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例析新高考化學試題中的“孔雀石”
戚玉良 邢瑞斌*
( 山東省沂水縣第三中學 276400 )
孔雀石，其主要成分為堿式碳酸銅，化學式為Cu2(OH)2CO3或CuCO3·Cu(OH)2，俗稱銅綠。銅在潮濕的空氣中露置，其表面會慢慢生成一層綠色的銅綠（又稱銅銹），化學方程式為：2Cu + O2 + CO2 +H2O == Cu2(OH)2CO3 ，這在我們的日常生活中經常見到。因而學生對其并不陌生。現行的高中《新課程標準》以及《考試大綱》中都作出了“根據生產、生活中的應用實例或通過實驗探究，了解銅及其重要化合物的主要性質及其應用” 的明確規定，從而使銅及其化合物尤其是堿式碳酸銅成為了高考命題的熱點。近幾年的新課程高考試題中，頻頻涉及到。下面筆者就結合近幾年的高考試題進行分類解析，以供大家參考。
孔雀石的產生主要是巖石中的銅礦物被氧化從而產生了銅綠，把整塊的巖石染成了綠色，因而，地質人員把它命名為孔雀石。它主要呈現淺綠色細小顆粒或是無定形的粉末狀態，是銅在空氣中生成銅銹的主要的成分。這種粉末有毒，不穩定，于473 K (200℃) 時發生分解：CuCO3·Cu(OH)22CuO+CO2↑+H2O 。孔雀石不溶于水，易溶于酸而生成對應的銅鹽，如：CuCO3·Cu(OH)2+4H+ ===2Cu2+ + CO2↑+3H2O 。　 此外，銅綠還能溶于氰化物、銨鹽等，生成能溶于水的絡合物離子；銅綠的制備，可用碳酸氫鈉和硫酸銅兩種溶液混合后經過濾后干燥（低溫）即可制得。銅綠主要應用于制造煙火、油漆、磷毒解毒劑等。
一、以 Cu2(OH)2CO3為載體，考查化學綜合推理能力
例1.（2009年浙江，26）各物質之間的轉化關系如下圖，部分生成物省略。C、D是由X、Y、Z中兩種元素組成的化合物，X、Y、Z的原子序數依次增大，在周期表中X的原子半徑最小，Y、Z原子最外層電子數之和為10。D為無色非可燃性氣體，G為黃綠色單質氣體，J、M為金屬，I有漂白作用，反應①常用于制作印刷電路板。
請回答下列問題：
（1）寫出A的化學式____________，C的電子式______________。
（2）比較Y與Z的原子半徑大小：_________＞_______（填寫元素符號）。
（3）寫出反應②的化學方程式(有機物用結構簡式表示) _________________，
舉出該反應的一個應用實例_______________________。
（4）已知F溶于稀硝酸，溶液變成藍色，放出無色氣體。請寫出該反應的化學方程式：
________________。
（5）研究表明：氣體D在一定條件下可被還原為晶瑩透明的晶體N，其結構中原子的排列為正四面體，請寫出N及其2種同素異形體的名稱______、_______、_______。
【參考答案】（1）Cu2(OH)2CO3 [ Cu(OH)2·CuCO3 ] 或CuCO3；
（2）C＞O（3）CH2OH(CHOH)4CHO＋2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOH＋Cu2O↓＋2H2O 醫學上可用這個反應檢驗尿液中的葡萄糖（或工業制銀鏡）；
（4）3Cu2O＋14HNO3（稀）6Cu(NO3)2＋2NO↑＋7H2O
（5）金剛石、石墨、富勒烯（C60）（或無定型炭、炭納米管等）。
【解法探究】
本題是以Cu2(OH)2CO3為重點目標的元素無機推斷題，主要考查了元素周期律、元素周期表以及常見典型元素（Cu、Fe、Cl）所對應的單質、化合物的性質，通過物質間的相互轉化來推斷其物質，分析物質的性質，寫出相應的化學方程式。意在重點考查學生的閱讀理解能力，邏輯推理、分析判斷問題的能力。
根據題意，首先推出X為H，G為Cl2， 反應①為2FeCI3 ＋ Cu === 2FeCl2 ＋ CuCl2 ，即M為Cu，L為FeCl3，K為FeCl2 ，由轉化關系可知，FeCl2由H與一金屬反應得到，結合J為金屬可知，J為Fe ，H為HCl , I有漂白作用為HClO，C為H2O ，O最外層電子數為6，另一元素原子最外層電子數為4，因為X、Y、Z得原子序數依次增大，所以Y為C， Z為O 。B→E→F這條線根據現象與葡萄糖可知F為Cu2O , E 為Cu(OH)2 , B為CuCl2，即A與HCl 反應得CuCl2 、H2O、CO2 ，所以A為CuCO3 或堿式碳酸銅。
