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知识清单09 铜、金属材料、金属冶炼
知识点01 单质铜的结构和性质
知识点03 几种常见的铜盐
知识点05 金属材料与合金
知识点02 铜的氧化物和氢氧化铜的性
质
知识点04 金属的冶炼
知识点01 单质铜的结构和性质
1．铜的原子结构
（1）电子排布式：1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
10 4s
1
①最高能级电子数10
②最高能层电子数1
③未成对电子数1
④稳定性：Cu2+＜Cu+
（2）价电子排布图：
（3）原子结构示意图：
（4）周期表中位置：第4 周期第IB 族，位于ds 区
（5）晶胞结构（晶胞参数apm）
1
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①堆积名称：面心立方最密堆积，堆积类型：A1型或铜型
②堆积方式：…ABCABC…
③配位数12
④晶胞中含Cu 的个数：4
⑤晶胞密度：ρ ＝
4 M
（a×10－10）3×N A ＝
256×1030
a3 N A
g · cm
－ 3
⑥空间利用率：φ＝
4× 4
3 πr3
a3
×100%＝
4×4
3 π （√2
4 a）3
a3
×100%＝
√2
6 π×100%≈74%
2．铜的物理性质
（1）颜色：呈红色或紫红色
（2）三性：导电性、导热性和延展性良好
3．与非金属单质反应
（1）与氧气反应：条件不同，产物不同
①加热：2Cu+O2
2CuO
②常温：2Cu+O2+ CO
2+ H 2O
Cu2（
OH
）
2CO3
（2）与其他非金属反应
①Cu-----→Cu2S ②Cu------→CuCl2
4．与酸反应
（1）稀硫酸
①普通条件：Cu 不能置换出H2
②电解条件：Cu+H2SO4（
稀
）
Cu
SO
4+H2↑
（2）浓硫酸：Cu+2H2SO4（
浓
）
CuSO4+SO2↑
+2H
2O
（3）浓硝酸：Cu+4HNO3（
浓
）
Cu
（
NO
3）2+2NO2↑
+2H
2O
（4）稀硝酸：3Cu+8HNO3（
稀
）
3Cu
（
NO
3）2+2NO
↑
+4H
2O
5．与盐溶液反应
（1）硝酸银：2AgNO3+Cu
2Ag+Cu
（
NO
3）2
（2）氯化铁：2FeCl3+Cu
2FeCl2+CuCl2
6．单质铜在化学实验中的应用
（1）除去某种气体中的氧气
2
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（2）乙醇催化氧化的催化剂
①催化原理：Cu
CuO
Cu
②催化反应：2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO+2H2O
（3）防止可燃性气体燃烧回火的安全装置
易错点：铜的易错知识点
（1）铜和氧气在常温下反应生成Cu2（
OH
）
2CO3，在加热条件下生成CuO。
（2）单质铜可以除去某种气体中的氧气，也可以作乙醇催化氧化的催化剂。
（3）在普通条件下Cu 不能从稀硫酸中置换出H2，但在通电条件下Cu 能从稀硫酸中置换出H2。
【典例01】（2022·大连一模）下列实验的前后，铜的质量一定发生变化的是（ ）。
A．铜丝在空气中灼烧后立即插入乙醇
B．铜片放入酸化的硝酸钠溶液
C．铜和铁的混合物放入稀硝酸
D．铜、锌、稀硫酸构成的原电池放电
【解析】选B。由于氧化铜能够和乙醇反应生成乙醛和铜，铜变成氧化铜，氧化铜又被还原成铜，最终铜质量
没有变化，故A 错误；铜和稀硝酸反应生成了硝酸铜，质量一定减少，故B 正确；由于铁还原性大于铜的，铁
先参加反应，若是铁足量，铜变化消耗，故C 错误；铜、锌构成的原电池，锌是负极，铜是正极不消耗，故D
错误。
知识点02 铜的氧化物和氢氧化铜的性质
1．氧化铜
（1）物性：黑色粉末状固体
（2）弱氧化性：CuO-------------------→Cu
①Al：2Al+3CuO
3Cu+Al2O3
②C：2CuO+C
2Cu+CO2↑
