Al的离子。根据滤液2和CuSO4·5H2O可知，滤液2为CuSO4溶液，滤渣2中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。
(2)第②步操作中加H2O2的目的是将Fe2＋转化为Fe3＋，从而将Fe3＋转化为沉淀除去，防止对CuSO4晶体的制备产生干扰。H2O2的还原产物为H2O，不引入杂质，同时对环境没有污染，调节pH的目的是将Fe3＋和Al3＋转化为沉淀而除去。
(3)用CuSO4·5H2O制备无水CuSO4，只要除去结晶水即可。在加热过程中CuSO4发生水解，但是因为硫酸不挥发，所以最终得到的仍然是CuSO4，所以只要加热脱水即可。
(4)根据题意可知，Cu2＋～H2Y2－，发生反应的EDTA的物质的量为c mol·L－1× L，所以20 mL该溶液中含有的CuSO4的物质的量为c mol·L－1× L，样品中含有的CuSO4·5H2O的质量为(c mol·L－1× L×250 g·mol－1×5)，所以CuSO4·5H2O的质量分数为×100%。根据CuSO4·5H2O的质量分数表达式可知，未干燥锥形瓶，对CuSO4的物质的量的测定无影响，所以a无影响；滴定终点时滴定管的尖嘴部分产生气泡，则读出来的数值比实际消耗的EDTA溶液的体积小，即b值偏小，所以CuSO4·5H2O含量偏低；若未除净可与EDTA反应的离子，则消耗的EDTA溶液的体积偏大，即b值偏大，CuSO4·5H2O的含量偏高，c项正确。
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