铜及其重要化合物---一轮复习

第13讲 金属材料及金属矿物的开发利用

【考纲要求】

1.知道铜及其重要化合物的性质。 2.了解合金的概念及重要应用。

3.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。 4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用。 一、铜及其化合物 1.单质铜 (1)存在：

铜的化学活泼性较差，在自然界有游离单质存在，但主要以金属硫化物、砷化物、氯化物和碳酸盐的形式广泛分布，最常见的矿物有辉铜矿(Cu2S)、黄铜矿(CuFeS2)、孔雀石Cu2(OH)2CO3等。 (2)物理性质：

紫红色固体，质软，具有良好的延展性、导热性和导电性。

纯铜的导电性仅次于银，但比银便宜，所以当今世界一半以上的铜用于电力和电讯工业上。 (3)化学性质

①与非金属单质反应

在潮湿的空气在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3 △

铜在空气中加热：2Cu＋O2=====2CuO

点燃

与其他非金属的反应 Cu＋Cl2=====CuCl2

△△

2Cu＋S=====Cu2S 2Cu＋I2=====2CuI

通入O2时与盐酸反应 2Cu＋4HCl＋O2＝2CuCl2＋2H2O

△

②与氧化性酸反应： Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O

Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 记忆：一四浓，三八稀 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

③与盐溶液的反应 Cu＋2AgNO3＝Cu(NO3)2＋2Ag Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 (4)铜的冶炼

①湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

②高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：

800 ¡æ

2CuFeS2＋4O2=====Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣) 1 200 ¡æ

2Cu2S＋3O2=====2Cu2O＋2SO2

1 200 ¡æ

2Cu2O＋Cu2S=====6Cu＋SO2↑

粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。 ③生物炼铜：

“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。

生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。 2.铜的重要化合物

(1)Cu2(OH)2CO3

碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分， △

受热分解：Cu2(OH)2CO3=====2CuO＋CO2↑＋H2O

可溶于稀硫酸：Cu2(OH)2CO3＋4H===2Cu2＋CO2↑＋3H2O

＋

＋

(2) CuO和Cu(OH)2

物质 状态 化学 性质 氧化铜（CuO） 不溶于水的黑色固体 CuO+2H+=Cu2++H2O △CuO+H2=====Cu+H2O △CuO+CO=====Cu+CO2 制法 转化 注意： a.溶液中的Cu2+常为蓝色（浓CuCl2为绿色，稀CuCl2为蓝色），可作为Cu2+的判断依据。 b.Cu2+与碱反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2，Cu(OH)2溶于氨水形成深蓝色溶液，可以鉴定Cu2+。 Cu2++2NH3.H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+，Cu(OH)2+4NH3.H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O c.无水CuSO4遇水变为蓝色，生成CuSO4·5H2O，可作为水的检验依据。 (3)Cu2O

红色粉末，在非氧化性酸溶液中发生歧化反应，溶液变蓝，同时生成红色的单质铜： Cu2O＋2H===Cu＋Cu2＋H2O。

＋

＋

氢氧化铜Cu(OH)2 不溶于水的蓝色固体 Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O △Cu(OH)2=====CuO+H2O Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4](OH)2+4H2O Cu2++2OH=Cu(OH)2↓ －△Cu(OH)2=====CuO+H2O CuO+2H=Cu2+H2O ＋＋Cu2++2OH=Cu(OH)2↓ －高温

黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，4CuO=====2Cu2O＋O2↑。

Cu2S、CuS均为黑色粉末，难溶于水和非氧化性酸，能被等氧化性酸溶解。 熟记铜及其化合物的颜色

物质 Cu CuO Cu2O Cu2S 颜色 紫红色 黑色 砖红色 黑色 物质 CuSO4 CuSO4·5H2O Cu2(OH)2CO3 Cu(OH)2 颜色 白色 蓝色 绿色 蓝色 二、金属材料及合金概述

1.熟记金属活动性顺序

金属活动 性顺序 与O2反应 K、Ca、Na 常温下易被氧化，点燃生成过氧化物或其他复杂氧化物 与H2O 反应 与非氧化 性酸反应 与盐溶液 反应 自然界存在形态 再与盐反应 与热常温下生成碱和氢气 水 反应 生成盐和氢气 先与水反应，生成的碱有碱存在与水 反应 与高温水蒸气反应 不反应 常温生成氧化膜 加热化合 不反应 Mg Al、Zn Fe、Sn、 Pb(H) Cu、Hg、 Ag Pt、 Au 不反应 排在前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来 化合态(Fe有游离态) 游离态 2.合金 (1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。 (2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。

①熔点：一般比它的各成分金属的低； ②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。

注：合金属于混合物，金属与金属或金属与非金属形成合金时，一般认为没有发生化学反应，各成分的化学性质没有发生改变。 3.常见金属材料

黑色金属材料：铁、铬、锰及它们的合金铁（银锰是银白色的，铬是灰白色） 金属材料 有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金 重金属：密度大（〉4.5g/cm3） 按照比重分 轻金属：密度小（0.53～4.5g/cm3）

(1)重要的黑色金属材料——钢（是用量最大、用途最广的合金） 低碳钢：韧性、焊接性好，强度低 碳素钢 中碳钢：强度高，韧性及加工性好 钢 高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好

合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢

注意：钢是用量最大、用途最广的合金；

铜是人类使用最早的金属材料；

导电性：银铜铝

(2)几种有色金属材料 铝 性能：良好的延展性和导电性 用途：制导线

铝及其合金 铝合金 性能：密度小﹑强度高﹑塑性好﹑易于成型﹑制造工艺简单﹑成本低廉 用途：主要用于建筑业﹑容器和包装业﹑交通运输业﹑电子行业等 铜 性能：良好的导电性和导热性

铜及其合金 用途：主要用于电器和电子工业﹑建筑业

铝合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的还有黄铜和白铜

三、金属矿物的开发和利用 1.金属在自然界中存在的形态

除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。 2.金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋ne===M。

＋

－

3.金属冶炼的一般步骤

4.金属冶炼方法

选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活动性。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原；金属的位置越靠前，越难被还原。

K、Ca、Na 、Mg、Al｜Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu｜Hg、Ag｜Pt、Au

电解法 热还原（C、CO、H2、Al）热分解法 物理法

(1)电解法冶炼金属

电解电解

2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑ 电解

2Al2O3(熔融)冰晶石=====4Al＋3O2↑ (2)热还原法冶炼金属 C、CO、H2、Al 补充：铝热反应 1、本质：利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来。 2、操作： ①把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起，取出内层滤纸，在其底部剪一小孔（使熔融物易于落下）后用水润湿（防止滤纸燃烧），再套回原处，并架在铁圈上，下面放置一盛沙子的蒸发皿(防止溅落物炸裂蒸发皿）。 ②将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物上面加少量氯酸钾固体（助燃剂）， 中间插一根用砂纸打磨过的镁带（引燃剂）。 ③用然着的小木条点燃镁带，观察现象。 现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。 3、应用 （1）冶炼难熔的金属 （2）焊接钢轨等大截面钢材部件

(3)热分解法冶炼金属

△△

如：2HgO=====2Hg＋O2↑，2Ag2O=====4Ag＋O2↑

(4)化学性质很稳定的金属如Au、Pt等，在自然界中呈游离态，用物理方法即可得到。 (5)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，

850 ℃700～800 ℃

如：Na＋KCl=====K↑＋NaCl 2RbCl＋Mg========MgCl2＋2Rb↑等，

在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。