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銅的獲取及應用 (時間：45分鐘) [基礎過關題] 1．金屬材料在日常生活以及生產中有著廣泛的應用。下列關于金屬的一些說法不正確的是 (　　) A．合金的性質與其成分金屬的性質不完全相同 B．工業(yè)上金屬Mg、Cu都是用熱還原法制得的 C．金屬冶煉的本質是金屬陽離子得到電子變成金屬原子 D．越活潑的金屬越難冶煉 解析　合金的化學性質與成分金屬的化學性質相似，物理性質略有不同，A正確；Mg在工業(yè)上用電解法冶煉，Cu用熱還原法冶煉，B錯誤；金屬冶煉的實質是Mn＋＋ne－===M，C正確；金屬越活潑，則金屬離子的氧化性越弱，越難被還原，D正確。 答案　B 2．下列關于金屬的冶煉方法敘述不正確的是 (　　) 金屬 存在形式 冶煉方法 A 金 游離態(tài) 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分離 B 銀 化合態(tài) 銀的金屬性弱，用加熱Ag2O的方法冶煉 C 鐵 化合態(tài) 鋁的金屬性比鐵強，可用鋁熱法煉鐵 D 鈉 化合態(tài) 鈉的金屬性強，一般還原劑很難將其還原出來，所以用電解飽和NaCl溶液的方法冶煉 解析　鈉一般是由電解熔融NaCl的方法來制取，而電解飽和食鹽水得到的是NaOH、H2和Cl2。同時注意，此題易誤選C，一般認為鐵是由CO還原Fe2O3制得，但在實際生活中，在鐵軌焊接等方面時，是用鋁熱反應來制取的。 答案　D 3．在電子工業(yè)中，制印刷電路時，常用氯化鐵溶液作為銅的腐蝕液，該過程發(fā)生的反應為：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。該反應利用了銅的 (　　) A．氧化性 B．還原性 C．導電性 D．導熱性 解析　在反應2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2中，銅的化合價由0價升高到＋2價，被氧化，做還原劑。 答案　B 4．氫氧化銅和堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]均可溶于鹽酸轉化為氯化銅。在高溫下這兩種化合物均能分解生成氧化銅。溶解25.25 g的上述混合物，恰好消耗1.0 molL－1鹽酸500 mL。灼燒等量的上述混合物，得到的氧化銅質量為(　　) A．15 g B．20 g C．30 g D．35 g 解析　CuCl2～CuO～2HCl可知 n(CuO)＝1.0 mol/L0.5 L＝0.25 mol m(CuO)＝0.25 mol80 g/mol＝20 g。 答案　B 5．硝酸銅是一種重要的工業(yè)產品，化學上有很多方法可以制取硝酸銅：①將銅溶于硝酸中、②先將銅與O2反應生成CuO，再溶于硝酸中、③將銅溶于N2O4的乙酸乙酯(溶劑，不參加反應)溶液中生成硝酸銅和一氧化氮。下列認識或判斷錯誤的是 (　　) A．方法③是最經濟和環(huán)保的 B．方法①中，若從經濟和環(huán)保的角度考慮，用稀硝酸比用濃硝酸好 C．方法②需要消耗能源，對環(huán)境不產生污染 D．方法③中N2O4既是氧化劑又是還原劑 解析　①、③都生成污染性氣體，②不生成污染性氣體且HNO3全部轉化為Cu(NO3)2。 答案　A 6．CuSO4是一種重要的化工原料，其有關制備途徑及性質如下圖所示。下列說法正確的是 (　　) A．相對于途徑②，途徑①更好地體現了綠色化學思想 B．Y可以是葡萄糖溶液 C．X可能是SO2和SO3的混合氣體 D．將CuSO4溶液蒸發(fā)，利用余熱蒸干，可制得膽礬晶體 解析　途徑①中會產生有毒物質SO2而途徑②不會，A錯誤；CuSO4與過量NaOH溶液反應會生成新制Cu(OH)2懸濁液，葡萄糖溶液能還原新制Cu(OH)2懸濁液生成Cu2O，B正確；CuSO4熱分解過程中，銅元素價態(tài)降低，故必有化合價升高的元素，CuSO4中只有氧元素的化合價能升高，故X中必有O2，C錯誤；D項操作會導致開始得到的膽礬晶體失去結晶水，D錯誤。 答案　B [應試提升題] 7．