第四章 第16讲　铜及其化合物　金属材料及金属的冶炼讲义 （教师版）

第16讲　铜及其化合物　金属材料及金属的冶炼
1．了解铜单质及其重要化合物的性质、用途、制备原理及过程。2.了解合金的概念及金属材料的重要应用。3.能根据金属的活动性顺序选择合适的冶炼方法。
考点一　铜及其化合物
1．熟记铜及其常见化合物的颜色
物质 颜色 物质 颜色
Cu 紫红色 CuSO4 白色
CuO 黑色 CuSO4·5H2O 蓝色
Cu2O 砖红色 Cu2(OH)2CO3 绿色
Cu2S 黑色 Cu(OH)2 蓝色
2．铜及其重要化合物的性质及应用
(1)铜在潮湿的空气中生成铜锈[Cu2(OH)2CO3]：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3（填化学方程式）。
(2)常用灼热的铜粉除去N2中的O2，用灼热的CuO除去CO2中的CO。
(3)新制的Cu(OH)2常用来检验醛基。
(4)无水CuSO4遇水蒸气变为蓝色晶体(CuSO4·5H2O)，可用于检验H2O。
(5)过量的Cu和浓硝酸反应，得到NO2和NO的混合气体，再加入稀硫酸，Cu继续溶解。
(6)Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑＋2H2O，此反应中当Cu过量时，H2SO4也不能完全反应。此反应不适用于制备CuSO4，因为会产生污染性气体SO2且H2SO4的利用率低。
(7)Cu＋的性质
①＋1价铜有较强的还原性，易被氧化剂氧化为＋2价。
②＋1价铜在酸性条件下，易发生歧化反应生成Cu和Cu2+，如Cu2O加入稀硫酸的离子方程式：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O。
　正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀。(　√　)
(2)CuO是金属氧化物，与水反应生成Cu(OH)2。(　×　)
(3)CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。(　×　)
(4)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。(　×　)
(5)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。(　×　)
题组一　铜及其化合物的性质和应用
1．某研究小组通过实验探究Cu及其重要化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是(　D　)
A．将铜丝插入浓硫酸中加热，反应完后把水加入反应器中，观察硫酸铜溶液的颜色
B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成
C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体
D．将表面有铜绿的铜器放入稀盐酸中浸泡，除去铜绿
解析：A项，应将反应后的液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌，不符合题意；B项，应将铜丝在空气中加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中，不符合题意；C项，CuCl2水解生成的盐酸易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体，不符合题意。
2．（2024·江西赣州二十三校高三期中联考）铜元素的“价—类”二维图如图，下列有关说法正确的是(　C　)
A．a可直接转化为e
B．b转化为c一定需要另加还原剂
C．新制的e可用于检验葡萄糖中的醛基
D．直接加热f溶液一定可得到f固体
解析：由题图元素化合价和物质类别可推出：a为Cu，b为CuO，c为Cu2O，d为CuOH，e为Cu(OH)2，f为可溶性铜盐。Cu不可一步转化成Cu(OH)2，A错误；CuO加热条件下自身可分解为Cu2O，B错误；新制的Cu(OH)2可用于检验葡萄糖中的醛基，C正确；Cu2+会发生水解反应，加热CuCl2溶液时得不到CuCl2固体，D错误。
题组二　铜的重要化合物的制备
3．用CuCl2·2H2O制取无水CuCl2的实验装置如图所示。下列说法错误的是(　D　)
A.通入HCl可以抑制CuCl2的水解
B．先滴入浓硫酸，再点燃c处酒精灯
C．硬质玻璃管内部右侧会出现白雾
D．装置d中上层为苯，下层为NaOH溶液
解析：氯化铜水解反应为CuCl2＋2H2O Cu(OH)2＋2HCl，生成的HCl易挥发，通入HCl可以抑制CuCl2的水解，A正确；CuCl2·2H2O加热失去结晶水必须在HCl的气流中进行，所以先滴入浓硫酸产生HCl气体，使硬质玻璃管中充满HCl气体后再点燃c处酒精灯，B正确；硬质玻璃管内部右侧有生成的水蒸气和通入的HCl，由于HCl极易溶于水，会产生白雾，C正确；HCl极易溶于水，为了防止倒吸，d中下层应为有机溶剂，可以是四氯化碳，上层为氢氧化钠溶液，D错误。
4．（2024·安徽池州高三期末）用低品铜矿（主要含CuS、FeS）制备Cu2O的一种工艺流程如下：
下列说法正确的是(　C　)
A．“酸浸”过程中FeS发生反应的离子方程式为S2-＋4H＋＋MnO2===Mn2+＋S＋2H2O
B．“调pH”的目的是除去溶液中的Fe2+
C．使用Na2CO3溶液“除锰”时，锰渣中可能会含有少量Mn(OH)2
