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第1页第5讲：铜及其化合物金属材料一、铜（Cu）1.位置：第四周期第ⅠB族2.存在：主要以+1与+2的化合物（矿石中）形式存在，亲硫元素少部分以游离态（青铜）存在3.原子结构示意图：如右图4.物理性质：颜色状态熔沸点延展性、导热性导电性紫红色固体较高良好良好(作导线)5.化学性质：可失去最外层的1个电子与次外层的1个电子（1）与非金属单质：①与O2：2Cu+O2△2CuO(铜与氧气加热反应时生成物具有多种)②与Cl2：Cu+Cl2△CuCl2（产生棕褐色烟，向产物中加水，形成蓝绿色溶液）③与S：2Cu+S△Cu2S（2）与潮湿空气：2Cu+O2+H2O+CO2Cu2(OH)2CO3(铜锈，也称铜绿，绿色固体)（铜生锈的原因）（3）与氧化性酸：①与浓H2SO4：Cu+2H2SO4(浓)△CuSO4+SO2↑+2H2O②与浓HNO3：Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O③与稀HNO3：3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O（4）与盐溶液反应：①与AgNO3溶液：Cu+2Ag+Cu2++2Ag②与FeCl3溶液：Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+（印刷电路板）注：这个反应只是说明铁离子具有氧化性铜具有还原性，与金属活动性顺序无关6.工业制取：（1）湿法炼铜：Fe+CuSO4FeSO4+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)①2CuFeS2+4O2800℃Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣)②2Cu2S+3O21200℃2Cu2O+2SO2③2Cu2O+Cu2S1200℃6Cu+SO2↑备注：粗铜中的铜含量为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高达99.95%~99.98%的铜（3）电解精炼：电解时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液阴极反应：Cu2++2e—Cu阳极反应：4OH——4e—2H2O+O2↑总反应：2Cu2++2H2O通电2Cu+4H++O2↑（4）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。优点：①成本低；②污染小；③反应条件简单；④含量(品味)很低的矿石也可以被利用二、铜的氧化物名称氧化铜氧化亚铜颜色黑色红色与酸反应H+CuO+2H+Cu2++H2OCu2O+2H+Cu2++Cu+H2O与H2反应CuO+H2△Cu+H2OCu2O+H2△2Cu+H2O转化关系4CuO高温2Cu2O+O2↑第2页三、铜的化合物1.氢氧化铜[Cu(OH)2]（1）物理性质：蓝色难溶于水的固体（2）化学性质及应用①不稳定性：Cu(OH)2△CuO+H2O②弱碱性：Cu(OH)2+2H+Cu2++2H2O③弱氧化性：新制氢氧化铜(斐林试剂)检验乙醛/葡萄糖中的醛基：2Cu(OH)2+CH3CHO△Cu2O↓+CH3COOH+2H2O2.五水合硫酸铜（CuSO4.5H2O）（1）物理性质：蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾（2）作用：用无水硫酸铜(白色固体)遇水固体颜色变蓝(生成CuSO4.5H2O)，用来检验水蒸气（3）不稳定性：受热分解成无水硫酸铜与水（4）用途：CuSO4与石灰乳的混合液即为无机农药波尔多液，是一种良好的杀菌剂，可以用来防治多种作物的病虫害3.碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]（又叫铜绿，孔雀石的主要成分）（1）物理性质：绿色粉末，难溶于水易溶于强酸溶液（2）化学性质：①受热分解：Cu2(OH)2CO3△2CuO+CO2↑+H2O②与强酸反应：Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2++3H2O+CO2↑四、含金属元素的化合物性质1.氢氧化物的溶解性：除常见的四大强碱[KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2]溶于水，其余大多数难溶于水2.氢氧化物的碱性：除四大强碱，大部分的均属于弱碱（Mg(OH)2属于中强碱），可用于这条性质检验金属阳离子3.氢氧化物的稳定性：除了四大强碱受热不易分解，其余大多数不稳定，受热易分解生成水和相应的氧化物4.氧化物与水反应：除了四大强碱可由对应的金属氧化物[K2O、Na2O、CaO、BaO]与水反应生成，过氧化物与水反应生成碱与氧气，其余金属氧化物大多数不与水反应5.金属元素的氧化物、氢氧化物与酸、碱反应（1）规律：几乎所有的金属元素的氧化物、氢氧化物均与强酸反应，生成盐和水，反应中没有化合价发生变化因此几乎全部的金属氧化物均为碱性氧化物，配平时金属阳离子所带的电荷数等于消耗氢离子的个数（2）特例：对于低价金属氧化物、氢氧化物（氧化亚铁、氢氧化亚铁等）与硝酸反应时，低价金属被氧化成高价金属，发生氧化还原反应6.氯化物水溶液蒸干（1）四大强碱对应的氯化物：蒸干后得到相应的氯化物（2）其他碱：加热过程中金属阳离子发生水解，平衡一直向右进行生成氢氧化物，加热到最后得到金属氧化物7.碳酸盐、碳酸氢盐（1）所有的碳酸氢盐受热均分解，生成正盐（2）可溶性碳酸盐受热均不分解[(NH4)2CO3除外]，不溶性碳酸盐受热均分解，生成金属氧化物和CO2，如：CaCO3高温CaO+CO2↑，MgCO3△MgO+CO2↑，CuCO3△CuO+CO2↑五、无机金属材料1.金属材料金属纯金属——铁、铜、铝等材料合金——锰钢、硬铝、黄铜、钛合金等2.合金（1）概念：由两种或两种以上的金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质（2）性质：①机械加工与抗腐蚀性能更好；②比组成它们的纯金属强度和硬度更大③比组成它们的纯金属熔点更低；④合金的优良性能满足人们许多特殊的需求，从有着比纯金属更广泛的用途第3页3.常见的金属材料分类黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金（1）钢钢是用量最大、用途最广的合金低碳钢：韧性、焊接性好，强度低钢碳素钢中碳钢：强度高，韧性及加工性好高碳钢：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，及各种特种钢生铁钢含碳量含碳量2%~4.3%之间的铁合金含碳量在0.03%~2%之间的铁合金其他元素硅、锰以及少量的硫和磷不锈钢中含有铬、镍等机械性能硬而脆，无韧性较硬，有良好的延展性和弹性，机械性能好（2）铜合金常见的铜合金主要包括：青铜、黄铜(铜锌合金)和白铜等六、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—M3.金属冶炼的一般步骤①富集：除杂→②冶炼：还原为金属单质→③精炼：提纯金属4.金属冶炼方法（1）热分解法特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差举例：2HgO△2Hg+O2↑；2Ag2O△4Hg+O2↑（2）热还原法特点：金属元素的金属性较强，金属元素的原子比较容易失去电子，其金属离子较难得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较好举例：a.焦炭还原法：高温还原ZnO、CuOC+2ZnO高温2Zn+CO2↑b.一氧化碳还原法：高温还原Fe2O3、CuO3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2c.氢气还原法：加热还原WO3、Fe3O43H2+WO3△W+3H2Od.活泼金属还原法：用活泼金属还原Cr2O3、V2O5等，制取熔点较高，活泼性低于Al的金属10Al+3V2O5高温5Al2O3+6V（3）电解法特点：金属元素的金属性强，金属元素的原子容易失去电子，其金属离子难得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性好举例：电解熔融状态下的金属化合物（优先选择氯化物，若氯化物为共价化合物，则选择氧化物）MgCl2（制取Mg用MgCl2是因为熔点低）Al2O3（制取Al用Al2O3是因为AlCl3熔融状态下不导电，且用冰晶石降低反应所需温度）NaCl（制取Na）2NaCl(熔融)通电2Na+Cl2↑第4页七、金属活动性顺序及其应用金属活动性顺序K、Ca、NaMgAl、ZnFe、Sn、Pb(H)Cu、Hg、AgPt、Au与O2反应常温下易氧化，点燃生成过氧化物常温生成氧化膜加热化合——不反应（能溶于王水）与H2O反应常温下生成碱和氢气与热水反应有碱存在下与水反应与水蒸气高温反应不反应(与氧化性酸反应)与H+反应生成盐和氢气与盐溶液反应与水反应，不与盐反应排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来自然界存在化合态化合态和少量游离态游离态冶炼方法电解法（电解熔融的盐、氧化物、氢氧化物）热还原法热分解法或其他方法备注：铜与铜的化合物框图：第5页