某同學設計了如下實驗測量m g銅銀合金樣品中銅的質量分數： 下列說法中不正確的是 (　　) A．合金的熔點比其成分金屬低，通常比成分金屬具有更優(yōu)良的金屬特性 B．銅銀都能與稀硝酸反應，收集到的V L氣體可能全為NO C．操作Ⅰ是過濾，操作Ⅱ是洗滌，操作Ⅲ應是烘干 D．根據反應收集到的氣體體積可以計算銅和銀的質量分數 解析　解答本題要注意以下兩點：(1)沒有告訴硝酸的濃度，合金與硝酸反應放出的氣體中可能含有NO2；(2)W g固體應該是干燥純凈的AgCl，由此確定三步操作。 答案　D 8．已知酸性條件下有如下反應：2Cu＋Cu2＋＋Cu。由于反應溫度不同，用氫氣還原氧化銅時，可能產生Cu或Cu2O，兩者都是紅色固體。一同學對某次用氫氣還原氧化銅實驗所得的紅色固體產物做了驗證，實驗操作和實驗現象記錄如下： 加入試劑 稀硫酸 濃硫酸、 加熱 稀硝酸 濃硝酸 實驗現象 紅色固體和藍色溶液 無色氣體和藍色溶液 無色氣體和藍色溶液 紅棕色氣體和藍色溶液 由此推出本次氫氣還原氧化銅實驗的產物是 (　　) A．Cu B．Cu2O C．一定有Cu，可能有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu 解析　H2還原CuO生成紅色固體，可能是Cu和Cu2O中的一種或兩種，產物中加入稀H2SO4溶液變藍和得到紅色固體，證明產物中含Cu2O，在酸性條件下2Cu＋Cu2＋＋Cu，故不能證明產物中是否含有Cu。 答案　D 9．部分氧化的FeCu合金樣品(氧化產物為Fe2O3、CuO)共5.76 g，經如下處理： 下列說法正確的是 (　　) A．濾液A中的陽離子為Fe2＋、Fe3＋、H＋ B．樣品中Fe元素的質量為2.24 g C．樣品中CuO的質量為4.0 g D．V＝896 mL 解析　根據題意，3.2 g濾渣一定是銅，而銅與Fe3＋不共存，故A中無Fe3＋則A項錯誤；最后的3.2 g固體為Fe2O3，其中Fe元素的質量為2.24 g，B項正確；樣品中Cu元素和O元素共5.76 g－2.24 g＝3.52 g，則C項錯誤；2.24 g Fe元素不可能全是單質，故標準狀況下生成的H2的體積小于896 mL，D項錯誤。 答案　B 10．銅器長期暴露在潮濕空氣中，它的表層往往含有“銅綠”(堿式碳酸銅)，它受熱易分解。為了從銅綠中制得銅，并測定銅綠在混合物中質量分數，把銅綠樣品放在試管中，與通入的純凈氫氣在加熱條件下發(fā)生反應，實驗裝置如下圖。 請回答下列有關問題： (1)A處應選用下列裝置中的____________(填寫序號)(鐵架臺已省去)。選用的理由是___________________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)反應開始前，對整個實驗裝置必須進行的操作是_____________________；反應進行時，最好先__________________，反應完畢后，若不改變原裝置的連接，應先________________，再________________，這樣做的理由是________________，待試管冷卻后再________，實驗過程中觀察到試管底部的現象是__________________。 (3)要測定銅綠在混合物中的質量分數，除需知道樣品質量外還需測定的實驗數據是________________________________________。 解析　實驗原理是：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，CuO＋H2Cu＋H2O。(1)A處給固體加熱，又要用氫氣還原氧化銅，將兩個實驗合二為一，選擇丙；理由為：一是加熱固體有水生成，試管口必須向下傾斜；二是氫氣還原氧化銅，氫氣要通入試管底部，便于排盡裝置內空氣。(2)反應前除稱量樣品質量外，還要檢查裝置氣密性，稱量D(含氫氧化鈉溶液)質量。反應進行時，要先通氣，后加熱。反應完畢后，要先將B中的導氣管升高至離開液面，再熄滅酒精燈，以防止液體倒流。繼續(xù)通入氫氣至試管冷卻，防止赤熱銅被氧化生成氧化銅。實驗過程中可以觀察到：試管內固體由綠色變成黑色，最后變成亮紅色。