D．“还原”过程中参与反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1
解析：低品铜矿（主要含CuS、FeS）与稀硫酸、二氧化锰反应生成硫单质、硫酸铜、硫酸锰、硫酸铁等，调节溶液的pH，过滤后，向滤液中加入除锰的物质，再向溶液中加入水合肼得到氧化亚铜。FeS固体难溶于水不能拆成离子形式，2FeS＋12H＋＋3MnO2===2Fe3+＋2S＋6H2O＋3Mn2+，A项错误；“调pH”的目的是除去溶液中的Fe3+，B项错误；CO和Mn2+相互促进水解，生成少量Mn(OH)2，C项正确；水合肼中氮元素为－2价，最后变为0价，化合价升高2，铜元素从＋2价降为＋1价，化合价降低1，根据得失电子守恒，“还原”过程中氧化剂和还原剂的物质的量之比为4∶1，D项错误。
考点二　金属材料及金属的冶炼
1．重要的金属材料——合金
2．常见的金属材料
(1)金属材料分类
(2)几种常见的合金
④
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在
(2)金属冶炼的实质
金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程，即Mn＋＋ne－===M。
(3)金属冶炼的一般方法
冶炼方法 主要反应原理（举例）
热分解法 2HgO2Hg＋O2↑
2Ag2O4Ag＋O2↑
热还原法 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2（高炉炼铁）
WO3＋3H2W＋3H2O
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
电解法 2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑
MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑
2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑
　正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)合金材料中不可能含有非金属元素。(　×　)
(2)冶炼铝和钠都可以用电解法。(　√　)
(3)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应。(　×　)
(4)铜比铝先获得成功冶炼的原因是铜矿较易被还原，铝矿很难被还原。(　√　)
(5)工业电解熔融态的Al2O3制Al时，加冰晶石的主要作用是提高Al的产量。(　×　)
题组一　合金　金属材料
1．（2024·湖北鄂东南联盟期中）氢能汽车纷纷宣布入市，标志着新能源汽车即将进入“氢”时代。如图所示为某储氢合金的吸氢过程，已知储氢合金在吸氢时放出大量热，下列说法正确的是(　D　)
A.氢气以分子形式存在于储氢合金中
B．储氢合金在吸氢时体系能量升高
C．β相金属氢化物释放氢的过程中不破坏化学键
D．利用储氢合金可制备超高纯氢气
解析：氢气以金属氢化物的形式存在于储氢合金中，故A错误；储氢合金在吸氢时放出大量热，体系能量降低，故B错误；β相金属氢化物释放氢的过程中破坏化学键，故C错误；利用储氢合金的选择性吸收的特性，可制备超高纯氢气，故D正确。
2．“拟晶”是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是二十世纪发现的几百种拟晶之一。具有合金的某些优良物理性能。下列有关这种拟晶的说法正确的是(　C　)
A．Al65Cu23Fe12是一种化合物
B．Al65Cu23Fe12的硬度小于金属铁
C．Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料
D．1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子
解析：合金是混合物，A错误；拟晶具有合金的某些优良物理性能，合金的硬度一般比各成分金属大，B错误；Al65Cu23Fe12与海水可以构成原电池，会加速活泼金属的腐蚀，因此不可用作长期浸泡在海水中的材料，C正确；溶于过量的硝酸时，Al与Fe均变为＋3价，Cu变为＋2价，故1 mol Al65Cu23Fe12失电子的物质的量＝65 mol×3＋2×23 mol＋12 mol×3＝277 mol，D错误。
题组二　金属的冶炼
3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。下列对它们的冶炼对应方法的分析不正确的是(　B　)
A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—②
C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④
解析：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，故A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用活泼金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，故B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用活泼金属置换法冶炼金属，对应方法③，故C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，故D正确。
