1、用途广泛的金属材料铜及其重要化合物(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列有关说法中,正确的是()。普通钢较纯铁不易生锈冶炼铝和钠都可以用电解法KSCN溶液可以检验Fe3+缺钙会引起骨质疏松,缺铁会引起贫血青铜、不锈钢、硬铝都是合金A.B.C.D.答案:B解析:钢中含有碳等杂质容易形成原电池,腐蚀比纯铁快,错误;冶炼铝和钠都是用电解法,正确;铁离子遇到硫氰化钾显红色,正确;钙是组成骨骼的重要元素,缺钙会引起骨质疏松,血红蛋白中含有铁元素,缺铁会引起缺铁性贫血,正确;青铜为铜锡等形成的合金,不锈钢为铁镍等形成的合金
2、,硬铝为镁铝等形成的合金,正确。2.化学美无处不在,如图是物质间发生化学反应的颜色变化,其中物质a、b、c、d对应的物质正确的是()。选项物质a物质b物质c物质dACu2(OH)2CO3Ba(OH)2Fe(OH)3酚酞溶液BCuONaAl(OH)4Fe2O3紫色石蕊溶液CCu2OBaCl2Fe2O3和Cu酚酞溶液DCu(OH)2Ba(NO3)2Fe(OH)2紫色石蕊溶液答案:D解析:稀硫酸与Fe(OH)3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色,稀硫酸遇酚酞溶液显无色,A项错误、C项错误;稀硫酸与Fe2O3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色,B项错误;稀硫酸与Cu(OH)2反应得到的CuSO
3、4溶液呈蓝色,稀硫酸与Ba(NO3)2反应得到的BaSO4是白色沉淀,稀硫酸与Fe(OH)2反应得到的FeSO4溶液呈浅绿色,稀硫酸遇紫色石蕊溶液变红,D项正确。3.(2020全国)北宋沈括梦溪笔谈中记载:“信州铅山有苦泉,流以为涧。挹其水熬之则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”。下列有关叙述错误的是()。A.胆矾的化学式为CuSO4B.胆矾可作为湿法冶铜的原料C.“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程D.“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”是发生了置换反应答案:A解析:胆矾的化学式为CuSO45H2O,A项错误;湿法冶铜是用铁与CuSO4溶液反应置换出铜:Fe+CuSO4Cu+FeSO4,B、
4、D项正确;“熬之则成胆矾”是利用蒸发浓缩、冷却结晶,产生CuSO45H2O晶体,C项正确。4.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MgB.在通电条件下,电解熔融Al2O3制备单质AlC.在通电条件下,电解饱和食盐水制备单质NaD.加强热,使CuO在高温条件下分解制备单质Cu答案:B解析:不能用H2还原MgO制备Mg,而应该用电解熔融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。5.粗制的CuSO45H2O晶体中含有Fe2+。提纯时,为了除去Fe2+,常加入少量H2O2溶液,然后再加入少量碱至溶液
5、pH=4,即可以除去铁离子而不损失硫酸铜。下列说法不正确的是()。A.溶解CuSO45H2O晶体时要加入少量稀硫酸B.加入H2O2溶液,除Fe2+的离子方程式:2Fe2+H2O2+4OH-2Fe(OH)3C.由于CuSO4的催化作用,会使部分H2O2分解而损失D.调溶液pH=4的依据是当pH=4时Fe(OH)3沉淀完全,而Cu(OH)2还未开始沉淀答案:B解析:硫酸铜溶解后生成的铜离子会发生水解反应生成氢氧化铜和硫酸,所以加入少量的稀硫酸可抑制铜离子的水解,A项正确;因为氧化亚铁离子时,溶液为酸性,在酸性条件下,溶液中不存在大量的OH-,故反应物中不应有OH-,B项错误;铜离子对过氧化氢的分解
6、具有催化作用,所以使部分过氧化氢损失,C项正确;因为加碱至溶液pH=4的目的是除去铁离子而硫酸铜不损失,所以调节溶液的pH=4时,氢氧化铁完全沉淀而氢氧化铜还未沉淀,D项正确。6.已知酸性条件下有如下反应:2Cu+Cu2+Cu,由于反应温度不同,用氢气还原氧化铜时,可能产生Cu或Cu2O,两者都是红色固体。一位同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证,实验操作和实验现象记录如下:加入试剂稀硫酸浓硫酸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和蓝色溶液红棕色气体和绿色溶液由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是()。A.CuB.Cu2OC.一定有Cu,可能有Cu2O
7、D.一定有Cu2O,可能有Cu答案:D解析:根据题中信息,由向红色固体中加入稀硫酸得到红色固体和蓝色溶液可推出原红色固体里一定有Cu2O;溶液中的红色固体铜,可能是原来固体中含有铜,也可能是由Cu2O与硫酸反应生成的。7.某化学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如下图所示。下列有关说法正确的是()。A.实验中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,说明稀硝酸被Cu还原为NO2B.实验中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强C.实验发生反应的化学方程式为3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO+4H2OD.由上述实验可得出结论:Cu在常温下既
