本试题 “由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)可以冶炼得到粗铜,再经过电解精炼得到纯铜.(1)黄铜矿冶炼得到粗铜的一步反应为:8CuFeS2+21O2 高温 . 8Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO...” 主要考查您对氧化还原反应的本质和特征
氧化还原反应的定义
单质铜
氧化亚铜
氧化铜
氢氧化铜
电解精炼铜
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。
氧化还原反应的发展史:
对物质的认识存在发展的过程,从最初的隔离开的氧化反应、还原反应,到从表面上看化合价变化的氧化还原反应,把氧化与还原统一在一个概念下,再透过现象看本质,化合价的变化是有电子得失或偏移引起的。
氧化还原反应中应注意的几个问题:
1、氧化剂氧化性的强弱,不是看得电子的多少,而是看得电子的难易;
还原剂还原性的强弱,不是看失电子的多少,而是看失电子的难易。
eg:氧化性:浓HNO3>稀HNO3还原性:Na>Al
2、有新单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应 eg:C(金刚石)==C(石墨);3O2==2O3(放电);P4(白磷)==4P(红磷)
3、任何元素在化学反应中,从游离态变为化合态,或由化合态变为游离态,均发生氧化还原反应(比如置换反应,化合反应,分解反应)
4、置换反应一定是氧化还原反应,复分解反应一定不是氧化还原反应;有单质参加的化合反应和有单质生成的分解反应全部属于氧化还原反应。
5、元素具有最高价的化合物不一定具有强氧化性! eg.H3PO4、H2SiO3(或H4SiO4)两酸均无强氧化性但硝酸有强氧化性。
氧化还原的表示可用单线桥也可用双线桥:
一、双线桥法:
此法不仅能表示出电子转移的方向和总数,还能表示出元素化合价升降和氧化、还原关系。双线桥的箭头始于反应物有关元素的原子或离子,箭头指向发生化合价变化后生成物中对应元素的原子或离子或原子团。
标变价 明确标出所有发生氧化还原反应的元素的化合价,不变价的元素不标化合价。
连双线 将标化合价的同一元素用直线加箭头从反应物指向生成物(注意:箭头的起止一律对准各元素)
标得失 1.标电子转移或偏离数 明确标出得失电子数,格式为“得/失发生氧化还原反应原子个数×单位原子得失电子数”
2.标化合价变化 一律标出化合价的变化,只有“化合价升高”“化合价降低”这两种写法,不可写为“升价”“降价”等
3.标出元素反应类型 一律标出元素所发生的反应,“被氧化”或“被还原”,其余写法均不正确
4.检查得失电子守恒 检查得失电子数是否相等,如不相等则重新分析。
例如:
二、单线桥法:
在氧化还原反应中,有电子发生转移(得失或偏移),也就是在反应物中有元素电子发生得失或偏移,这时用一条带箭头的曲线从失去电子的元素指向得到电子的元素,并在“桥”上标出转移的电子数,这种表示方法叫单线桥法。
(1)标价态明确标明发生氧化还原反应的元素的化合价
(2)连单线连接方程式左边的氧化剂与还原剂,箭头一律指向氧化剂
(3)不注得失标出转移的电子的总数,这里不用像双线桥那样,仅需直接标出电子总数
例如:
注意事项:
(1)不得标明"得"或"失",否则是错的
(2)箭头表示电子转移的方向,指向氧化剂注意:为了规范起见,单线桥法最好不用于自身氧化还原的反应,因为那样标记会使反应中的电子去向不明确,故在自身氧化还原的反应方程式中最好用双线桥法表示电子转移。
氧化还原反应:
有电子转移(得失或偏移)的反应;(无电子转移(得失或偏移)的反应为非氧化还原反应)
反应历程:
氧化还原反应前后,元素的氧化数发生变化。根据氧化数的升高或降低,可以将氧化还原反应拆分成两个半反应:氧化数升高的半反应,称为氧化反应;氧化数降低的反应,称为还原反应。氧化反应与还原反应是相互依存的,不能独立存在,它们共同组成氧化还原反应。
氧化还原反应中存在以下一般规律:
强弱律:氧化性:氧化剂>氧化产物;
还原性:还原剂>还原产物。
价态律:元素处于最高价态,只具有氧化性;元素处于最低价态,只具有还原性;处于中间价态,既具氧化性,又具有还原性。
转化律:同种元素不同价态间发生归中反应时,元素的氧化数只接近而不交叉,最多达到同种价态。
优先律:对于同一氧化剂,当存在多种还原剂时,通常先和还原性最强的还原剂反应。守恒律:氧化剂得到电子的数目等于还原剂失去电子的数目。
氧化还原性的强弱判定:
物质的氧化性是指物质得电子的能力,还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力(与得失电子的数量无关)。从方程式与元素性质的角度,氧化性与还原性的有无与强弱可用以下几点判定:
(1)从元素所处的价态考虑,可初步分析物质所具备的性质(无法分析其强弱)。最高价态——只有氧化性,如H2SO4、KMnO4中的S、Mn元素;最低价态,只有还原性,如Cl-、S2-等;中间价态——既有氧化性又有还原性,如Fe、S、SO2等。
(2)根据氧化还原的方向判断:氧化性:氧化剂>氧化产物;还原性:还原剂>还原产物。
(3)根据反应条件判断:当不同的氧化剂与同一种还原剂反应时,如氧化产物中元素的价态相同,可根据反应条件的高、低进行判断,如是否需要加热,是否需要酸性条件,浓度大小等等。
电子的得失过程:
其过程用核外电子排布变化情况可表示为:
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Cl2 Br2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。
氧化亚铜:
