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高中三年级化学

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    0.80g CuSO4·5H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示

    请回答下列问题:
    (1)试确定200℃时固体物质的化学式________________(要求写出推断过程);
    (2)取270°C所得样品,于570℃灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体,该反应的化学方程式为___________________________。把该黑色粉末溶解于稀硫酸中,经浓缩、冷却,有晶体析出,该晶体的化学式为___________,其存在的最高温度是_________;
    (3)上述氧化性气体与、水反应生成一种化合物,该化合物的浓溶液与Cu在加热时发生反应的化学方程式为_______________________________;
    (4)在0.10mol·L-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成,当溶液的pH=8时,c(Cu2+)=____________mol·L-1(Kap[Cu(OH)2]=2.2×10-20)。若在0.1mol·L-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,使Cu2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H+浓度是__________mol·L-1
    本题信息:2011年高考真题化学填空题难度一般 来源:刘平
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本试题 “0.80g CuSO4·5H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示请回答下列问题:(1)试确定200℃时固体物质的化学式________________(要求写...” 主要考查您对

单质铜

铜盐(二价铜)

(浓)硫酸

沉淀溶解平衡

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 单质铜
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  • 沉淀溶解平衡

铜元素:

在元素周期表中的位置:铜的原子序数29,位于周期表中第四周期,第IB族。
(1)物理性质:有金属光泽,紫红色固体,密度较大,导电导热性能很好,具有很好的延展性,铜属于重金属、有色金属、常见金属,不能被磁铁吸引。
(2)化学性质: 铜常见的化合价为+1价和+2价
①在加热条件下,铜可与多种非金属单质反应。一般来说,遇到氧化性较弱的非金属,铜显较低化合价;遇到氧化性较强的非金属,铜显较高化合价。例如:与强氧化剂反应(如ClBr2等)生成+2价铜的化合物。如:
Cu+Cl2CuCl2          2Cu+O22CuO
②铜与酸反应:铜只能被氧化性酸中的中心元素氧化。例如:

③铜与盐溶液反应:
Cu+2AgClCuCl2+2Ag



铜与铁的对比:

从金属活性顺序表:K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au可知,金属铁的金属活性比铜强,所以单质Fe可以从Cu的溶液中还原出单质来,例如: Fe+CuCl2FeCl2+Cu
即Fe的还原性强于Cu


铜与浓硫酸和稀硫酸的反应:

Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
2Cu+O2+2H2SO4(稀)2CuSO4+2H2O
注意:从金属活性顺序表:K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag Pt Au 可知,铜不能与稀硫酸发生反应,但是在有氧气和加热的条件下可以反应


铜与铜的化合物之间的转换图:




铜的制备和精炼:

(1)工业炼铜法:CuO+COCu+CO2
(2)湿法炼铜:Fe+CuSO4FeSO4+Cu
(3)高温炼铜:工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜):
2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣)
2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2
备注:粗铜中铜的的含量为99.5%-99.7%,主要含有Ag、Zn、Au等杂质,粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%-99.98%的铜,原理为用粗铜作阳极,失去电子变为Cu2+,用纯铜棒作阴极即可得精铜。


硫酸铜:

五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)为天蓝色晶体,水溶液呈弱酸性,俗名胆矾或蓝矾。硫酸铜是制备其他铜化合物的重要原料。同石灰乳混合可得波尔多液,用作杀菌剂。硫酸铜也是电解精炼铜时的电解液。


硫酸铜的物理性质和化学性质:

(1)物理性质:白色粉末状固体,不溶于乙醇和乙醚,易溶于水,水溶液呈蓝色,是强酸弱碱盐,水溶液呈弱酸性。将硫酸铜溶液浓缩结晶,可得五水硫酸铜蓝色晶体,俗称胆矾、铜矾或蓝矾。
(2)化学性质:
①二价铜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[Cu(NH3)4]2+,此性质可以检验Cu2+。无水硫酸铜遇水变成蓝色(CuSO4·5H2O),可作为水的检验的依据。
②胆矾在常温常压下很稳定,不潮解,在干燥的空气中会逐渐风化(),加热到45℃时失去2分子结晶水,110℃时失去4分子结晶水,150℃失去全部结晶水。将胆矾加热至650℃高温,可分解为黑色氧化铜、二氧化硫和氧气。
(3)Cu2+的化学性质:能被活泼金属将其从盐溶液中置换出来:例:Cu2++Fe==Cu+Fe2+


