銅及其化合物的考查方式探析

黃明坂

方式一：考查銅單質(zhì)的性質(zhì)

銅單質(zhì)是元素周期表中第四周期ⅠB族的元素，純銅呈紫紅色，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性。銅常見的化合價(jià)為+1和+2價(jià)，化學(xué)性質(zhì)較不活潑，可以與一些非金屬物質(zhì)、氧化性酸以及一些鹽發(fā)生反應(yīng)。高考?；阢~單質(zhì)的性質(zhì)開展知識考查，涉及到銅的化學(xué)方程式、化學(xué)現(xiàn)象及產(chǎn)物分析。

例1??；瘜W(xué)小組想設(shè)計(jì)化學(xué)方案比較金屬銅和鐵的活動性強(qiáng)弱，有表1所列幾種方案及對應(yīng)的現(xiàn)象，其中可證明鐵的金屬活動性比銅強(qiáng)的有（ ）。

A將鐵片置于CuSO4溶液中鐵片上有紅色物質(zhì)析出

B分別將銅絲和鐵絲與氯氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)其產(chǎn)物分別為FeCl3和CuCl2

C分別將銅和鐵放入熱的濃硫酸中產(chǎn)物分別為Fe2（SO4）3和CuSO4

D將銅片和鐵片用導(dǎo)線相連，同時(shí)插入到稀硫酸中鐵片發(fā)生了溶解，且銅片上有氣泡生成

分析?該題目以方案分析的方式考查銅的化學(xué)性質(zhì)以及活潑性，需要結(jié)合銅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和活動性強(qiáng)弱比較方法進(jìn)行探析。常見的方法有置換法、同種物質(zhì)反應(yīng)對比法以及電化學(xué)法等，可針對不同的方法原理深入探究。

解?A方案屬于置換法，金屬活動性強(qiáng)的金屬可以將活動性較弱的金屬從其鹽溶液中置換出來，因此該方案可以證明鐵比銅活潑;B方案屬于同種物質(zhì)反應(yīng)比較法，兩者均可以與氯氣進(jìn)行反應(yīng)，生成對應(yīng)的氯化物，但無法通過反應(yīng)來判斷兩者的活潑性;C方案將兩者分別與熱的濃硫酸反應(yīng)，形成的物質(zhì)與元素的化合價(jià)相關(guān)，故不能根據(jù)金屬失去的電子數(shù)來判斷金屬性;D方案是常用的電化學(xué)法，在稀硫酸中構(gòu)建了相應(yīng)的原電池，鐵片溶解，銅片上有氣泡表明鐵可以置換出氫氣，而銅不能，故鐵的金屬性比銅強(qiáng)。所以正確的選項(xiàng)為A和D。

評析?從銅的性質(zhì)角度展開知識考查是最基本的方式，銅的性質(zhì)學(xué)習(xí)需要充分結(jié)合銅在元素活動性順序表中的位置，考慮元素最外層電子數(shù)，從物理和化學(xué)兩個(gè)角度展開，特別需要注意掌握金屬活動性的比較方法。

方式二：考查銅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系

銅以及化合物在自然界中主要有三種價(jià)態(tài)：0價(jià)、+1價(jià)和+2價(jià)，基于不同的價(jià)態(tài)存在眾多的化合物，這些物質(zhì)之間通過某種方式可以相互轉(zhuǎn)化，如單質(zhì)銅可以在氧化劑的作用下氧化為+1和+2價(jià)銅，如Cu2S、CuO;而+1和+2價(jià)銅在相應(yīng)還原劑的作用下可以還原為銅單質(zhì)，同時(shí)+1和+2價(jià)的銅之間也可以相互轉(zhuǎn)化。學(xué)習(xí)其轉(zhuǎn)化關(guān)系最為有效的方式是構(gòu)建相應(yīng)的關(guān)系網(wǎng)，列出對應(yīng)的化合物和轉(zhuǎn)化條件。

例2?已知如圖1所示轉(zhuǎn)化關(guān)系中物質(zhì)M和N均為單質(zhì)，則M可能為（ ）。

A. Na?B. Al?C. Fe?D. Cu

分析?上述存在物質(zhì)的連續(xù)轉(zhuǎn)化，總體而言是單質(zhì)M和N生成對應(yīng)的化合物，然后溶于水形成對應(yīng)的溶液，最后通過電解的方式重新從溶液中將單質(zhì)析出，分析時(shí)可以結(jié)合對應(yīng)的選項(xiàng)采用假設(shè)排除的方式。

解?選項(xiàng)中的Na、Al和Fe位于金屬活動性順序表的前列，屬于活潑金屬，故不能采用電解對應(yīng)溶液的方式獲得單質(zhì)，因此可以將其排除。而實(shí)驗(yàn)室可以通過電解銅鹽的方式獲得銅單質(zhì)，其中的Q可能為CuCl2，則M和N分別為Cu和Cl2，因此轉(zhuǎn)化關(guān)系為Cu和Cl2在點(diǎn)燃條件下生成CuCl2，然后形成對應(yīng)的溶液，最后采用電解的方式獲得單質(zhì)Cu和Cl2，所以正確的選項(xiàng)為D。