8、可以与稀硝酸反应,也可以与稀硫酸反应答案:C解析:A项,Cu与稀硝酸反应生成NO,在试管口遇到O2而生成NO2,故A错误;B项,加稀硫酸提供了H+,NO3-在酸性环境下与Cu反应,故B错误、C正确;D项,Cu在常温下与稀硝酸反应,不与稀硫酸反应,故D错误。8.CuSO4是一种重要的化工原料,有关制备途径及性质如图所示。下列说法错误的是()。A.途径所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为32B.相对于途径,途径更好地体现了绿色化学思想C.生成等量的硫酸铜,三个途径中参加反应的硫酸的物质的量:=D.利用途径制备16 g硫酸铜,被还原的硫酸的物质的量为0.1 mol答案:D解析:Cu与混酸
9、反应,3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,离子反应为3Cu+8H+2NO3-3Cu2+2NO+4H2O,从方程式知,硝酸根离子由硝酸提供,氢离子由硝酸和硫酸提供,所以硝酸为2mol时,硫酸为3mol,则混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为32,A项正确;相对于途径,途径的优点:制取等质量的胆矾需要的硫酸少、无污染性气体产生,B项正确;生成等量的硫酸铜,三个途径中参加反应的硫酸的物质的量相等,而生成SO2,消耗更多的硫酸,则=,C项正确;途径中硫酸只表现为酸性,没有被还原,D项错误。9.用无机矿物资源生产部分材料,获得产品的流程示意图如下:下列有关说法不正确的是
10、()。A.生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应B.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极C.黄铜矿冶炼铜时,SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料D.用粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法答案:A解析:这是一道综合性的化工生产流程题,涉及电解法制铝、黄铜矿炼铜、石英制硅等。Al2O3Al、黄铜矿(CuFeS2)Cu、石英(SiO2)Si都涉及了氧化还原反应。石灰石、纯碱、石英制玻璃主要发生的反应为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2,此过程未发生氧化还原反应,故A不正确。10.某混合物X由Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO
11、2中的一种或几种物质组成。进行如下实验:9.4 g X6.4 g固体蓝色溶液和1.92 g固体下列有关说法正确的是()。A.步骤中减少的3 g固体一定是混合物B.步骤中质量减少的物质一定是CuC.根据步骤、可以判断混合物X的成分为Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2D.根据步骤可以得出,m(Fe2O3)m(Cu)=11答案:D解析:步骤中,加入过量NaOH溶液固体质量减少了3g,溶解的是Al2O3和SiO2中的一种或两种,A、C错误;步骤中加入过量盐酸,Fe2O3溶解后又与Cu发生反应,故减少的固体是Fe2O3和Cu,B错误;步骤中发生的总反应为Fe2O3+Cu+6HCl2FeCl2+CuC
12、l2+3H2O,溶解的固体(6.4g-1.92g=4.48g)中,参与反应的Fe2O3和Cu的物质的量相等,均为0.02mol,又因为盐酸过量,Fe2O3完全溶解,剩余的1.92g固体为Cu,即剩余0.03molCu,可计算出Fe2O3和Cu的质量相等,均为3.2g,D正确。二、非选择题(本题共3个小题,共50分)11.(14分)合金在生产生活中的应用日趋广泛。(1)镁合金被用于制造笔记本电脑外壳、竞赛自行车车架等,是由于镁合金具有等优异性能。(2)测定某镁铝合金中镁的质量分数。称取一定质量的样品放入NaOH溶液中,发生反应的离子方程式是。另称取一定质量的样品放入500 mL稀硫酸中,固体全部
13、溶解并产生气体。待反应完全后,向所得溶液中加入NaOH溶液,生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图(生成沉淀阶段的图像斜率视为恒定)。则合金中Al的质量为g,NaOH溶液的物质的量浓度为molL-1。(3)有一种镁铝合金(Mg17Al12)是贮氢材料,该合金在一定条件下完全吸氢的化学方程式为Mg17Al12+17H217MgH2+12Al。得到的混合物在6.0 molL-1的盐酸中能完全释放出H2。1 mol Mg17Al12完全吸氢后得到的混合物与上述盐酸完全反应,释放出H2的物质的量为(要求列出计算过程)。答案:(1)强度大、密度小、散热性好、消震性好(答案合理即可)(2)2A
14、l+2OH-+2H2O2AlO2-+3H25.45(3)Mg17Al12+70HCl17MgCl2+12AlCl3+35H21 mol35 moln(H2)=35 mol+17 mol=52 mol解析:(2)镁不与NaOH溶液反应,铝能与NaOH溶液反应生成NaAlO2,离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2。由图可知,生成沉淀的总物质的量为0.35mol,其中Mg(OH)2的物质的量为0.15mol,在加入(240-200)mLNaOH溶液时,氢氧化铝溶解,发生反应Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,氢氧化铝的物质的量为0.2mol,合金中Al的质量为5.4g,