(3)要測定樣品中銅綠質量分數，需要測定樣品質量，和D裝置實驗前和實驗后質量，D溶液凈增質量等于吸收的二氧化碳質量，根據二氧化碳質量求銅綠質量。注意：A 銅綠中含有銅，不能根據反應后銅的質量計算銅綠質量；B、加熱銅綠和氫氣還原氧化銅都產生水，故不能根據B、C增重質量，即反應生成水的質量來計算銅綠的質量分數。 答案　(1)丙　因反應有水生成，試管口應略向下傾斜，低于試管底部，防止冷凝水倒流到試管底部而使試管炸裂；通入氫氣的導管應通入試管底部，有利于排盡裝置內空氣　(2)稱量樣品質量，檢查裝置氣密性，稱量裝置D(含氫氧化鈉溶液)質量　通入氫氣后加熱　撤去導氣管　熄滅酒精燈　防止硫酸倒流　停止通氫氣　固體由綠色變成黑色，最后變成光亮的紅色 (3)實驗前后裝置D的質量 11．氧化鐵和氧化亞銅都是紅色粉末，常用作顏料。某校一化學實驗小組通過實驗來探究一紅色粉末是Fe2O3或Cu2O或二者混合物。探究過程如下： 查閱資料： Cu2O是一種堿性氧化物，溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4，在空氣中加熱生成CuO。 提出假設： 假設1：紅色粉末是Fe2O3。 假設2：紅色粉末是Cu2O。 假設3：紅色粉末是Fe2O3和Cu2O的混合物。 設計探究實驗： 取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中再滴加KSCN試劑。 (1)若假設1成立，則實驗現象是_____________________________。 (2)若滴加KSCN試劑后溶液不變血紅色，則證明原固體粉末中一定不含氧化鐵。你認為這種說法合理嗎？__________。簡述你的理由：(不需寫出反應的化學方程式)____________________________________________________。 (3)若固體粉末完全溶解無固體存在，滴加KSCN試劑時溶液不變血紅色，則證明原固體粉末是________，寫出發(fā)生反應的離子方程式________________ _________________________________________________。 解析　(1)Fe3＋可與SCN－生成血紅色物質。(2)不合理，若是兩者的混合物，因Cu2O可與稀硫酸作用生成Cu，Cu可將Fe3＋還原為Fe2＋，Fe2＋不能與SCN－反應生成血紅色絡合物。(3)結合(2)的分析可知粉末一定是兩者的混合物，否則若是Fe2O3，會出現血紅色；若是Cu2O一定有沉淀。 答案　(1)固體完全溶解，溶液呈血紅色 (2)不合理　當原固體粉末為Fe2O3和Cu2O的混合物時，加入稀H2SO4后產生的Fe3＋與Cu反應生成Fe2＋，滴加KSCN溶液后也不變血紅色 (3)Fe2O3和Cu2O的混合物　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O、2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 12．(金華聯考)某化學研究性學習小組設計實驗探究銅的常見化學性質，過程設計如下。 提出猜想 問題1：在周期表中，銅與鋁的位置很接近，銅不如鋁活潑，氫氧化鋁具有兩性，氫氧化銅也有兩性嗎？ 問題2：鐵和銅都有變價，一般情況下，正二價鐵的穩(wěn)定性小于正三價的鐵，正一價銅的穩(wěn)定性也小于正二價的銅嗎？ 問題3：氧化銅有氧化性，能被H2、CO還原，它也能被氮的某種氣態(tài)氫化物還原嗎？ 實驗探究 Ⅰ.解決問題1 (1)需用到的藥品除銅、鋁、1 molL－1 CuSO4溶液、稀H2SO4外還需________ ____________ (填試劑的化學式)溶液。 (2)配制1 molL－1 CuSO4溶液250 mL，選用的儀器除燒杯、托盤天平、玻璃棒、量筒、膠頭滴管外，還有______________________(填儀器名稱)。 (3)為達到實驗目的，你認為應進行哪些相關實驗？ 