（1）注意要求寫A的化學式、水的電子式。（2）C與O屬同周期元素，從左到右，原子半徑隨原子序數遞增而減小。（3）葡萄糖是多羥基醛，與新制Cu(OH)2發生反應。方程式也可以寫為CH2OH(CHOH)4CHO＋2Cu(OH)2 ＋NaOHCH2OH(CHOH)4COONa＋Cu2O↓＋3H2O ，實例可以舉醫學上檢驗病人是否患有糖尿病。（4）Cu2O與HNO3反應被氧化為Cu2＋ ，同時生成無色氣體NO，注意書寫化學方程式后配平。（5）CO2被還原為C ，根據題意可知晶體N為金剛石，再寫出其同素異形體。
二、以孔雀石（ Cu2(OH)2CO3 ）為載體，考查化學綜合實驗能力
例2.（2009年山東，30）孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3 ，還含少量Fe、Si的化合物，實驗室以孔雀石為原料制備CuSO4·5H2O及CaCO3 ，步驟如下：
請回答下列問題：
（1）溶液A中的金屬離子有Cu2+、Fe2+、Fe3+ ：從下列所給試劑中選擇：實驗步驟中試劑①為　　　　（填代號），檢驗溶液A中Fe3+的最佳試劑為　　　　（填代號）。
a. KMnO4　 b. (NH4) 2S c. H2O2 d. KSCN
（2）由溶液C獲得CuSO4·5H2O，需要經過加熱蒸發、　　　　、過濾等操作。除燒杯、漏斗外，過濾操作還用到另一玻璃儀器，該儀器在此操作中的主要作用是　　　　。
（3）制備CaCO3時，應向CaCl2溶液中先通入（或先加入）　　　　（填化學式）。若實驗過程中有氨氣逸出、應選用下列　　　　裝置回收（填代號）。
（4）欲測定溶液A中Fe2+的濃度，需要用容量瓶配制某標準溶液，定容時視線應　　　　，直到　　　　。用KMnO4標準溶液滴定時應選用　　　　滴定管（填“酸式”或“堿式”）。
【參考答案】（1）c、d；（2）冷卻結晶、引流；（3）NH3·H2O b；（4）平視凹液面（或平視刻度線）、凹液面的最低點與刻度線相切 酸式
【解法探究】
本題的設計，主要是以孔雀石（ Cu2(OH)2CO3）制備CuSO4·5H2O及CaCO3的實驗為載體，全面考查化學實驗的基礎知識，意在考查學生物質檢驗、分離和提純，溶液配制、滴定實驗等各方面的基本操作與技能。
（1）根據溶液A中存在的三種金屬離子，加入試劑①的目的是將Fe2＋轉化Fe3＋，且不引入新的雜質，根據題目給出的試劑，選取H2O2；檢驗Fe3＋最好選用KSCN呈明顯的紅色；
（2）由溶液C獲得硫酸銅晶體時，要依次進行加熱蒸發、冷卻結晶、過濾等基本操作；在過濾操作中用到的玻璃儀器除燒杯、漏斗外，還用到玻璃棒，其主要作用是引流；（3）制備CaCO3時，應先向CaCl2溶液中加入堿性物質并且不引入新雜質，故應加入NH3·H2O或通入NH3；NH3的溶解度很大，應選用一套防止倒吸的裝置，故選用b裝置；（4）用容量瓶配制溶液定容時視線應平視凹液面，直到凹液面的最低點與刻度線相切；KMnO4溶液具有強氧化性，能夠氧化堿式滴定管中的橡膠管，故選用酸式滴定管。
在解答此題的過程中，如果不能準確理解實驗過程中溶液A中加試劑①的目的，將會造成錯誤解答；對于定容操作時描述不規范也容易造成錯誤。
三、以孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）為載體，考查實驗設計能力
例4.（2009寧夏，26）堿式碳酸銅可表示為：x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O , 測定堿式碳酸銅組成的方法有多種。
（1）現采用氫氣還原法，請回答如下問題：
①寫出x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O與氫氣反應的化學方程式 ；
②試驗裝置用下列所有儀器連接而成，按氫氣流方向的連接順序是（填入儀器接口字母編號）：
（a）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（l）
③稱取23.9g某堿式碳酸銅樣品，充分反應后得到12.7g殘留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。該樣品的結晶水質量為 g，化學式為 ；
（2）某同學以氮氣代替氫氣，并用上述全部或部分儀器來測定堿式碳酸銅的組成，你認為是否可行？請說明理由。 。
