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，具有良好的導熱、導電性。銅常見的化合價為+1和+2價，化學性質(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)。高考常基于銅單質(zhì)的性質(zhì)開展知識考查，涉及到銅的化學方程式、化學現(xiàn)象及產(chǎn)物分析。

例1?校化學小組想設(shè)計化學方案比較金屬銅和鐵的活動性強弱，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將銅片和鐵片用導線相連，同時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性質(zhì)以及活潑性，需要結(jié)合銅單質(zhì)的化學性質(zhì)和活動性強弱比較方法進行探析。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。所以正確的選項為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)學習需要充分結(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)，從物理和化學兩個角度展開，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態(tài)：0價、+1價和+2價，基于不同的價態(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價銅，如Cu2S、CuO;而+1和+2價銅在相應(yīng)還原劑的作用下可以還原為銅單質(zhì)，同時+1和+2價的銅之間也可以相互轉(zhuǎn)化。學習其轉(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，分析時可以結(jié)合對應(yīng)的選項采用假設(shè)排除的方式。

解?選項中的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。而實驗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)建相對較為復雜，構(gòu)建時可以從化合價角度進行，也可以以常見的化合物為框架進行構(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?校實驗小組設(shè)計了如圖2所示的電化學腐蝕裝置，用以探究電解精煉銅（粗銅中含有Ag、Zn、Fe），則下列選項的敘述正確的是（ ）。

A. 使用該裝置精煉銅時，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

D. X電極為鐵，Y電極為銅時，可以保護鐵

分析?該題主要考查電解池的構(gòu)成條件和相關(guān)原理，分析時需要結(jié)合電化學知識，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。

解?A選項，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，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，錯誤;C選項分析電解質(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，正確;D選項，電解池會保護陰極材料，而陽極上的鐵會失去電子生成離子，故鐵會受到腐蝕，錯誤。所以正確的選項為A、C。

評析?從電化學角度考查銅的相關(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)的量的計算

從氧化還原角度考查與銅相關(guān)的量的計算是高考的常考題型，銅的化合物較多，涉及到眾多的化學反應(yīng)，在分析混合物量的問題時可以從電子轉(zhuǎn)移角度進行，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，收集到標準狀態(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)的計算，可從電子轉(zhuǎn)移角度進行分析。

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計算的守恒法，該思路是計算該類題最為有效的策略，學習時需掌握基本的化學反應(yīng)，逐步構(gòu)建守恒體系。

（收稿日期：2019-02-12）