實驗內容和步驟： ①Cu與稀H2SO4反應； ②_____________________________________________________________ ________________________________________________________________； ③________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 Ⅱ.解決問題2 取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100 ℃得到黑色固體粉末；繼續(xù)加熱至1 000 ℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅；取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸(或鹽酸)，得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在。根據以上實驗現象回答問題。 (1)寫出氧化亞銅與稀硫酸(或鹽酸)反應的離子方程式： ________________________________________________________________。 (2)從實驗Ⅱ可得出的結論是________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 Ⅲ.解決問題3 設計如下裝置(夾持裝置未畫出)： 當氮的某種氣態(tài)氫化物(X)緩緩通過灼熱的氧化銅時，觀察到氧化銅由黑色變成了紅色，無水硫酸銅變成藍色，生成物中還有一種無污染的氣體Y；將X通入灼熱的CuO燃燒管完全反應后，消耗0.01 mol X，測得B裝置增重0.27 g，并收集到0.14 g單質氣體Y。 (1)研究小組同學驗證燃燒管生成的紅色物質是銅，你認為他們驗證的方法是__________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)X氣體的摩爾質量是________。 (3)C中發(fā)生反應的化學方程式為_____________________________________ _________________________________________________________________。 解析　Ⅰ.(1)驗證氫氧化銅具有兩性，也就是驗證其既能溶于酸溶液，又能溶于堿溶液，故還需NaOH溶液。(2)配制一定物質的量濃度的溶液，最重要的儀器就是容量瓶，注意容量瓶的規(guī)格必須是250 mL。(3)根據(1)的分析可知，進行本實驗需先制備Cu(OH)2，然后分別與稀硫酸、NaOH溶液反應。 Ⅱ.(1)根據信息，Cu＋在酸性溶液中不穩(wěn)定，可發(fā)生歧化反應，生成單質Cu和Cu2＋。結合氧化還原反應中得失電子守恒及原子守恒即可完成反應的離子方程式。 Ⅲ.(1)根據實驗Ⅱ的信息，可用稀硫酸(或鹽酸)驗證紅色物質是銅。因為銅不溶于稀硫酸，而氧化亞銅溶于稀硫酸，得到藍色溶液。(2)設X的化學式為NaHb，反應的化學方程式為CuO＋NaHb―→Cu＋H2O＋N2(未配平)。根據題意，NaHb、H2O、N2的物質的量分別為0.01 mol、0.015 mol、0.005 mol，三者物質的量之比為2∶3∶1。假定NaHb、H2O、N2的化學計量數分別為2、3、1，結合原子守恒將化學方程式配平可知a＝1、b＝3，故X為NH3，其摩爾質量為17 gmol－1。(3)根據(2)可寫出反應的化學方程式：2NH3＋3CuO3Cu＋3H2O＋N2。 答案?、?(1)NaOH　(2)250 mL容量瓶 (3)②用CuSO4溶液和NaOH溶液反應制Cu(OH)2 ③將Cu(OH)2分別與稀硫酸、NaOH溶液反應 Ⅱ.(1)Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O (2)80～100 ℃時，Cu2＋穩(wěn)定；1 000 ℃以上Cu＋穩(wěn)定；在酸性環(huán)境中Cu2＋穩(wěn)定，Cu＋不穩(wěn)定 Ⅲ.(1)將紅色物質置于稀硫酸中，若溶液不變藍，則說明紅色物質為Cu　 (2)17 gmol－1　(3)2NH3＋3CuO3Cu＋3H2O＋N2