【參考答案】(1) ①x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O+(x+y)H 2 (x+y)Cu+ xCO2+(x+2y+z)H2O
②a→k,j→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l ③1.8 CuCO3·Cu(OH) 2·H2O
(2)可行 根據反應 x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O  (x+y)CuO+ xCO2↑+(y+z)H2O↑,依據堿式碳酸銅、CuO、CO2和H2O質量（或其中任意三個量），即可計算出其組成。
【解法探究】
本題是以孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）成分的測定為實驗載體，主要考查了儀器組裝、藥品選擇、數據測定、結果分析等為實驗步驟的實驗設計能力。
（1）本題的堿式碳酸銅與氫氣反應看似是一個很難的信息，其實細心一點只要把它理解為CuCO3和Cu(OH)2受熱分解，分解后的產物CuO再與氫氣反應，第①問題即可解決；對于第②問，則要能夠分析、測定出反應后CO2和H2O的質量，因此對于氫氣發生裝置以后的儀器選擇，則主要考慮是如何除去氯化氫和水蒸氣，防止對后續測定的影響；因此，測定H2O和CO2分別要用濃硫酸和堿石灰。儀器連接時，則要注意洗氣瓶中導管要“長進短出”，其中水的作用為觀察H2生成速率的。第③問：根據題意分析，殘留固體一定是Cu ，根據元素守恒可得出Cu 的物質的量，根據CO2的質量和碳原子守恒，可以確定x ，由總的Cu 守恒，減去CuCO3中的Cu ，即得出Cu(OH) 2的Cu ，也即出y的值。根據質量守恒，減去CuCO3和Cu(OH) 2的質量，即可得出結晶水質量為1.8g。該堿式碳酸銅化學式為CuCO3·Cu(OH) 2·H2O 。
（2）在分析（1）問中①方程式書寫時，便得到堿式碳酸銅熱分解的方程式：x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O  (x+y)CuO+ xCO2↑+(y+z)H2O↑，依據元素守恒和質量守恒分析可知，堿式碳酸銅、CuO、CO2和H2O質量（或其中任意三個量），然后計算出其組成得出答案。
四、以孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）等礦石為載體，考查化學基本概念和原理
銅在自然界中存在游離單質，但很少，主要以化合態形式存在，常見的銅礦石有輝銅礦（Cu2S）、黃銅礦（CuFeS2）、斑銅礦（Cu5FeS4）、銅藍礦（CuS）、赤銅礦（Cu2O）和孔雀石[CuCO3 · Cu(OH)2]等, 金屬銅的冶煉主要從黃銅礦中進行提煉。
例3.（2008年廣東，22）銅在自然界存在于多種礦石中，如：
礦石名稱
黃銅礦
斑銅礦
輝銅礦
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu(OH)2
請回答下列問題：
(1）上表所列銅化合物中，銅的質量百分含量最高的是　　　　　。
(2）工業上以黃銅礦為原料。采用火法熔煉工藝生產銅。該工藝的中間過程會發生反應：2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑，反應的氧化劑是　　　　　。
(3）SO2尾氣直接排放到大氣中造成環境污染的后果是　　　　　；處理該尾氣可得到有價值的化學品，寫出其中1種酸和1種鹽的名稱　　　　　。
(4）黃銅礦熔煉后得到的粗銅含少量Fe、Ag、Au等金屬雜質，需進一步采用電解法精制。請簡述粗銅電解得到精銅的原理：　　　　　。
(5）下表中，對陳述Ⅰ、Ⅱ的正確性及其有無因果關系的判斷都正確的是　　　(填字母）。
選項
陳述Ⅰ
陳述Ⅱ
判斷
A
銅綠的主成分是堿式碳酸酸銅
可用稀鹽酸除銅器表面的銅綠
Ⅰ對；Ⅱ　對；有
B
銅表面易形成致密的氧化膜
銅容器可以盛放濃硫酸
Ⅰ對；Ⅱ　對；有
C
鐵比銅活潑
鉚在銅板上的鐵釘在潮濕空氣中不易生銹
Ⅰ對；Ⅱ　對；有
D
藍色硫酸銅晶體受熱轉化為白色硫酸銅粉末是物理變化
硫酸銅溶液可用作游泳池的消毒劑
Ⅰ錯；Ⅱ　對；無
【參考答案】(1)Cu2S (2)?? Cu2O和Cu2S (3)?? 形成酸雨，會對植物和建筑物等造成嚴重危害；硫酸、硫酸鈣 (或硫酸鈉、硫酸銨) (4)??以硫酸銅—硫酸溶液為電解液。電解時，粗銅（陽極）中的銅以及比銅活潑的金屬失去電子進入溶液，不如銅活潑的金屬沉入電解槽 形成“陽極泥”；溶液中的Cu2+得到電子沉積在純銅（陰極）上。 (5)?? A．D
【解法探究】
此題主要以孔雀石（Cu2(OH)2CO3）等多種銅礦石為載體，全面考查學生對金屬腐蝕、原電池和電解池的工作原理以及氧化還原反應本質理解的同時；主要考查了學生運用相關知識原理，采用分析、綜合的方法去解決簡單化學問題的能力。并對學生進行了環保意識的培養。
(1)根據上表所列的四種銅礦石的化學式及元素的相對原子質量進行計算，CuFeS2：34.8% ；Cu5FeS4：63.5% ；Cu2S：80% ；CuCO3·Cu（OH）2：57.6% ，故銅的質量百分含量最高的是Cu2S 。
(2)??Cu2O，Cu2S的Cu由+1被還原為0價，作氧化劑；Cu2S的S有-2價被氧化為+4價，作還原劑。所以反應的氧化劑為Cu2O和Cu2S 。
(3)??SO2尾氣直接排放到大氣中造成環境污染的后果是形成酸雨。處理SO2尾氣一般為循環制備硫酸，可用Ca（OH）2 、NaOH或氨水吸收，可得到CaSO4、Na2SO4和（NH4）2SO4等有價值的化學物品。
(4)??粗銅電解得到精銅的原理：電解池中，粗銅作陽極，精銅作陰極，電解質為硫酸銅溶液。陽極上發生氧化反應，Cu失去電子，使Cu單質變為Cu2+進入溶液中Cu -2 e- == Cu2+；陰極上發生還原反應，Cu2+得到電子在陰極上析出Cu單質，Cu2++2e- == Cu，從而達到精制Cu的目的。
(5)??稀鹽酸可以與Cu（OH）2和CuCO3反應，而且稀鹽酸不能與Cu反應，所以可以除銅器表面的銅綠（ CuCO3·Cu（OH）2 ），故A項判斷是正確的。銅表面不能形成致密的氧化膜；而銅和濃硫酸在常溫下是發生反應的，產物為硫酸銅、SO2和水，但反應很慢，反應過程為放熱，隨著反應的進行，速率會越來越快，所以不能用銅制容器裝濃硫酸，故B選項錯誤。因為Fe比Cu活潑，所以Fe-Cu形成的原電池中，Fe作負極，更容易被氧化生銹，故C項錯誤。藍色硫酸銅晶體受熱將會轉化為白色硫酸銅粉末，過程中只有舊鍵的斷裂，沒有新鍵的形成（CuSO4·5H2O中，H2O與Cu2+有配位鍵），故不屬于化學變化，只有物理變化；而CuSO4可用作消毒劑，但與前者沒有因果關系，故D選項正確。
綜上所述，答案應選A、D兩項。
五、以孔雀石（ Cu2(OH)2CO3）等礦石為載體，考查化學計算能力
例5.（2004年廣東，23）孔雀石和石青是自然界存在的兩種碳酸鹽類銅礦，它們的化學組成可表示為：xCuCO3·yCu（OH）2（x、y為正整數且x≤2，y≤2）。
（1）孔雀石和石青分別與過量鹽酸反應時，孔雀石耗用的鹽酸的物質的量與生成的CO2的物質的量之比為4：1；石青則為3：1。請推算它們的化學組成。
孔雀石 ；　　石青 。
（2）現有孔雀石和石青混合樣品，取兩份等質量的樣品，在一份中加入過量鹽酸，生成CO23.36L（標準狀況下）；加熱另一份樣品使其完全分解，得到CuO 20g，試通過計算確定該混合物中孔雀石和石青的物質的量之比。
【參考答案】（1）孔雀石：CuCO3?Cu(OH)2 石青：2CuCO3?Cu(OH)2 （2）1：1
【解法探究】
本題以孔雀石和石青的化學組成為命題背景，主要考查了學生對銅及其化合物性質基本知識的掌握情況以及能夠根據題意列式求算的基本能力。
解：(1)設孔雀石的化學式為： xCuCO3?yCu(OH)2
則依題意：

孔雀石的化學式為CuCO3?Cu(OH)2
又設石青的化學式為：xCuCO3?yCu(OH)2
則

石青的化學式為2CuCO3?Cu(OH)2
(2)設該樣品中孔雀石的物質的量為x，則石青的為1-x

孔雀石與石青的物質的量之比為 1：1
從以上幾點可以看出，一種物質能夠在這么多的高考試題中多次涉及且越考越熱，這說明了該物質在能力測試方面有著重要的作用。如果我們教師在實際的教學中，能夠全方位地對學習的物質進行分析歸納，即從物質的結構、性質、制備以及用途各方面逐條梳理，牢固掌握，靈活運用，那么高考試題的新穎性和陌生感就會蕩然無存，能力的發揮也就如魚得水。

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