氧化亚铜为红色或砖红色八面立方晶系结晶性粉末。相对密度6.0,熔点1235℃。在1800℃失去氧。不溶于水和醇,溶于盐酸、氯化铵、氨水,微溶于硝酸。
氧化亚铜的化学性质:
(1)溶于盐酸生成白色氯化亚铜结晶粉末。遇稀硫酸和稀硝酸生成铜盐。在空气中会迅速变蓝。能溶于浓碱、三氯化铁等溶液中。在湿空气中逐渐氧化成黑色氧化铜。
(2)不溶于水及有机溶剂,但可溶于浓氨溶液形成无色配合物[Cu(NH3)2]+,其在空气中被氧化为蓝色的[Cu(NH3)4(H2O)2]2+。氢卤酸反应,因生成络合物,不岐化成二价铜和铜,氧化亚铜氧化亚铜可溶于盐酸生成H[CuCl2](氯化亚铜的配合物),也可溶于硫酸及硝酸分别形成硫酸铜及硝酸铜。
知识点拨:
在酸性溶液中岐化为二价铜,说明在溶液中,二价铜离子的稳定性大于一价铜离子,例如氧化亚铜和硫酸反应,生成硫酸铜和铜。
氧化铜:
(1)物理性质:氧化铜是不溶于水的黑色固体(粉末),能溶于烯酸中,主要用于制造人造丝、陶瓷、釉、电池、杀虫剂,也用于制氢,做催化剂使用。
(2)化学性质:①氧化铜有金属氧化物的性质,常温下能与烯酸反应:CuO+2H+Cu2++H2O
②氧化铜具有氧化性,加热条件下可以与还原剂发生氧化还原反应:H2+CuOCu+H2O
③氧化铜在高温下可发生分解反应:4CuO2Cu2O+O2↑
(3)冶炼:一般通过加热分解Cu(OH)2的方式得到CuO,化学方程式为:Cu(OH)2CuO+H2O
注意: 溶液中的Cu2+常为蓝色(浓CuCl2溶液呈绿色,稀CuCl2溶液呈蓝色),其颜色可作为Cu2+的判断依据。Cu2+与碱发生反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2,其溶于氨水形成蓝色溶液。
氧化铜的特性:
气味 | 无味 |
颜色 | 黑色或者棕黑色 |
外观 | 无定形或结晶性粉末 |
性状 | 稍有吸湿性 |
相对质量 | 79.55 |
溶解性(水) | 不可溶 |
溶解度 | 不溶于水和乙醇,溶于酸、氯化铵及氰化钾溶液,氨溶液中缓慢溶解 |
稳定性 | 稳定 |
储存 | 密封干燥保存 |
用途 | 做有机反应的催化剂,制作人造丝和其他铜化合物等 |
氧化铜和氢氧化铜的性质比较:
名称
氧化铜
氢氧化铜
化学式
CuO
Cu(OH)2
物理性质
不溶水的黑色固体(粉末)
不溶于水的蓝色固体
化学性质
CuO+2H+Cu2++H2O
CuO+H2Cu+H2O
CuO+COCu+CO2Cu(OH)2+2H+Cu2++2H2O
Cu(OH)2CuO+H2O
Cu(OH)2+4NH3·H2OCu(NH3)4(OH)2+4H2O
制法
Cu(OH)2CuO+H2O
Cu2++2OH-Cu(OH)2↓
例题:铜在自然界存在于多种矿石中,如:黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石(CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题:
(1)、上表所列铜化合物中,铜的质量百分含量最高的是__Cu2S
)、工业上以黄铜矿为原料。采用火法熔炼工艺生产铜。改工艺的中间过程会发生反应:
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑,反应的氧化剂是Cu2S和Cu2O
(3)、二氧化硫尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是形成酸雨,会对植物和建筑物等造成严重危害;该尾气可得到有价值的化学品,写出其中1中酸和1中盐的名称硫酸、硫酸钠。
(4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质,需要进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的大批量:以硫酸铜-硫酸溶液为电解质。电解时,粗铜(阳极)中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液,不如铜活泼的金属沉入电解槽形成“阳极泥”;溶液中的Cu2+得到电子沉积在纯铜(阴极)上。
氧化铜与铜化合物之间的转换图:
需要记住这些单质、化合物的颜色和状态,可以做为实验题的切入点。
知识扩展:
溶液中的Cu2+常为蓝色(浓CuCl2溶液呈绿色,稀CuCl2溶液呈蓝色),其颜色可作为Cu2+的判断依据。Cu2+与碱发生反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2,其溶于氨水形成蓝色溶液。
反应方程为:CuCl2+2NaOHCu(OH)2↓+2NaCl;Cu(OH)2+4NH3·H2OCu(NH3)4(OH)2+4H2O
氢氧化铜:
化学式Cu(OH)2,淡蓝色粉末状晶体,密度3.368g/cm3。难溶于水。受热易分解为氧化铜和水。微显两性,既溶于酸又溶于氨水和浓碱溶液。
氢氧化铜的物理性质和化学性质:
1.物理性质:不溶于水的蓝色固体
2.化学性质:Cu(OH)2+2H+==Cu2++2H2O;Cu(OH)2CuO+H2O;Cu(OH)2+4NH3·H2O==Cu(NH3)4(OH)2+4H2O
知识点拨:
溶液中的Cu2+常为蓝色(浓CuCl2溶液呈绿色,稀CuCl2溶液呈蓝色),其颜色可作为Cu2+的判定依据。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。
精炼铜:
(1)要求
(2)反应原理如下图所示:
与“由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)可以冶炼得到粗铜,再经过电解...”考查相似的试题有: