高一化學人教版必修一講義第3章金屬及其化合物第1節(jié)第2課時

第2課時金屬與酸和水的反響[學習目標定位]1.會描述鈉與水反響的現象，并能解釋產生現象的緣由，會正確書寫化學方程式和離子方程式。2.通過試驗完成鐵與水蒸氣的反響，并會檢驗產物、書寫化學方程式。一金屬與酸的反響1.分別寫出以下反響的化學方程式：(1)鈉與鹽酸反響_____________________________________________________；(2)鎂條放入稀硫酸中____________________________________________________；(3)金屬鋁溶于鹽酸中_______________________________________________。答案(1)2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑(2)Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑(3)2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2.相同物質的量的鈉、鎂、鋁三種金屬分別與足量的鹽酸反響：(1)反響猛烈程度最大的是________；(2)完全反響后，產生氫氣最多的是________；(3)相同條件下，三種金屬產生氫氣的體積比是________。答案(1)鈉(2)鋁(3)1∶2∶3解析(1)金屬與酸反響的猛烈程度取決于金屬的活動性，金屬的活動性越強，與酸反響就越猛烈，所以鈉與酸反響的猛烈程度最大，猛烈程度最小的是鋁。(2)相同物質的量的三種金屬中，鈉失去電子數最少，鋁失去電子數最多，所以鋁產生的氫氣的量最多。(3)由于1mol鈉可轉移1mol電子，1mol鎂可轉移2mol電子，1mol鋁可轉移3mol電子，所以相同物質的量的三種金屬鈉、鎂、鋁轉移電子的物質的量之比為1∶2∶3(即它們呈現的化合價之比)，在相同條件下產生氫氣的體積比為1∶2∶3。歸納總結金屬與酸的反響(1)金屬活動性挨次表中氫以前的金屬較活潑，一般能與酸反響生成鹽和氫氣。金屬的活潑性越強，與酸反響就越猛烈。(2)金屬與酸發(fā)生置換反響的實質是金屬與酸電離出的H＋之間的反響，金屬失去電子被氧化，H＋得到電子被復原。1.相同物質的量的鋁、鐵分別與足量鹽酸反響時放出氫氣的體積比是__________；相同質量的鋁、鐵與足量鹽酸反響時放出氫氣的體積比是__________。答案3∶2eq\f(1,9)∶eq\f(1,28)(或28∶9)解析相同物質的量的鋁、鐵分別與足量的鹽酸反響時，產生氫氣的體積比等于鋁、鐵呈現的化合價之比，即3∶2。相同質量的鋁、鐵分別與足量鹽酸反響時，失去電子的物質的量之比為(eq\f(1,27)×3)∶(eq\f(1,56)×2)＝eq\f(1,9)∶eq\f(1,28)＝28∶9，即為產生氫氣的體積比。二鈉與水的反響在小燒杯中參加約1/2的水，滴入1～2滴酚酞溶液，將切好的鈉投入到水中，蓋上外表皿，觀看試驗現象。填寫下表：試驗現象緣由分析鈉浮在水面上鈉的密度比水小鈉熔成光亮小球反響放熱且鈉的熔點低四處游動生成氣體發(fā)出“嘶嘶〞的響聲，且很快消逝反響猛烈溶液變紅色反響生成物顯堿性歸納總結鈉與水的反響(1)鈉與水反響的化學方程式是2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，氧化劑是H2O，復原劑是Na，離子方程式是2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑。(2)鈉與酸溶液反響①鈉與酸反響時先與酸中的H＋反響，如：2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑。②假如鈉過量，鈉把酸消耗盡之后，再與水反響。(3)鈉與堿溶液反響實質就是鈉與水的反響。(4)鈉與鹽溶液反響：鈉與鹽溶液反響時先與水反響，它包括兩種狀況：①假如鹽溶液中的溶質與氫氧化鈉不反響，只發(fā)生鈉與水的反響。②假如鹽溶液中的溶質與氫氧化鈉反響，那么會發(fā)生兩個反響，如鈉與硫酸銅溶液的反響：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑；2NaOH＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋Na2SO4。2.將mol金屬鈉投放到10mL1mol·L－1鹽酸中：(1)反響的化學方程式是______________________________________；(2)反響完全后在標準狀況下產生氫氣的體積是________。答案(1)2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑、2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑(2)L解析鹽酸的物質的量是L×1mol·L－1＝mol，鈉過量。鈉與鹽酸反響，不僅要考慮鈉與鹽酸的反響產生氫氣，而且要特殊留意在鈉過量時，還會與水反響也產生氫氣，所以mol鈉完全反響，產生氫氣mol，在標準狀況下體積為mol×L·mol－1＝L。理解感悟鈉的性質簡潔記憶法：銀白輕低軟，傳導熱和電，遇氧產物變，遇氯生白煙，浮熔游響紅，遇水記五點，遇酸酸優(yōu)先，遇鹽水在前。三鐵與水蒸氣的反響設計如下圖裝置，完成鐵粉與水蒸氣反響的試驗，觀看試驗現象，填寫下表。試驗裝置與操作試驗現象緣由解釋用酒精噴燈加熱復原鐵粉C試管產生氣泡，液面下降有氣體產生C試管收集滿氣體后點燃有爆鳴聲反響產生氫氣試驗結論鐵在高溫下能與水蒸氣反響，其化學方程式是3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H23.某化學愛好小組利用如圖裝置進行“鐵與水反響〞的試驗，并檢驗產物的性質，請答復以下問題：(1)A裝置的作用是________________，燒瓶底部放碎瓷片的作用是___________________。(2)寫出裝置B中發(fā)生反響的化學方程式：__________________________________，該反響中氧化劑是________，氧化產物是______。(3)D的作用是___________________________________________。(4)E中的試驗現象是________。(5)A、B兩個裝置中應先點燃________處的酒精(噴)燈，點燃E處酒精燈之前應進行的操作是______________________________________。答案(1)產生水蒸氣防止加熱時液體暴沸(2)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2H2OFe3O4(3)汲取未反響的水蒸氣，枯燥H2(4)黑色固體變成紅色，玻璃管內壁上有水珠生成(5)A收集H2并檢驗其純度解析(1)B中發(fā)生的反響是3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2，故A裝置為B中的反響供應水蒸氣。(3)D的作用是汲取未反響的水蒸氣，枯燥H2。(4)E中的反響為H2＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2O，故試驗現象是黑色固體變紅，且玻璃管內壁上有水珠生成。(5)應先點燃A處的酒精燈，排解B中的O2，再點燃酒精噴燈。進行H2復原CuO的試驗前，應首先檢驗H2的純度。金屬單質無論是與水反響，還是與酸反響，金屬都是作復原劑，水或酸作氧化劑。金屬與酸或水反響的難易，取決于金屬的活動性強弱，金屬越活潑，反響就越簡潔。1.把以下金屬投入mol·L－1鹽酸中，能發(fā)生反響且反響最猛烈的是()A.CuB.FeC.MgD.Al答案C解析由金屬活動性挨次可知，Fe、Mg、Al能與鹽酸反響，而Cu不與鹽酸反響，金屬越活潑，與酸反響越猛烈，在Fe、Mg、Al中，Mg最活潑，反響最猛烈。2.Mg、Al組成的混合物與足量鹽酸反響，產生標準狀況下的氫氣L，以下推斷中不正確的選項是()A.參與反響的Mg、Al共molB.參與反響的HCl為molC.Mg、Al在反響中共失去mol電子D.假設與足量的稀硫酸反響能產生molH2答案A解析反響的實質為Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑，n(H2)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，那么參與反響的n(H＋)＝0.4mol。假設換成稀H2SO4，同樣產生0.2molH2。依據得失電子守恒，由2H＋→H2得電子總數為0.2mol×2＝0.4mol，C正確。0.2molMg供應0.4mol電子，0.2molAl那么供應0.6mol電子，0.2molMg、Al混合物供應的電子數大于0.4mol小于0.6mol，A錯誤。3.鈉與水反響時產生的各種現象如下：①鈉浮在水面上②鈉沉在水底③鈉熔化成小球④小球快速游動漸漸減小，最終消逝⑤發(fā)出嘶嘶的聲音⑥滴入酚酞后溶液顯紅色其中正確的選項是()A.①②③④⑤ B.全部C.①②③⑤⑥ D.①③④⑤⑥答案D解析鈉的密度比水小，浮在水面上。4.某同學將一小塊鈉投入滴有酚酞的水中，此試驗能證明鈉下面4點性質中的()①鈉的密度比水的小②鈉的熔點較低③鈉與水反響時放出熱量④鈉與水反響后溶液呈堿性A.①④B.①②④C.①③④D.①②③④答案D解析Na與水反響時，浮在水面上(密度比水小)，熔化成閃亮的小球(反響放熱，鈉熔點低)，在水面四處游動(有氣體生成)，同時溶液使酚酞變紅色(生成堿性物質)，表達了①②③④四點性質。5.以下關于鐵與水反響的描述中，不正確的選項是()A.鐵與水蒸氣反響的產物是黑色的Fe2O3B.紅熱的鐵能與水蒸氣反響，放出的氣體點燃時能發(fā)出爆鳴聲C.鐵與水蒸氣的反響是氧化復原反響D.常溫下，Fe與H2O不反響，但在空氣中的O2、H2O共同作用下能發(fā)生反響答案A解析鐵與水蒸氣反響的化學方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2，生成黑色的Fe3O4，A錯誤；H2在不純的氧氣中點燃時能發(fā)出爆鳴聲，B正確；該反響為氧化復原反響，C正確；常溫下，鐵在潮濕的空氣中被緩慢氧化，D正確。6.如下圖，在燒杯中盛有100mL蒸餾水，水中懸浮著一個外表光滑、耐堿、耐熱的小球(此球穩(wěn)定在水的中心)，將10g金屬鈉分屢次投入到水中，最終使燒杯內的液體恢復到原來蒸餾水的溫度。答復以下問題：(1)10g鈉要分屢次投入的主要緣由是_____________________________________________________________________________________________________________________。(2)將10g鈉全部投入完畢所進行的次數可能是_____________________________。A.5次B.10次C.大于10次(3)試驗結束后，從燒杯內小球的位置觀看到的現象是____________________________，消失這種現象的主要緣由是_____________________________________________。(4)試驗過程中所發(fā)生反響的離子方程式是___________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)鈉與水反響猛烈，放出的熱量多，易發(fā)生爆炸(2)C(3)小球上升鈉與水反響生成氫氧化鈉，液體的密度增大，小球受到的浮力增大(4)2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑解析鈉與水反響猛烈，易發(fā)生爆炸，使用時要嚴格掌握用量，鈉的密度小于1g·cm－3，黃豆粒大小的一塊鈉的體積(立方體的邊長確定小于1cm)小于1cm3，那么其質量小于1g，故10g鈉全部投入完畢所進行的次數要大于10次。鈉與水反響生成氫氧化鈉，氫氧化鈉溶液的密度大于水的密度，小球受到的浮力增大。40分鐘課時作業(yè)[經典根底題]題組一金屬與酸的反響1.有兩種金屬的合金克，與足量稀硫酸反響后，產生的氣體在標況下的體積為L，那么組成該合金的元素可能是()A.Mg和Al B.Fe和ZnC.Mg和Cu D.Na和Zn答案A解析產生的氣體在標況下占體積11.2L，即生成的H2物質的量為0.5mol。假設金屬全部是Mg，質量為12克，假設全部是Al，質量為9克，合金的質量為克，在兩者之間，有可能，A正確；假設金屬全部是Fe，質量為28克，假設金屬全部是Zn，質量為克，不行能，B錯誤；Cu與稀硫酸不反響，不行能，C錯誤；假設金屬全部是Na，質量為23克，假設金屬全部是Zn，質量為克，不行能，D錯誤。2.50g鎂、鋅、鋁的混合物與適量的稀硫酸反響，得三種鹽的混合溶液，然后加熱、蒸發(fā)、結晶得晶體(不含結晶水)218g，那么反響中得H2的質量為()A.2gB.3gC.gD.g答案C解析生成晶體增加的質量為SOeq\o\al(2－,4)的質量，m(SOeq\o\al(2－,4))＝218g－50g＝168g，H2來源于H2SO4與金屬的反響，故SOeq\o\al(2－,4)的物質的量即為H2的物質的量，n(H2)＝n(SOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(168g,96g·mol－1)＝1.75mol，m(H2)＝1.75mol×2g·mol－1＝3.5g。3.等物質的量的金屬A、B、C分別與足量的稀鹽酸反響，所得氫氣的體積依次為VA、VB、VC，VB＝2VC，且VA＝VB＋VC，那么在A的生成物中該金屬元素的化合價為()A.＋1B.＋2C.＋3D.＋4答案C解析由于等物質的量的金屬A、B、C分別與足量的稀鹽酸反響，所得氫氣的體積依次為VA、VB、VC，己知VB＝2VC，那么C化合價是＋1價，B化合價是＋2價，VA＝VB＋VC，說明A的化合價是＋3價。4.等質量的甲、乙、丙三種金屬，分別與足量的溶質質量分數相同的稀硫酸完全反響后，都生成＋2價的硫酸鹽，其產生氫氣的體積與反響時間的關系如下圖，那么以下說法正確的選項是()A.三種金屬的活動性大小為甲>乙>丙B.反響時消耗硫酸的質量肯定相同C.三種金屬的相對原子質量是甲>乙>丙D.反響速率最快的是甲，最慢的是乙答案D解析因甲、乙、丙三種金屬與H2SO4反響時都表現＋2價，反響通式為M＋H2SO4=MSO4＋H2↑，生成H2的物質的量與金屬的物質的量相等；由圖像可知生成H2的體積，V甲>V乙>V丙，那么n甲>n乙>n丙，而三種金屬的質量相等，摩爾質量越大，物質的量越小，所以三種金屬的相對原子質量：甲<乙<丙，C錯誤；消耗H2SO4的量：甲>乙>丙，B錯誤；由圖像可知反響時間甲最短，乙最長，即反響速率：甲>丙>乙，金屬越活潑，反響速率越快，三種金屬的活動性挨次為甲>丙>乙，A錯誤，D正確。5.將g鈉、9g鋁、28g鐵分別投入200mL1mol·L－1鹽酸中，結果正確的選項是()A.鈉與鹽酸反響最猛烈，產生的氣體最多B.鋁與鹽酸反響的速率僅次于鈉，但產生的氣體最多C.鐵與鹽酸反響產生的氣體比鈉多D.反響結束時產生的氣體一樣多答案A解析反響的猛烈程度由金屬的活動性打算，即鈉最猛烈，其次是鋁，鈉、鋁、鐵的物質的量分別為eq\f(1,2)mol、eq\f(1,3)mol、eq\f(1,2)mol，HCl物質的量均為0.2mol，鹽酸對三種金屬均缺乏，所以鋁和鐵與鹽酸反響時生成氫氣一樣多，均為0.1mol，但鈉消耗完鹽酸后可以與水反響又生成氫氣，所以鈉產生的氣體最多，反響最猛烈。題組二Na與H2O的反響6.不能正確表示以下反響的離子方程式的是()A.鈉與水反響：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑B.鈉與CuSO4溶液反響：2Na＋Cu2＋=Cu＋2Na＋C.鈉與鹽酸反響：2Na＋2H＋=2Na＋＋H2↑D.