硫酸铜的用途和制法:

(1)用途:硫酸铜较重要的铜盐之一,在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛的应用。无机农药波尔多液就是硫酸铜和消石灰的混合液,是一种良好的杀菌剂,可防止多种作物的病害。硫酸铜也常用来制备其他铜的化合物和电解精炼铜的电解液。
(2)制法:五水合硫酸铜可由铜或氧化铜与硫酸作用后,浓缩结晶而制得。在实验室中可用浓硫酸氧化金属铜来制取无水硫酸铜。


硫酸:

硫酸的分子式:H2SO4;结构式:,H2SO4中硫元素为+6价,处于最 0 高价,具有氧化性,但只有浓H2SO4表现出强氧化性,而稀硫酸、硫酸盐巾的硫元素通常不表现氧化性。


硫酸的物理性质和化学性质:

1.硫酸的物理性质
纯硫酸是无色、黏稠的油状液体,密度大,沸点高,是一种难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水互溶.浓硫酸溶于水时放出大量的热。常见浓硫酸的质量分数为98.3%,其密度为 1.84g·cm-3,沸点为338℃,物质的量浓度为18.4mol·L-1.H2SO4的浓度越大,密度越大,若将30%的H2SO4溶液与10%的H2SO4溶液等体积混合,所得溶液的质量分数大于20%。
2.稀硫酸的化学性质
稀硫酸具有酸的通性。
(1)与指示剂作用:能使紫色石蕊试液变红。
(2)与碱发生中和反应

(3)与碱性氧化物或碱性气体反应

(4)与活泼金属发生置换反应

(5)与某些盐溶液反应

4.浓硫酸的特性
(1)吸水性将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大。这是因为浓硫酸具有吸水性,实验室里常利用浓硫酸作干燥剂。
浓硫酸不仅可以吸收空气中的水,还可吸收混在气体中的水蒸气、混在固体中的湿存水、结晶水合物中的部分结晶水。
浓H2SO4中的H2SO4分子可强烈地吸收游离的水分子形成一系列的硫酸水合物:。这些水合物很稳定,所以浓H2SO4可作某些不与其反应的气体、固体的干燥剂,同时不能暴露在空气中。能够用浓H2SO4干燥的气体有等酸性或中性气体,而具有还原性的气体和碱性气体NH3则不能用浓H2SO4干燥。另外在酯化反应中,如中,浓H2SO4作催化剂和吸水剂。
(2)脱水性指浓H2SO4将有机物里的氧、氧元素按原子个数比2:1脱去生成水的性质。浓H2SO4从有机物中脱下来的是氢、氧元素的原子,不是水,脱下来的氢、氧元素的原子按2:1的比例结合成H2O;对于分子中所含氢、氧原子个数比为2:l的有机物(如蔗糖、纤维素等),浓H2SO4可使其炭化变黑,如:

(3)强氧化性常温下,Fe、Al遇浓H2SO4会发生钝化。但热的浓 H2SO4能氧化大多数金属(除金、铂外)、某些非金属单质及一些还原性化合物。如:

在这些氧化还原反应中,浓硫酸的还原产物一般为SO2。


浓、稀硫酸的比较与鉴别:

1.比较

稀硫酸—弱氧化性—可与活泼金属反应,生成H2—氧化性由H+体现。
浓硫酸——强氧化性——加热时可与绝大多数金属和某些非金属反应,通常生成SO2——氧化性由体现。
2.鉴别
从浓H2SO4和稀H2SO4性质的差异人手,可知鉴别浓H2SO4和稀H2SO4的方法有多种。
方法一:取少量蒸馏水,向其中加入少量试样硫酸,如能放出大量热则为浓H2SO4,反之则为稀H2SO4。
方法二:观察状态,浓H2SO4呈黏稠状,而稀H2SO4为黏稠度较小的溶液。
方法三:用手掂掂分量,因为浓H2SO4的密度较大 (1.84g·cm-3,相同体积的浓H2SO4和稀H2SO4,浓H2SO4的质量比稀H2SO4大很多。
方法四:取少量试样,向其中投入铁片,若产生气体,则为稀H2SO4,;若无明显现象(钝化),则为浓H2SO4。
方法五:用玻璃棒蘸取试样在纸上写字,立即变黑 (浓H2SO4的脱水性)者为浓H2SO4,另一种为稀H2SO4。
方法六:取少量试样,分别投入一小块铜片,稍加热发生反应的(有气泡产生)为浓H2SO4。(浓H2SO4的强氧化性),无现象的是稀H2SO4.