③NH3：2NH3+3CuO
N2+3Cu+3H2O
④乙醇：CH3CH2OH+CuO
CH3CHO+H2O+Cu
（3）热不稳定性
①反应：4CuO
2 Cu
2O +O
2↑
②原因：Cu
+ 的价电子构型为
3d
10 的稳定结构
3
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2．氧化亚铜
（1）物性：砖红色固体
（2）Cu2O 的晶胞（小黑点实心代表Cu 原子）
①含Cu2O 数：2
②配位数：Cu 的配位数为2；O 的配位数为4
（3）用途：作为红色玻璃和搪瓷的着色剂
3．氢氧化铜
（1）物理性质：蓝色不溶于水的固体
（2）化学性质
①弱碱性：Cu
（
O H ）
2+2
H +
Cu
2+ + 2H
2O
②不稳定性：Cu
（
OH
）
2
CuO+H2O
③弱氧化性：2Cu
（
O H ）
2+ RCHO
+NaOH
R COO
Na
+ Cu
2O ↓
+ 3 H 2O
④络合性：Cu
（
OH
）
2+4NH3· H 2O
［
Cu
（
NH
3）4］
2+ + 2OH
－ +4H
2O
易错点：氢氧化铜的易错知识点
（1）氢氧化铜既能溶于酸又能溶于碱（氨水），但它不是两性氢氧化物。
（2）向硫酸铜溶液中滴加氨水的现象是：先产生蓝色沉淀，后沉淀溶解生成深蓝色溶液
（3）新制的氢氧化铜悬浊液具有弱氧化性，可以用来检验醛基。
【典例02】已知酸性条件下有如下反应：2Cu+
Cu2++Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能
产生Cu 或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证，实
验操作和实验现象记录如下：
加入试剂
实验现象
稀硫酸
红色固体和蓝色溶液
浓硫酸、加热
无色气体
稀硝酸
无色气体和蓝色溶液
浓硝酸
红棕色气体和绿色溶液
由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是（ ）。
A．Cu
B．Cu2O
C．一定有Cu，可能有Cu2O
D．一定有Cu2O，可能有Cu
4
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【解析】选D。H2还原CuO 生成红色固体，可能是Cu 和Cu2O 中的一种或两种，产物中加入稀H2SO4溶液变蓝
并得到红色固体，证明产物中含Cu2O，在酸性条件下2Cu+＝Cu2++Cu，故不能证明产物中是否含有Cu。A 项，
产物中不一定含有铜，错误；B 项，产物中一定有Cu2O，也可能有铜，错误；C 项，产物中不一定有铜，一定
有Cu2O，错误；D 项，产物中一定有Cu2O，可能有铜，正确。
【典例03】（2023·张家口模拟）新制氢氧化铜存在平衡：Cu（OH）2+2OH－
［Cu（OH）4］2－（深蓝
色）。某同学进行下列实验：
下列说法不正确的是（ ）。
A．①中出现蓝色沉淀
B．③中现象是Cu（OH）2+2OH－
［Cu（OH）4］2－正向移动的结果
C．④中现象证明葡萄糖具有还原性
D．对比②和④可知Cu（OH）2氧化性强于［Cu（OH）4］2－
【解析】选D。CuSO4溶液与NaOH 溶液反应可生成蓝色沉淀Cu（OH）2，A 正确；新制Cu（OH）2存在平衡：
Cu（OH）2+2OH－
［Cu（OH）4］2－，加入NaOH，氢氧根离子的浓度增大，平衡正向移动，B 正确；③
中加入葡萄糖溶液有砖红色的沉淀生成，说明葡萄糖中含有醛基，所以葡萄糖具有还原性，C 正确；④中氧化
葡萄糖的是［Cu（OH）4］2－，而②中未生成砖红色沉淀，可知氧化性：Cu（OH）2＜［Cu（OH）4］2－，D 错
误。
知识点03 几种常见的铜盐
1．可溶性铜盐
（1）水解性：Cu
2+ +2H
2O
Cu
（
OH
）
2+2H
+
①防水解：加入相应的稀酸
②制无水物：CuCl2·H2O
CuCl2，在HCl 气氛中加热
（2）与碱反应
①Cu2+
Cu
（
OH
）
2↓
②Cu2+
Cu
（
OH
）
2↓