4．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出。……即倭铅也。”（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭）下列说法不正确的是(　A　)
A．倭铅是指金属锌和铅的混合物
B．煤炭中起作用的主要成分是C
C．冶炼Zn的化学方程式：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑
D．该冶炼锌的方法属于热还原法
解析：由题意可知，倭铅是指金属锌，不是混合物，A错误；反应中C做还原剂，则煤炭中起作用的主要成分是C，B正确；碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，化学方程式为ZnCO3＋2CZn＋3CO↑，C正确；依据化学方程式ZnCO3＋2CZn＋3CO↑可知，该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质，属于热还原法，D正确。
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)（2024·浙江6月选考）部分金属可在高温下用焦炭、一氧化碳、氢气等还原金属矿物得到。(　√　)
(2)（2023·广东卷）饱和CuSO4溶液可析出无水蓝色晶体。(　×　)
(3)（2023·湖南卷）青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金。(　√　)
(4)（2022·全国乙卷）青铜和黄铜是不同结构的单质铜。(　×　)
(5)（2022·江苏卷）青铜比纯铜熔点低、硬度大，古代用青铜铸剑。(　√　)
2．（2021·河北卷）“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁（含碳量约0.1%）混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是(　C　)
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
解析：钢是以铁为主的含碳合金，A说法正确；钢的含碳量越高，硬度和脆性越大，B说法正确；合金的熔点比其组分金属的熔点低，生铁含碳量(2%～4.3%)大于熟铁的含碳量（约0.1%），故生铁熔点比熟铁低，C说法错误；赤铁矿的主要成分是Fe2O3，D说法正确。
3．（2023·广东卷）部分含Na或含Cu物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　B　)
A．可存在c→d→e的转化
B．能与H2O反应生成c的物质只有b
C．新制的d可用于检验葡萄糖中的醛基
D．若b能与H2O反应生成O2，则b中含共价键
解析：由题图可知a、b、c对应物质分别为钠、氧化钠（过氧化钠）、氢氧化钠或a、b、e、d对应物质分别为铜、氧化亚铜、氧化铜、氢氧化铜。氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜，氢氧化铜受热分解生成氧化铜，所以存在c→d→e的转化，A合理；钠、氧化钠、过氧化钠都能与H2O反应生成氢氧化钠，B不合理；新制的氢氧化铜可用于检验葡萄糖中的醛基，C合理；若b能与H2O反应生成O2，则b为过氧化钠，结构中含共价键和离子键，D合理。
4．（2024·山东卷改编）钧瓷是宋代五大名瓷之一，其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质，取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管，进行如下实验。下列说法正确的是(　A　)
项目 实验操作及现象
试管甲 滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色；倾掉溶液，滴加浓硝酸，沉淀逐渐消失
试管乙 滴加过量6 mol·L-1氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解，溶液颜色为无色；静置一段时间后，溶液颜色变为深蓝色
A．试管甲中新生成的沉淀为金属Cu
B．试管甲中沉淀的变化均体现了HNO3的氧化性
C．试管乙实验可证明Cu(Ⅱ)与NH3形成无色配合物
D．上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物
解析：Cu2O中滴加过量0.3 mol/L HNO3溶液并充分振荡，砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀，溶液显浅蓝色，说明Cu2O转化成Cu2+，铜元素的化合价由＋1升至＋2，根据氧化还原反应的特点知，铜元素的化合价还有由＋1降至0，新生成的沉淀为金属Cu，该过程中HNO3表现酸性，后滴加浓硝酸发生的反应为Cu＋4HNO3（浓）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，该过程中HNO3表现氧化性和酸性，A正确，B错误；Cu2O中滴加过量6 mol/L氨水并充分振荡，沉淀逐渐溶解得到无色溶液，静置一段时间无色溶液变为深蓝色，说明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物易被空气中的O2氧化成深蓝色配合物[Cu(NH3)4]2+，C错误；既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物为两性氧化物，Cu2O溶于6 mol/L氨水形成的是配合物，Cu2O不属于两性氧化物，D错误。