評析?上述是關(guān)于銅以及化合物的關(guān)系轉(zhuǎn)化題，分析時(shí)以單質(zhì)的電解作為突破口。銅以及化合物的關(guān)系網(wǎng)構(gòu)建相對較為復(fù)雜，構(gòu)建時(shí)可以從化合價(jià)角度進(jìn)行，也可以以常見的化合物為框架進(jìn)行構(gòu)建，借助圖網(wǎng)的方式梳理知識。

方式三：考查與銅相關(guān)的電化學(xué)知識

銅是一種重要的金屬，在生活和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，高考常從電化學(xué)角度對其加以考查，主要涉及電解精煉銅和電鍍銅兩類，其中精煉銅時(shí)常以粗銅作為陽極，精銅作為陰極，以硫酸銅溶液作為電解質(zhì)溶液;而電鍍銅時(shí)鍍件作為陰極，所鍍的銅作為陽極，電鍍液選用含有銅離子的電解質(zhì)溶液。

例3?校實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖2所示的電化學(xué)腐蝕裝置，用以探究電解精煉銅（粗銅中含有Ag、Zn、Fe），則下列選項(xiàng)的敘述正確的是（ ）。

A. 使用該裝置精煉銅時(shí)，電解質(zhì)應(yīng)選用硫酸銅溶液，Y電極發(fā)生的反應(yīng)為：Cu2++2e-Cu

B. 精煉過程中，溶液中Ag+、Zn2+、Fe2+的濃度會增大

C. 裝置的X電極為石墨，Y電極為Cu，精煉過程中銅會受到保護(hù)

D. X電極為鐵，Y電極為銅時(shí)，可以保護(hù)鐵

分析?該題主要考查電解池的構(gòu)成條件和相關(guān)原理，分析時(shí)需要結(jié)合電化學(xué)知識，采用電解法精煉銅，則粗銅必然為陽極，與電源的正極相連，以硫酸銅溶液作為電解質(zhì)，電解過程中陰極會受到保護(hù)。

解?A選項(xiàng)，電解池的Y極為陰極，材料為精銅，由于硫酸銅作為電解質(zhì)，則陰極的電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu，正確;B選項(xiàng)，精煉銅的過程中，根據(jù)金屬活動性順序表可知銅比銀活潑，所以銀不會放電，只有Zn2+和Fe2+的濃度會增大，錯(cuò)誤;C選項(xiàng)分析電解質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)，陰極材料為銅，陽極材料為石墨，則在陰極上發(fā)生的反應(yīng)為溶液中的銅離子得到電子生成銅，使得銅材料受到保護(hù)，正確;D選項(xiàng)，電解池會保護(hù)陰極材料，而陽極上的鐵會失去電子生成離子，故鐵會受到腐蝕，錯(cuò)誤。所以正確的選項(xiàng)為A、C。

評析?從電化學(xué)角度考查銅的相關(guān)知識，除了涉及到銅的相關(guān)性質(zhì)外還包括原電池和電解池的相關(guān)內(nèi)容，問題分析首先需要從裝置的結(jié)構(gòu)入手，然后結(jié)合相關(guān)原理和金屬性質(zhì)開展探究，確定電極反應(yīng)，分析溶液變化。

方式四：考查與銅相關(guān)的量的計(jì)算

從氧化還原角度考查與銅相關(guān)的量的計(jì)算是高考的常考題型，銅的化合物較多，涉及到眾多的化學(xué)反應(yīng)，在分析混合物量的問題時(shí)可以從電子轉(zhuǎn)移角度進(jìn)行，結(jié)合守恒定律來分析求解。

例4?將一定量的CuS和Cu2S的混合物放入足量的硝酸中，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下V L的氣體，然后向反應(yīng)后的溶液中加足量的NaOH，可產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，過濾、洗滌、灼燒后得到CuO 12.0 g，如果收集的是NO和NO2的混合氣體，且體積相等，則V可能為（ ）。

A. 9.0 L?B. 13.5 L

C. 15.7 LD. 16.8 L

分析?CuS和Cu2S與硝酸反應(yīng)生成了NO和NO2，溶液中存在Cu2+和SO2-4，沉淀為Cu（OH）2，灼燒后可得CuO，考查的是氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，可從電子轉(zhuǎn)移角度進(jìn)行分析。

解?采用極限法，若混合物全部為CuS，則發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移為1.2 mol，氣體體積相等，計(jì)算可得NO和NO2均為0.3mol，則體積為13.44 L;若混合物全部為Cu2S，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為0.75 mol，計(jì)算可得NO和NO2為0.1875 mol，氣體體積為8.4 L，故氣體體積應(yīng)介于兩者之間，故選項(xiàng)A正確。

評析?上述采用極限思維，從氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移角度展開問題分析，從而獲得了相關(guān)氣體體積的臨界值。總體而言采用了化學(xué)計(jì)算的守恒法，該思路是計(jì)算該類題最為有效的策略，學(xué)習(xí)時(shí)需掌握基本的化學(xué)反應(yīng)，逐步構(gòu)建守恒體系。

（收稿日期：2019-02-12）