鈉跟氯化鉀溶液反響：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑答案B解析B中鈉與CuSO4溶液反響的實質是鈉與水反響生成的氫氧化鈉再與CuSO4反響，總方程式：2Na＋2H2O＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。7.把金屬鈉投入到以下物質的溶液中，溶液質量減輕的是()A.HCl B.Na2SO4C.FeCl3 D.NaOH答案C解析金屬鈉投入溶液中，由于Na變?yōu)殡x子形式溶于溶液，會使溶液質量增加。但是鈉與水、與酸(H＋)反響放出H2，都使溶液質量減輕。且鈉與水反響生成的堿還有可能和鹽的離子生成難溶的堿導致溶液質量減輕，溶液質量是否減輕，就要看這一增一減的凈結果。A中2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑，H＋換成Na＋，溶液質量增加；B中Na與水反響，H2O中H＋換成Na＋，溶液質量增加；C中eq\o(6Na,\s\do14(進入))＋6H2O＋2FeCl3=eq\o(2FeOH3↓,\s\do14(出來))＋6NaCl＋eq\o(3H2↑,\s\do14(出來))，明顯溶液質量減輕；D中eq\o(2Na,\s\do14(進入))＋2H2O=2NaOH＋eq\o(H2↑,\s\do14(出來))，溶液質量增加。8.在燒杯中參加水和苯(密度為g·cm－3，與水互不相溶，且不與鈉反響)各50mL，將一小粒金屬鈉(密度為g·cm－3)投入燒杯中，觀看到的現象可能為()A.鈉在水層中反響并四處游動B.鈉停留在苯層中不發(fā)生反響C.鈉在苯的液面上反響并四處游動D.鈉在苯與水的界面處反響并可能上浮下沉答案D9.將g金屬鈉放入100g水中，完全反響后溶液的質量分數為()A.eq\f(4,100＋)×100% B.eq\f(4,100＋4－)×100%C.eq\f(4,100＋4)×100% D.eq\f(4,100＋－)×100%答案D解析gNa與100g水反響生成4gNaOH和gH2，故溶液的質量為(100＋－)g，質量分數為eq\f(4,100＋－)×100%。題組三鐵與水蒸氣的反響10.等物質的量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在肯定條件下充分反響，那么在相同的條件下，產生氫氣的體積比是()A.1∶1 B.3∶4C.2∶3 D.4∶3答案B解析由化學方程式得如下關系：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑①1molVL3Fe＋4H2O(g)=Fe3O4＋4H2②3mol4VL①式中3molFe產生3VLH2，②式中3molFe產生4VLH2，故氫氣的體積比為3∶4。[力量提升題]11.某試驗小組對中學課本中可生成氫氣的反響進行了討論，總結出兩個可以生成H2的反響：①Zn＋鹽酸，②Na＋水。為點燃上述兩個反響生成的H2，他們設計了圖示裝置。請答復以下問題：(1)寫出Na與H2O反響的化學方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。(2)試驗小組在點燃用上述裝置制得的H2時，①試驗獲得勝利，②卻失敗了。他們分析認為失敗的緣由是Na的用量太少，Na與H2O的反響速率太快。于是他們預備增加鈉的用量，可老師說太危急，你認為產生危急的緣由是___________________________________________________________________________________________________。(3)試驗小組查閱鈉、煤油、水的密度分別為g·cm－3、g·cm－3、g·cm－3，并據此對試驗進行改良。在改良后的試驗中H2的生成速率減慢，緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑(2)鈉與水反響放出大量的熱，使試管內H2與O2的混合氣體點燃而爆炸(3)鈉比水輕，比煤油重，落在煤油與水的交界處。