5．（2024·辽宁卷）某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl－并制备Zn，流程如下。“脱氯”步骤仅铜元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　C　)
锌浸出液中相关成分（其他成分无干扰）：
离子 Zn2+ Cu2+ Cl－
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A．“浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全
B．“浸铜”反应：2Cu＋4H＋＋H2O2===2Cu2+＋H2↑＋2H2O
C．“脱氯”反应：Cu＋Cu2+＋2Cl－===2CuCl
D．脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn
解析：铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+，反应的离子方程式为Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2+＋2H2O，再加入锌浸出液进行“脱氯”，“脱氯”步骤中仅铜元素的化合价发生改变，得到CuCl固体，可知“脱氯”步骤发生反应的离子方程式为Cu2+＋Cu＋2Cl－===2CuCl，过滤得到脱氯液，脱氯液净化后电解，Zn2+可在阴极得到电子生成Zn，C正确，B、D错误；由分析知，“浸铜”时，铜屑中加入H2SO4和H2O2，反应得到Cu2+，反应的离子方程式为Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2+＋2H2O，Cu在“脱氯”步骤还需要充当还原剂，则铜屑不能溶解完全，A错误。
课时作业16
（总分：60分）
一、选择题（每小题3分，共30分。每小题只有1个选项符合题意）
1．（2023·重庆卷）重庆市战略性新兴产业发展“十四五”规划（2021－2025年）涉及的下列物质中，属于金属材料的是(　B　)
A.重组蛋白 B.高性能铜箔
C.氮化镓半导体 D.聚氨酯树脂
解析：A项，重组蛋白为有机物；B项，合金、纯金属均为金属材料，铜为金属材料；C项，氮化镓半导体为新型无机非金属材料；D项，聚氨酯树脂为有机合成材料。
2．据《本草纲目》记载：“生熟铜皆有青，即是铜之精华，大者即空绿，以次空青也。铜青则是铜器上绿色者，淘洗用之。”这里的“铜青”是指(　D　)
A．CuO B．Cu2O
C．Cu D．Cu2(OH)2CO3
解析：铜在空气中长时间放置，会与空气中的氧气、二氧化碳、水反应生成碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，则这里的“铜青”是指Cu2(OH)2CO3。
3．下列铜及其化合物性质与用途具有对应关系的是(　C　)
A．铜单质具有延展性，可用于传输电流
B．Cu2O的熔、沸点较高，可用作催化剂
C．Cu(OH)2具有氧化性，可用于检验醛基
D．CuSO4能使蛋白质变性，可用于饮用水消毒
解析：铜单质具有导电性，可用于传输电流，A不符合题意；Cu2O的熔、沸点较高与其作催化剂无因果关系，B不符合题意；已知反应RCHO＋2Cu(OH)2＋NaOHCu2O↓＋RCOONa＋3H2O，反应中Cu(OH)2做氧化剂，具有氧化性，可用于检验醛基，C符合题意；CuSO4能使蛋白质变性，但CuSO4不可用于饮用水消毒，只能用于环境消毒，D不符合题意。
4．化学与生产、生活密切相关，下列说法错误的是(　B　)
A．“超级钢”属于合金
B．合金的熔点比各成分金属的高
C．储氢合金可用于解决氢能储存和运输难题
D．不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，有很强的抗腐蚀能力
解析：钢为铁的合金，则“超级钢”属于合金，A正确；合金的熔点一般比各成分金属的低，B错误；氢气为气体，不易储存和运输，则储氢合金可用于解决氢能储存和运输难题，C正确；不锈钢是以铁、铬为主，再添加如镍、锰、钼等元素冶炼而成的合金，从而性能高，在大气中比较稳定，不容易生锈，有很强的抗腐蚀能力，D正确。
5．（2024·陕西西安模拟）金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是(　D　)
A．用电解法制取金属钠：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑
B．用Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti：2Mg＋TiCl4（熔融）Ti＋2MgCl2
C．用Al做还原剂冶炼金属V：3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3
D．用H2做还原剂冶炼金属Ag：Ag2O＋H22Ag＋H2O