硫酸的用途及使用:

 (1)用途硫酸是化学工业最黄要的产品之一,它的用途极广(如下图)。
 
①利用其酸性可制磷肥、氮肥,可除锈,可制实用价值较高的硫酸盐等。
②利用其吸水性,在实验室浓H2SO4常用作干燥剂。
③利用其脱水性,浓H2SO4常作精炼石油的脱水剂、有机反应的脱水剂等。
④利用浓H2SO4的高沸点和难挥发性,常用于制取各种挥发性酸。
⑤浓H2SO4常作有机反应的催化剂。
(2)浓硫酸的安全使用
①浓H2SO4的稀释稀释浓硫酸时应特别注意:将浓硫酸沿器壁慢慢地注入水中,并不断搅拌,使产生的热量迅速地扩散出去。切不可把水倒人浓硫酸里。两种液体混合时,要把密度大的加到密度小的液体中,如浓H2SO4、浓HNO3-混合酸的配制方法是把浓H2SO4沿器壁慢慢地注入浓HNO3中。
②万一不小心将浓硫酸溅到皮肤上、衣服上或桌面上,应分别怎样处理?
皮肤上:用干布迅速拭去,再用大量水冲洗,最后涂上3%~5%的碳酸氢钠溶液。
衣服上:用大量水冲洗。
桌面上:大量时,用适量。NaHCO3,溶液冲洗,后用水冲洗,再用抹布擦干;少量时用抹布擦即可。


沉淀溶解平衡:

1、定义:在一定条件下,当难容电解质的溶解速率与溶液中的有关离子重新生成沉淀的速率相等,此时溶液中存在的溶解和沉淀间的动态平衡,称为沉淀溶解平衡。
例如:

2、沉淀溶解平衡的特征:
(1)逆:沉淀溶解平衡是可逆过程。
(2)等:
(3)动:动态平衡,溶解的速率和沉淀的速率相等且不为零。
(4)定:达到平衡时,溶液中各离子的浓度保持不变,
(5)变:当外界条件改变时,溶解平衡将发生移动,达到新的平衡。
3、沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因:难溶电解质本身的性质。
(2)外因
a.浓度:加水稀释,沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,但不变。
b.温度:多数难溶电解质溶于水是吸热的,所以升高温度,沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,同时变大。
c.同离子效应:向沉淀溶解平衡体系中,加入含原体系中某离子的物质,平衡向沉淀生成的方向移动,但不变。
d.其他:向沉淀溶解平衡体系中,加入可与体系巾某些离子反应生成更难溶的物质或气体的物质,平衡向溶解的方向移动,不变。

沉淀溶解平衡的应用:

1.沉淀的生成
(1)意义:在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
(2)方法
a.调节pH法:如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使转变为沉淀而除去。
 
b.加沉淀剂法:如以等作沉淀剂,使某些金属离子如等生成极难溶的硫化物 等沉淀,也是分离、除杂常用的方法。

说明:化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于时即沉淀完全。
2.沉淀的溶解
(1)意义:在实际工作中,常常会遇到需要使难溶物质溶解的问题、根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去沉淀溶解平衡体系中的相应离子,使平衡就会向沉淀溶解的方向移动,使沉淀溶解。
(2)方法
a.生成弱电解质:加入适当的物质,使其与沉淀溶解平衡体系中的某离子反应生成弱电解质。如向沉淀中加入溶液,结合生成使的溶解平衡向右移动。
b.生成配合物:加入适当的物质,使其与沉淀反应生成配合物。
如:

c.氧化还原法:加入适当的物质,使其与沉淀发生氧化还原反应而使沉淀溶解。


d.沉淀转化溶解法:本法是将难溶物转化为能用上述三种方法之一溶解的沉淀,然后再溶解:
如向中加入饱和溶液使转化为再将溶于盐酸。
3.沉淀的转化
(1)实质:沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般来说,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。 例如
 
(2)沉淀转化在工业上的应用在工业废水处理的过程中,用FeS等难溶物作沉淀剂除去废水中的重金属离子.


固体物质的溶解度:

绝对不溶解的物质是不存在的,任何难溶物质的溶解度都不为零。不同的固体物质在水中的溶解度差别很大,可将物质进行如下分类:


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