铜及其化合物的考查方式探析

黄明坂

方式一：考查铜单质的性质

铜单质是元素周期表中第四周期ⅠB族的元素，纯铜呈紫红色，具有良好的导热、导电性。铜常见的化合价为+1和+2价，化学性质较不活泼，可以与一些非金属物质、氧化性酸以及一些盐发生反应。高考常基于铜单质的性质开展知识考查，涉及到铜的化学方程式、化学现象及产物分析。

例1 校化学小组想设计化学方案比较金属铜和铁的活动性强弱，有表1所列几种方案及对应的现象，其中可证明铁的金属活动性比铜强的有（ ）。

A将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有红色物质析出

B分别将铜丝和铁丝与氯气进行燃烧反应其产物分别为FeCl3和CuCl2

C分别将铜和铁放入热的浓硫酸中产物分别为Fe2（SO4）3和CuSO4

D将铜片和铁片用导线相连，同时插入到稀硫酸中铁片发生了溶解，且铜片上有气泡生成

分析 该题目以方案分析的方式考查铜的化学性质以及活泼性，需要结合铜单质的化学性质和活动性强弱比较方法进行探析。常见的方法有置换法、同种物质反应对比法以及电化学法等，可针对不同的方法原理深入探究。

解 A方案属于置换法，金属活动性强的金属可以将活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来，因此该方案可以证明铁比铜活泼;B方案属于同种物质反应比较法，两者均可以与氯气进行反应，生成对应的氯化物，但无法通过反应来判断两者的活泼性;C方案将两者分别与热的浓硫酸反应，形成的物质与元素的化合价相关，故不能根据金属失去的电子数来判断金属性;D方案是常用的电化学法，在稀硫酸中构建了相应的原电池，铁片溶解，铜片上有气泡表明铁可以置换出氢气，而铜不能，故铁的金属性比铜强。所以正确的选项为A和D。

评析 从铜的性质角度展开知识考查是最基本的方式，铜的性质学习需要充分结合铜在元素活动性顺序表中的位置，考虑元素最外层电子数，从物理和化学两个角度展开，特别需要注意掌握金属活动性的比较方法。

方式二：考查铜及其化合物的转化关系

铜以及化合物在自然界中主要有三种价态：0价、+1价和+2价，基于不同的价态存在众多的化合物，这些物质之间通过某种方式可以相互转化，如单质铜可以在氧化剂的作用下氧化为+1和+2价铜，如Cu2S、CuO;而+1和+2价铜在相应还原剂的作用下可以还原为铜单质，同时+1和+2价的铜之间也可以相互转化。学习其转化关系最为有效的方式是构建相应的关系网，列出对应的化合物和转化条件。

例2 已知如图1所示转化关系中物质M和N均为单质，则M可能为（ ）。

A. Na B. Al C. Fe D. Cu

分析 上述存在物质的连续转化，总体而言是单质M和N生成对应的化合物，然后溶于水形成对应的溶液，最后通过电解的方式重新从溶液中将单质析出，分析时可以结合对应的选项采用假设排除的方式。

解 选项中的Na、Al和Fe位于金属活动性顺序表的前列，属于活泼金属，故不能采用电解对应溶液的方式获得单质，因此可以将其排除。而实验室可以通过电解铜盐的方式获得铜单质，其中的Q可能为CuCl2，则M和N分别为Cu和Cl2，因此转化关系为Cu和Cl2在点燃条件下生成CuCl2，然后形成对应的溶液，最后采用电解的方式获得单质Cu和Cl2，所以正确的选项为D。

评析 上述是关于铜以及化合物的关系转化题，分析时以单质的电解作为突破口。铜以及化合物的关系网构建相对较为复杂，构建时可以从化合价角度进行，也可以以常见的化合物为框架进行构建，借助图网的方式梳理知识。

方式三：考查与铜相关的电化学知识

铜是一种重要的金属，在生活和生产中有着广泛的应用，高考常从电化学角度对其加以考查，主要涉及电解精炼铜和电镀铜两类，其中精炼铜时常以粗铜作为阳极，精铜作为阴极，以硫酸铜溶液作为电解质溶液;而电镀铜时镀件作为阴极，所镀的铜作为阳极，电镀液选用含有铜离子的电解质溶液。

例3 校实验小组设计了如图2所示的电化学腐蚀装置，用以探究电解精炼铜（粗铜中含有Ag、Zn、Fe），则下列选项的叙述正确的是（ ）。

A. 使用该装置精炼铜时，电解质应选用硫酸铜溶液，Y电极发生的反应为：Cu2++2e-Cu

B. 精炼过程中，溶液中Ag+、Zn2+、Fe2+的浓度会增大

C. 装置的X电极为石墨，Y电极为Cu，精炼过程中铜会受到保护

D. X电极为铁，Y电极为铜时，可以保护铁

分析 该题主要考查电解池的构成条件和相关原理，分析时需要结合电化学知识，采用电解法精炼铜，则粗铜必然为阳极，与电源的正极相连，以硫酸铜溶液作为电解质，电解过程中阴极会受到保护。

解 A选项，电解池的Y极为阴极，材料为精铜，由于硫酸铜作为电解质，则阴极的电极反应为Cu2++2e-Cu，正确;B选项，精炼铜的过程中，根据金属活动性顺序表可知铜比银活泼，所以银不会放电，只有Zn2+和Fe2+的浓度会增大，错误;C选项分析电解质的组成结构，阴极材料为铜，阳极材料为石墨，则在阴极上发生的反应为溶液中的铜离子得到电子生成铜，使得铜材料受到保护，正确;D选项，电解池会保护阴极材料，而阳极上的铁会失去电子生成离子，故铁会受到腐蚀，错误。所以正确的选项为A、C。

评析 从电化学角度考查铜的相关知识，除了涉及到铜的相关性质外还包括原电池和电解池的相关内容，问题分析首先需要从装置的结构入手，然后结合相关原理和金属性质开展探究，确定电极反应，分析溶液变化。

方式四：考查与铜相关的量的计算

从氧化还原角度考查与铜相关的量的计算是高考的常考题型，铜的化合物较多，涉及到众多的化学反应，在分析混合物量的问题时可以从电子转移角度进行，结合守恒定律来分析求解。

例4 将一定量的CuS和Cu2S的混合物放入足量的硝酸中，收集到标准状态下V L的气体，然后向反应后的溶液中加足量的NaOH，可产生蓝色沉淀，过滤、洗涤、灼烧后得到CuO 12.0 g，如果收集的是NO和NO2的混合气体，且体积相等，则V可能为（ ）。

A. 9.0 L B. 13.5 L

C. 15.7 LD. 16.8 L

分析 CuS和Cu2S与硝酸反应生成了NO和NO2，溶液中存在Cu2+和SO2-4，沉淀为Cu（OH）2，灼烧后可得CuO，考查的是氧化还原反应的计算，可从电子转移角度进行分析。

解 采用极限法，若混合物全部为CuS，则发生的电子转移为1.2 mol，气体体积相等，计算可得NO和NO2均为0.3mol，则体积为13.44 L;若混合物全部为Cu2S，电子转移数为0.75 mol，计算可得NO和NO2为0.1875 mol，气体体积为8.4 L，故气体体积应介于两者之间，故选项A正确。

评析 上述采用极限思维，从氧化还原反應的电子转移角度展开问题分析，从而获得了相关气体体积的临界值。总体而言采用了化学计算的守恒法，该思路是计算该类题最为有效的策略，学习时需掌握基本的化学反应，逐步构建守恒体系。

（收稿日期：2019-02-12）