解析：电解熔融氯化钠制取金属钠，反应的化学方程式是2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑，故A正确；Mg的活泼性大于Ti，可用Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti，反应的化学方程式是2Mg＋TiCl4（熔融）Ti＋2MgCl2，故B正确；铝的还原性大于钒，用Al做还原剂可以冶炼金属V，反应的化学方程式是3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3，故C正确；银是不活泼金属，一般采用加热Ag2O的方法冶炼Ag，故D错误。
6．人类最早冶金的历史年代曲线图如图所示（－1000表示公元前1000年）。下列说法正确的是(　B　)
A．金属越活泼，冶炼的年代一定越晚
B．冶炼金属的历史：电解氯化物比电解氧化物早
C．自然界中铜元素以游离态形式存在，故铜的冶炼年代最早
D．金属氧化物（如Al2O3、Cu2O）也属于金属材料
解析：题图铜冶炼的年代比银和金早，而铜比银和金活泼，故A错误；金属氯化物的沸点一般比金属氧化物的低，在冶炼初期会选择电解金属氯化物，故B正确；自然界中铜以化合态形式存在，故C错误；Al2O3、Cu2O不属于金属材料，故D错误。
7．氧化亚铜(Cu2O)主要用于制造船底防污漆。已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O。现将经高温灼烧后的CuO样品投入足量稀硫酸中得到混合溶液，下列有关说法不正确的是(　C　)
A．稳定性：Cu2O>CuO
B．样品与酸反应中，Cu2O既是氧化剂又是还原剂
C．如果溶液变蓝色，说明CuO已分解
D．若有14.4 g Cu2O参加反应，则转移电子数为0.1NA（设NA为阿伏加德罗常数的值）
解析：CuO经高温灼烧生成Cu2O，则Cu2O比CuO稳定，A正确；反应Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O中，铜元素的化合价部分从＋1升高到＋2，部分从＋1降低到0，则Cu2O既是氧化剂又是还原剂，B正确；如果溶液中出现蓝色，不能说明CuO已分解，因为CuO与稀硫酸反应溶液也呈蓝色，C错误；反应Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2+＋H2O中，1 mol氧化亚铜完全反应转移1 mol电子，14.4 g Cu2O的物质的量为0.1 mol，0.1 mol氧化亚铜完全反应转移0.1 mol电子，转移电子数为0.1NA，D正确。
8．（2025·安徽合肥六校高三期中联考）铜是生活中重要的金属，部分含铜粒子的电荷数与铜元素化合价二维图如图所示。下列推断不合理的是(　C　)
A．c处粒子转化为a处粒子需要加还原剂
B．高铜酸根离子（CuO）可填在b的位置
C．Cu(OH)转化成Cu(OH)2需要加碱
D．酸性条件下，Cu2O可转化为Cu和Cu2+
解析：a为＋2价粒子，c变成a铜化合价降低，得到电子，做氧化剂，需要加还原剂，A推断合理；CuO中铜元素显＋3价，整个离子带1个负电荷，应该填在b的位置，B推断合理；Cu(OH)转化为Cu(OH)2需要加酸，C推断不合理；Cu2O中铜元素为＋1价，在酸性环境下可以发生歧化反应生成＋2价的铜化合物和单质铜，D推断合理。
9．（2025·黑龙江西部联合体高三期中）部分氧化的Fe Cu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共5.76 g，经如下处理：
下列说法不正确的是(　C　)
A．滤液A中的阳离子为Fe2+、H＋
B．样品中铁元素的质量为2.24 g
C．样品中CuO的质量为4.0 g
D．V＝448
解析：生成的3.2 g滤渣是铜，金属铜可以和铁离子反应，所以一定不含有铁离子，A正确；固体为三氧化二铁，其物质的量为＝0.02 mol，铁元素的物质的量为0.02 mol×2＝0.04 mol，质量为0.04 mol×56 g/mol＝2.24 g，B正确；根据B选项可知铁元素质量为2.24 g，而原来固体才5.76 g，所以CuO质量不超过5.76 g－2.24 g＝3.52 g，C错误；根据最后溶液中溶质为过量H2SO4和FeSO4，而铁元素物质的量为0.04 mol，说明参加反应的硫酸物质的量为0.04 mol，含0.08 mol氢离子，其中部分氢离子生成氢气，另外的H＋和合金中的氧结合生成水，由于合金中氧元素物质的量为＝0.02 mol，它结合0.04 mol氢离子，所以硫酸中生成氢气的H＋的物质的量有0.08 mol－0.04 mol＝0.04 mol，即生成0.02 mol氢气，标准状况下体积为448 mL，D正确。
10．（2022·山东卷）高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿（含Zn、Fe元素的杂质）为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
下列说法错误的是(　D　)
A．固体X主要成分是Fe(OH)3和S；金属M为Zn
B．浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出
C．中和调pH的范围为3.2～4.2
D．还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成
解析：CuS精矿（含有杂质Zn、Fe元素）在高压O2作用下，用硫酸溶液浸取，CuS反应生成CuSO4、S、H2O，Fe2+被氧化为Fe3+，然后加入NH3调节溶液pH，使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中，过滤得到的固体X为S、Fe(OH)3；滤液中含有Cu2+、Zn2+，然后向滤液中通入高压H2，根据元素活动性：Zn＞H＞Cu，Cu2+被还原为Cu，通过过滤分离出来，而Zn2+仍然以离子形式存在于溶液中，再经一系列处理可得到Zn。经过上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，A正确；CuS难溶于硫酸，在溶液中存在沉淀溶解平衡：CuS(s) Cu2+(aq)＋S2-(aq)，增大O2的浓度，可以反应消耗S2-，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，可促进金属离子的浸出，B正确；根据流程图可知，用NH3调节溶液pH时，要使Fe3+转化为沉淀，而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中，结合离子沉淀的pH范围，可知中和时应该调节溶液pH范围为3.2～4.2，C正确；在用H2还原Cu2+变为Cu时，H2失去电子被氧化为H＋，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu2+，因此不利于Cu的生成，D错误。
二、非选择题（共30分）
11．（16分）铜器久置，表面会生成一层绿色固体，为探究铜在空气中的腐蚀情况，某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。
①对试管内的绿色固体进行加热，至完全分解，观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色，B装置中无水硫酸铜变成蓝色，C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀硫酸，观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝。观察到铁丝表面有红色物质析出。
请回答下列问题：
(1)绿色固体中含有的元素是Cu、H、O、C。
(2)加热后试管中剩余的黑色物质是CuO。
(3)假设该绿色物质是一种纯净物，则其化学式可能是Cu2(OH)2CO3，加热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。
(4)上述实验步骤③中反应的离子方程式为Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+。
(5)实验装置最后的干燥管的作用是防止空气中的CO2进入C装置。
(6)如果将B、C两装置对调，能否达到实验目的？不能（填“能”或“不能”），为什么？因为B、C两装置对调后无法证明反应有水生成。
解析：根据无水硫酸铜变蓝，可知反应有水生成，根据澄清石灰水变浑浊，可知有CO2生成，根据黑色固体溶于稀硫酸且溶液为蓝色，插入铁丝后有红色物质析出，可知黑色物质应是CuO。若该绿色固体是纯净物，根据组成元素和各元素的化合价分析该物质应是碱式盐，化学式可能是Cu2(OH)2CO3。(5)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰，目的是防止空气中的CO2进入C装置，干扰实验。(6)若将B、C两装置对调，气体先通过澄清石灰水，则无法证明绿色物质分解时是否有水生成。
12．（14分）（2025·山东日照期中）利用生物浸出黄铜矿（主要成分为CuFeS2，含有少量SiO2杂质）回收其中铁和铜的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)Cu2+的生物浸出原理如图所示。浸出温度不宜过高，其原因是温度过高细菌失去活性，反应①的离子方程式为CuFeS2＋4Fe3+===5Fe2+＋2S＋Cu2+。
(2)浸渣的主要成分为SiO2（填化学式），操作1的名称为萃取分液。
(3)分离Cu2+的原理如下：Cu2+＋2(HR)org(CuR2)org＋2H＋。根据流程，反萃取加入的试剂应该为H2SO4（填化学式）。
(4)检验滤液2中是否存在Fe3+，可选用A（填字母）。
A．KSCN溶液 B．K3[Fe(CN)6]溶液
(5)“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
解析：(1)Cu2+的生物浸出过程中细菌参与了反应，浸出温度不宜过高，其原因是温度过高细菌失去活性；反应①为CuFeS2和Fe3+反应生成亚铁离子、硫单质和铜离子，离子方程式为CuFeS2＋4Fe3+===5Fe2+＋2S＋Cu2+。(2)黄铜矿中二氧化硅不反应，成为滤渣，故滤渣的主要成分为SiO2，经操作1得到有机相和水相，则为萃取分液过程。(3)根据流程反萃取得到硫酸铜溶液，则反萃取加入的试剂应该为稀硫酸，加入硫酸，氢离子浓度变大，反应Cu2+＋2(HR)org(CuR2)org＋2H＋逆向进行生成硫酸铜溶液。(4)铁离子和KSCN溶液反应溶液变为红色，可以检验铁离子，故选A。(5)“一系列操作”得到硫酸亚铁晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。