15、40mLNaOH溶液中NaOH的物质的量为0.2mol,所以NaOH溶液的物质的量浓度为0.2mol0.04L=5molL-1。12.(18分)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Cu(OH)2是否和Al(OH)3一样具有两性,除选择Cu(OH)2外,必须选用的试剂为(填字母)。A.氨水B.氢氧化钠溶液C.稀硫酸D.冰醋酸(2)为探究不同价态铜的稳定性,进行如下实验:将CuO粉末加热至1 000 以上完全分解成红色的Cu2O粉末,该实验说明:在高温条件下,+1价Cu比+2价Cu更(填“稳定”或“不稳定”)。向Cu2O中加适量稀硫酸,得到蓝色溶液和一种红
16、色固体,该反应的离子方程式为,由此可知,在酸性溶液中,+1价Cu比+2价Cu更(填“稳定”或“不稳定”)。(3)为了探究氨气能否和氢气一样还原CuO,他根据所提供的下列装置进行实验(夹持装置未画出),装置A产生氨气,按气流方向连接各仪器接口,顺序为ah。实验开始时,打开分液漏斗的活塞K,发现浓氨水没有滴下,如果各装置中导管均没有堵塞,则可能的原因是。实验结束后,装置B中固体由黑色变为红色,装置E中收集到无色无味的气体,在空气中无颜色变化,点燃的镁条可以在其中燃烧,则B装置中发生反应的化学方程式为。装置C中的球形装置的作用是。答案:(1)BC(2)稳定Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O不稳定(
17、3)gfbcde没有将分液漏斗上部的玻璃塞打开或没有使分液漏斗上部的玻璃塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗口上的小孔3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O防倒吸解析:(1)证明Al(OH)3呈两性的试剂是强酸溶液和强碱溶液,因此要想证明Cu(OH)2呈两性,也必须选强酸溶液和强碱溶液,稀硫酸和氢氧化钠溶液可选取;氨水是弱碱溶液,冰醋酸是弱酸,均不能选择。(2)物质都有由不稳定状态转化为稳定状态的倾向,所以根据CuO粉末加热至1000以上完全分解成红色的Cu2O粉末可知,在高温条件下,+1价Cu比+2价Cu更稳定。向Cu2O中加适量稀硫酸,得到蓝色溶液和一种红色固体,这说明氧化亚铜与稀硫酸反应生成的
18、是硫酸铜、水和单质铜,因此该反应的离子方程式为Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O,这说明在酸性溶液中,+1价Cu比+2价Cu更不稳定。(3)A装置是制备氨气的,生成的氨气中含有水蒸气,需要通过碱石灰干燥。因为氨气极易溶于水,对过量的氨气在进行尾气处理时需要防止倒吸,所以正确的连接顺序是agfbcdeh。由于反应中有氨气生成,烧瓶内压强大,导致氨水不能滴下,即可能的原因是没有将分液漏斗上部的玻璃塞打开或没有使分液漏斗上部的玻璃塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗口上的小孔。实验结束后,装置B中固体由黑色变为红色,这说明有单质铜生成。装置E中收集到无色无味的气体,在空气中无颜色变化,点燃的镁条可以在其中
19、燃烧,因此该气体应该是氮气,所以B装置中发生反应的化学方程式为3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。由于氨气极易溶于水,直接通入水中吸收,容易倒吸,所以装置C中的球形装置的作用是防倒吸。13.(18分)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到铜矿石的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:回答下列问题:(1)反应是将Cu转化为Cu(NH3)42+,反应中H2O2的作用是。写出操作的名称:。(2)反应是铜氨溶液中的Cu(NH3)42+与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:。操作用到的主要仪器名
20、称为,其目的是(填字母)。a.富集铜元素b.使铜元素与水溶液中的物质分离c.增加Cu2+在水中的溶解度(3)反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。若操作使用右图装置,图中存在的错误是。(4)操作以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是。操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是。(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是。循环使用的NH4Cl在反应中的主要作用是。答案:(1)作氧化剂过滤(2)Cu(NH3)42+2RH2NH4+2NH3+CuR2分液漏斗ab(3)RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多(4)O2、H2SO4加热浓缩、冷却结
21、晶、过滤(5)H2SO4防止由于溶液中c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀解析:(1)H2O2具有氧化性,可将Cu氧化为Cu2+;经操作后固、液分开,故操作为过滤。(2)由提示可知发生反应:Cu(NH3)42+2RHCuR2+2NH3+2NH4+。操作为分液,主要用到分液漏斗。分液目的是a和b。(3)CuR2与H2SO4反应生成CuSO4和RH。操作对应图示中的错误有:液体过多,不利于充分萃取;分液漏斗尖端未紧贴烧杯内壁,会使液体溅出。(4)电解CuSO4溶液时,阳极附近OH-放电,生成H2SO4和O2。由稀溶液获得晶体的实验步骤为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(5)结合流程图可知第三处可循环利用的物质为H2SO4。反应中利用NH4Cl溶液的酸性,控制反应环境的酸碱性。