［Cu（NH3）4］2+（深蓝色溶液）
（3）硫酸铜晶体（CuSO4·5H2O）
①物性：蓝色晶体，俗称胆矾、蓝矾
②结构：［Cu（H2O）4］SO4·H2O
5
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③晶体中存在的作用力：离子键、共价键、配位键、氢键
2．碱式碳酸铜
（1）俗名：铜锈或铜绿
（2）组成处理：Cu
（
OH
）
2·CuCO3
（3）化学性质：具有Cu（OH）2和CuCO3的双重性质
①与盐酸反应：Cu2（
OH
）
2CO3+4H
+
2Cu
2+ +3H
2O+CO2↑
②热分解反应：Cu2（
OH
）
2CO3
2CuO+CO2↑
+H
2O
③与氢气反应：Cu2（
OH
）
2CO3+ 2 H 2
2Cu+CO2↑
+2H
2O
④与铝反应：3Cu2（
OH
）
2CO3+ 4 Al
6Cu+CO2↑
+2
Al
2O3+3H2O
易错点：铜盐的易错知识点
（1）CuSO4常用来检验某些气体或液态有机物中微量水的存在，而不是用于除水。
（2）CuSO4溶液与过量氨水反应的过程：Cu2+
Cu
（
OH
）
2↓
［Cu（NH3）4］2+（深蓝色溶液）
（3）碱式碳酸铜可以认为是Cu
（
OH
）
2 和CuCO3组成的混合型化合物
（4）硫酸铜溶液和消石灰配制波尔多液，其杀菌原理是重金属盐使细菌蛋白质变性
【典例04】某兴趣小组的同学发现，将CuSO4溶液与K2CO3溶液混合会产生蓝绿色沉淀。他们对沉淀的组成很
感兴趣，决定采用实验的方法进行探究。
（1）【提出假设】
假设1：所得沉淀为Cu（OH）2；
假设2：所得沉淀为_________；（填化学式）
假设3：所得沉淀为碱式碳酸铜［化学式可表示为［mCu（OH）2•nCuCO3］。
【查阅资料】无论是哪一种沉淀受热均易分解（假设均不含结晶水）
【定性探究】
步骤1：将所得悬浊液过滤，先用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，风干；
步骤2：甲同学取一定量固体，用气密性良好的如装置如图（夹持仪器未画）进行定性实验；
（2）若反应后A 中蓝绿色固体变黑，C 中无明显现象，证明假设________成立。
（3）乙同学认为只要将上图中B 装置的试剂改用下列某试剂后，便可验证上述所有假设，该试剂是_____（填
6
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代号）。
A．浓硫酸 B．无水CuSO4 C．碱石灰 D．P2O5
（4）乙同学验证假设3 成立的实验现象是________________。
【定量探究】
（5）乙同学进一步探究假设3 中固体的组成：
①乙同学查得一些物质在常温时的数据（如下表）后，将C 中的澄清石灰水改为Ba（OH）2溶液，其原因
是________（填代号）。
溶解度（S）/g
溶度积（Ksp）
摩尔质量（M）/g•mol﹣
1
Ca（OH）2
Ba（OH）2
CaCO3
BaCO3
CaCO3
BaCO3
0.16
3.89
2.9×10﹣
9
2.6×10﹣
9
100
197
A．Ba（OH）2溶解度大于Ca（OH）2，能充分吸收CO2
B．Ba（OH）2为强碱，Ca（OH）2为弱碱
C．吸收等量CO2生成的BaCO3的质量大于CaCO3，测量误差小
D．相同条件下，CaCO3的溶解度明显大于BaCO3
②若所取蓝绿色固体质量为27.1g，实验结束后，装置B 的质量增加2.7g，C 中产生沉淀的质量为19.7g。
则该蓝绿色固体的化学式为________；A 中发生反应的化学方程式为_______________。
【解析】（1）CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合产生蓝绿色沉淀，氢氧化铜和碳酸铜都是蓝色沉淀，可能是反应
复分解反应生成了碳酸铜沉淀，或双水解生成了氢氧化铜沉淀，或碱式碳酸铜，假设1 中沉淀为Cu（OH）2，
假设2 为CuCO3；（2）加热氢氧化铜生成水蒸气和黑色氧化铜，加热碳酸铜分解生成二氧化碳和黑色氧化铜，