鈉與H2O反響產生的H2使鈉浮起，脫離水面，反響停止；當鈉外表的H2逸出，鈉又回落，與水反響，如此反復，減慢了Na與H2O的反響速率解析Na與H2O反響的產物是NaOH和H2，反響速率很快，并放出大量的熱，Na的用量多簡潔發(fā)生爆炸。由于ρ(煤油)＜ρ(鈉)＜ρ(水)，故鈉塊放入后將落在煤油和水的界面上。鈉與水反響，有氫氣生成，氫氣推動鈉塊上浮，當氫氣逸出后，鈉塊又下沉到煤油與水的界面上與H2O發(fā)生反響，重復發(fā)生上述現象，減慢了Na與H2O反響生成氫氣的速率。12.在肯定條件下用一般鐵粉和水蒸氣反響可以得到鐵的氧化物。該氧化物又可經過此反響的逆反響生成顆粒很細的鐵粉。這種鐵粉具有很高的反響活性，在空氣中受撞擊受熱時會燃燒，所以俗稱“引火鐵〞。請分別用以下圖所示的兩套儀器裝置，制取上述鐵的氧化物和“引火鐵〞。試驗中必需使用一般鐵粉和6mol·L－1鹽酸，其他試劑自選(裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、石棉網、加熱設備等在圖中均已略去)。填寫以下空白：(1)試驗進行時，試管A中應參加的試劑是________；燒瓶B的作用是________；燒瓶C的作用是________；在試管D中收集到的是________。(2)試驗時，U形管G中應參加的試劑是________；長頸漏斗H中應參加__________。(3)兩套裝置中，在試驗時需要加熱的儀器是__________________(填該儀器對應的字母)。(4)試管E中發(fā)生反響的化學方程式是__________________________。(5)為了平安，在E管中的反響發(fā)生前，在F出口處必需________；E管中的反響開頭后，在F出口處應________。答案(1)一般鐵粉(或鐵粉)作為水蒸氣發(fā)生器防止倒吸(或用作平安瓶)氫氣(2)堿石灰(或固體NaOH、無水CaCl2等)6mol·L－1鹽酸(3)A、B、E(4)Fe3O4＋4H2eq\o(=,\s\up7(△))3Fe＋4H2O(5)檢測氫氣的純度點燃氫氣解析首先分析兩套裝置的特點，有水槽和倒扣小試管的一套明顯是反響生成了氫氣，該裝置用于實現鐵粉與水蒸氣的反響，那么另一套用于實現“引火鐵〞的制取。13.紅熱的鐵能與水蒸氣反響，有氫氣生成，現用如下圖裝置進行鐵在高溫下與水蒸氣反響的試驗，并用簡潔的方法收集、檢驗生成的氫氣。請答復以下問題：(1)寫出鐵在高溫下與水蒸氣反響的化學方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)枯燥管C內盛放的藥品是________和________(填化學式)?？菰锕艿腳_______(填“m〞或“n〞)端與g導管相連接。(3)在D處畫出用試管收集氫氣的裝置圖(所需其他儀器自行選擇)。(4)怎樣用簡潔的方法檢驗收集到的氣體是氫氣？簡述試驗操作步驟和現象________________________________________________________________________。(5)假設收集到標準狀況下的H2為L，那么參與反響的鐵粉的質量為________g。(6)當固體質量增加32g時，生成H2的質量為________g。答案(1)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2(2)NaOHCaOn(3)(4)用拇指堵住試管口，試管口向上，靠近酒精燈火焰，松開拇指，能燃燒或發(fā)出爆鳴聲，說明收集的是H2(5)42(6)4解析(3)考慮到H2的密度比空氣的小，因此可采納向下排空氣法收集。(4)檢驗H2可采納“爆鳴〞試驗。(5)由3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H23×56g4×L42gL(6)固體質量增加是由于Fe生成了Fe3O4，增加的質量為氧的質量，故氫氣的質量為m(H2)＝eq\f(32,16)×2g＝4g。14.某化學愛好小組擬用以下圖裝置測定某粗