二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，若反应后A 中蓝绿色固体变黑，C 中澄清石灰水不变浑，证明一定不含有
碳酸铜，现象的产生为氢氧化铜，假设1 正确。（3）加热氢氧化铜生成水蒸气和黑色氧化铜，加热碳酸铜分解
生成二氧化碳和黑色氧化铜，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，所以需要验证水的存在和二氧化碳的存在就
可以证明产生的物质成分，装置A 中加热是否变化为黑色固体，装置B 选择无水硫酸铜验证是否生成水，澄清
石灰水是否变浑浊证明是否生成二氧化碳。（4）假设3：所得沉淀为碱式碳酸铜［化学式可表示为mCu
（OH）2•nCuCO3］，氢氧化铜、碳酸铜分解，装置A 中加热都会变化为黑色固体，装置B 选择无水硫酸铜，
根据是否变蓝色验证是否生成水，根据装置C 中澄清石灰水是否变浑浊证明是否生成二氧化碳，所以证明假设
是否正确的现象为：A 中蓝绿色固体变黑色说明氢氧化铜、碳酸铜分解，B 中无水CuSO4固体变蓝说明存在Cu
（OH）2，C 中有白色沉淀产生说明存在CuCO3，即能验证假设3 成立，即A 中蓝绿色固体变黑色，B 中无水
CuSO4固体变蓝，C 中有白色沉淀产生。（5）①Ba（OH）2溶解度大于Ca（OH）2，能充分吸收CO2，故A 正
确；氢氧化钙也为强碱，故B 错误；BaCO3的摩尔质量大于CaCO3，测量误差小，故C 正确；CaCO3的溶解度
和BaCO3溶解度相差不大，故D 错误。②B 中吸收水的物质的量n（H2O）＝
＝0.15mol，C 中吸收二
氧化碳生成碳酸钡白色沉淀，根据碳原子守恒二氧化碳的物质的量：n（CO2）＝n（BaCO3）＝
＝
0.1mol，m（CO2）＝0.1mol×44g·mol－1＝4.4g，氧化铜的质量为：m（CuO）＝27.1g－2.7g－4.4g＝20g，其物质
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的量为：n（CuO）＝
＝0.25mol，则铜离子、氢氧根离子和碳酸根离子的物质的量之比＝
0.25mol∶0.3mol∶0.1mol＝5∶6∶2，所以其化学式为：2CuCO3•3Cu（OH）2或3Cu（OH）2•2CuCO3或Cu5
（OH）6（CO3）2，2CuCO3•3Cu（OH）2受热分解生成CuO、二氧化碳和水，其反应的方程为：2CuCO3•3Cu
（OH）2
5CuO+3H2O↑+2CO2↑。
【答案】（1）CuCO3（2）1（3）B
（4）A 中蓝绿色固体变黑色，B 中无水CuSO4固体变蓝，C 中有白色沉淀产生
（5）①AC ②2CuCO3•3Cu（OH）2或3Cu（OH）2•2CuCO3或Cu5（OH）6（CO3）2
2CuCO3•3Cu（OH）2
5CuO+3H2O↑+2CO2↑
知识点04 金属的冶炼
1．金属在自然界中的存在
（1）化合态：大多数金属
（2）游离态：金、铂等极少数金属
2．冶炼实质：金属离子
金属原子（Mn++ne－＝M）
3．冶炼依据：金属离子的氧化性强弱不同
4．冶炼方法
（1）电解法：冶炼金属活泼性很强的金属（如K、Ca、Na、Mg、Al 等）
①2NaCl（熔融）
2Na+Cl2↑
②MgCl2（熔融）
Mg+Cl2↑
③2Al2O3（熔融）
4Al+3O2↑
（2）热还原法：用还原剂（C、CO、H2、Al、Na 等）还原金属活泼性介于Zn~Cu 之间的金属化合物。
①Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
②2CuO+C
2Cu+CO2↑
③WO3+3H2
W+3H2O
④TiCl4+4Na
Ti+4NaCl
⑤Cr2O3+2Al
2Cr+Al2O3
（3）热分解法：用于冶炼不活泼金属Hg、Ag。
①2HgO
2Hg+O2↑ ②2Ag2O
4Ag+O2↑
5．铜的冶炼“两方法”
（1）湿法炼铜：Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu。
（2）高温炼铜
①工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜
2CuFeS2+4O2
Cu2S+3SO2+2FeO（炉渣）
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2Cu2S+3O2
2Cu2O+2SO2
2Cu2O+Cu2S
6Cu+SO2↑
②电解精炼铜：用粗铜做阳极，失电子变为Cu2+，用纯铜棒做阴极即可得精铜
易错点1：金属冶炼的易错知识点
（1）在化合物中金属元素都显正价，表现氧化性，但是处于中间价态的金属还表现还原性。
（2）金属冶炼的实质是金属阳离子得电子被还原为金属单质。
（3）金属越不活泼，其相应的金属阳离子的氧化性越强，越容易被冶炼。
易错点2：用还原法来冶炼某些很活泼的金属原理
Na+KCl=====K↑+NaCl
2RbCl+Mg========MgCl2+2Rb↑
主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb 沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。
【典例05】工业上，金属的制取有多种方法，选择何种方法与金属的性质密切相关。
（1）金属Na、Mg、Al 等的制取常采用电解法。写出以铂为电极电解熔融氯化镁制镁的电极反应式。
阳极_______________________；阴极________________________________。
（2）金属钾因为易溶于盐而不易分离，且电解时有副反应发生，工业上通常用钠与氯化钾在高温下反应制取，
该反应为：Na（l）+KCl（l）
NaCl（l）+K（g）；ΔH＞0，根据下表有关数据回答下列问题：
物质
密度（g/cm3）
熔点
（℃）
沸点
（℃）
Na
0.97
97.81
890
K
0.86
63.65
770
NaCl
801
1465
KCl
776
1437
①制取钾的适宜温度范围为________________。
②制取钾的条件为________________。
A．适当高温高压 B．适当低温低压
C．适当高温低压 D．适当低温高压
③工业上采用此法制得的钾往往不纯，最可能含有的杂质是________________ ，检验方法为
_______________________________________。
（3）用铝热反应方法将Fe3O4中的铁还原出来，写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________
若用此法制得0.84t Fe，则转移电子________mol。
【解析】（1）电解熔融氯化镁制镁时，阳极是Cl―失去电子被氧化成Cl2，电极反应式为2Cl――2e―＝Cl2↑；
阴极是Mg2+得到电子被还原成Mg，电极反应式为Mg2++2e―＝Mg。
（2）①K、Na 的活泼性相近，要从上述可逆的置换反应中制取K，主要是利用K 的沸点比Na 的低，而控制温
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度使K 气化，其余三种物质均为液体，便于生成的K 蒸气不断逸出，使反应向生成K 的方向进行而制得K。所
以温度应该高于K 的沸点（774℃），高于其余三种物质中熔点最高的NaCl 的熔点（801℃），而低于其余三
种物质中沸点最低的Na 的沸点（890℃），综上分析，合适的温度范围应大于801℃，小于890℃。②从上分析
可知，制备钾必须采用适当的高温，保证钾以蒸汽形式存在，而减小压强，平衡Na（l）+KCl（l）
NaCl
（l）+K（g）正向移动，所以制取钾的条件为适当高温低压。③因为制备反应为可逆反应，而且钾蒸汽和钠蒸
汽的沸点差别不是特别大，所以制备的钾蒸汽中一定含有少量的钠蒸汽。检验金属钠可以用焰色试验，钠的焰
色为黄色。
（2）铝热反应是热还原法的一种，利用铝的还原性比铁的强将铁置换出来，反应的化学方程式为8Al+3Fe3O4
9Fe+4Al2O3，该反应转移电子数为24，即9Fe~24e―，所以n（e―）＝
n（Fe）＝
×
＝
4×104mol。
【答案】（1）阳极：2Cl――2e―＝Cl2↑ 阴极：Mg2++2e―＝Mg
（2）①801℃~890℃ ②C ③钠 焰色试验
（3）8Al+3Fe3O4
9Fe+4Al2O3 4×104mol
知识点05 金属材料与合金
一、金属材料与合金的性质
1．金属材料：包括纯金属及其合金
2．合金的组成和性能
（1）形成：所有成分在一定温度范围内都是液体
（2）合金具有金属特性，如导电、传热等。
（3）合金硬度变大的原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动变得困难。
二、铁合金
1．合金元素：主要是铁和碳
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量2%~4.3%，硬度大，抗压、性脆、韧性差
（2）钢：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韧性好、机械性能好
3．钢的分类
（1）碳素钢
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①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是铬（
Cr
）
和镍（
Ni
）
三、其他合金
1．铝合金
（1）硬铝
①合金元素：Cu、Mg、Si、Mn
②性能：密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力
（2）镁铝合金：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
2．青铜：铜和锡合金，最早使用的合金
3．储氢合金
（1）概念：能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料
（2）实用性要求
①储氢量大
②金属氢化物容易形成，稍微加热容易分解
③室温下吸、放氢速率快
（3）代表物：Ti-Fe 合金，La-Ni 合金
4．其他新型合金：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等
易错点：合金的易错知识点
（1）合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
（2）合金是混合物，不是化合物。
（3）在合金中各组成成分元素的化合价都为0 价
。
（4）合金在空气中容易形成原电池，所以一般合金比纯金属易被腐蚀。但是不锈钢不易被腐蚀。
（5）具有特定组成的合金，具有固定的熔沸点。
【典例06】JerryWoodall 教授经研究发现，含有95%的铝和5%的镓、铟及锡组成的新型合金与水能快速反应制
得氢气，由于整个反应中，只消耗铝，而反应生成的Al2O3可回收再利用，这样不仅降低了制氢气的成本，而
且方便快捷，这一发现将燃氢汽车的研发推向新的里程碑。据此，下列说法不正确的是（ ）。
A．铝作为燃料，有资源丰富的优势
B．组成合金的几种金属元素都位于周期表第ⅢA 族
C．合金与水反应的总反应式为：2Al+3H2O＝Al2O3+3H2↑
D．合金中的镓、铟及锡对铝与水的反应起到催化作用
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【解析】选B。铝是地壳中含有最多的金属，所以铝作为燃料，有资源丰富的优势，故A 正确；铝、镓、铟是
周期表第ⅢA 族元素，锡是周期表第ⅣA 族元素，故B 错误；整个反应中，只消耗铝，而反应生成的Al2O3，
则反应的方程式为2Al+3H2O＝Al2O3+3H2↑，故C 正确；由镓、铟及锡组成的新型合金与水能快速反应制得氢
气，且只有铝反应进行，则合金中的镓、铟及锡对铝与水的反应起到催化作用，故D 正确。
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