高一化学人教版必修一讲义第3章金属及其化合物第1节第2课时

第2课时金属与酸和水的反响[学习目标定位]1.会描述钠与水反响的现象，并能解释产生现象的缘由，会正确书写化学方程式和离子方程式。2.通过试验完成铁与水蒸气的反响，并会检验产物、书写化学方程式。一金属与酸的反响1.分别写出以下反响的化学方程式：(1)钠与盐酸反响_____________________________________________________；(2)镁条放入稀硫酸中____________________________________________________；(3)金属铝溶于盐酸中_______________________________________________。答案(1)2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑(2)Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑(3)2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2.相同物质的量的钠、镁、铝三种金属分别与足量的盐酸反响：(1)反响猛烈程度最大的是________；(2)完全反响后，产生氢气最多的是________；(3)相同条件下，三种金属产生氢气的体积比是________。答案(1)钠(2)铝(3)1∶2∶3解析(1)金属与酸反响的猛烈程度取决于金属的活动性，金属的活动性越强，与酸反响就越猛烈，所以钠与酸反响的猛烈程度最大，猛烈程度最小的是铝。(2)相同物质的量的三种金属中，钠失去电子数最少，铝失去电子数最多，所以铝产生的氢气的量最多。(3)由于1mol钠可转移1mol电子，1mol镁可转移2mol电子，1mol铝可转移3mol电子，所以相同物质的量的三种金属钠、镁、铝转移电子的物质的量之比为1∶2∶3(即它们呈现的化合价之比)，在相同条件下产生氢气的体积比为1∶2∶3。归纳总结金属与酸的反响(1)金属活动性挨次表中氢以前的金属较活泼，一般能与酸反响生成盐和氢气。金属的活泼性越强，与酸反响就越猛烈。(2)金属与酸发生置换反响的实质是金属与酸电离出的H＋之间的反响，金属失去电子被氧化，H＋得到电子被复原。1.相同物质的量的铝、铁分别与足量盐酸反响时放出氢气的体积比是__________；相同质量的铝、铁与足量盐酸反响时放出氢气的体积比是__________。答案3∶2eq\f(1,9)∶eq\f(1,28)(或28∶9)解析相同物质的量的铝、铁分别与足量的盐酸反响时，产生氢气的体积比等于铝、铁呈现的化合价之比，即3∶2。相同质量的铝、铁分别与足量盐酸反响时，失去电子的物质的量之比为(eq\f(1,27)×3)∶(eq\f(1,56)×2)＝eq\f(1,9)∶eq\f(1,28)＝28∶9，即为产生氢气的体积比。二钠与水的反响在小烧杯中参加约1/2的水，滴入1～2滴酚酞溶液，将切好的钠投入到水中，盖上外表皿，观看试验现象。填写下表：试验现象缘由分析钠浮在水面上钠的密度比水小钠熔成光亮小球反响放热且钠的熔点低四处游动生成气体发出“嘶嘶〞的响声，且很快消逝反响猛烈溶液变红色反响生成物显碱性归纳总结钠与水的反响(1)钠与水反响的化学方程式是2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，氧化剂是H2O，复原剂是Na，离子方程式是2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑。(2)钠与酸溶液反响①钠与酸反响时先与酸中的H＋反响，如：2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑。②假如钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反响。(3)钠与碱溶液反响实质就是钠与水的反响。(4)钠与盐溶液反响：钠与盐溶液反响时先与水反响，它包括两种状况：①假如盐溶液中的溶质与氢氧化钠不反响，只发生钠与水的反响。②假如盐溶液中的溶质与氢氧化钠反响，那么会发生两个反响，如钠与硫酸铜溶液的反响：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑；2NaOH＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋Na2SO4。2.将mol金属钠投放到10mL1mol·L－1盐酸中：(1)反响的化学方程式是______________________________________；(2)反响完全后在标准状况下产生氢气的体积是________。答案(1)2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑、2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑(2)L解析盐酸的物质的量是L×1mol·L－1＝mol，钠过量。钠与盐酸反响，不仅要考虑钠与盐酸的反响产生氢气，而且要特殊留意在钠过量时，还会与水反响也产生氢气，所以mol钠完全反响，产生氢气mol，在标准状况下体积为mol×L·mol－1＝L。理解感悟钠的性质简洁记忆法：银白轻低软，传导热和电，遇氧产物变，遇氯生白烟，浮熔游响红，遇水记五点，遇酸酸优先，遇盐水在前。三铁与水蒸气的反响设计如下图装置，完成铁粉与水蒸气反响的试验，观看试验现象，填写下表。试验装置与操作试验现象缘由解释用酒精喷灯加热复原铁粉C试管产生气泡，液面下降有气体产生C试管收集满气体后点燃有爆鸣声反响产生氢气试验结论铁在高温下能与水蒸气反响，其化学方程式是3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H23.某化学爱好小组利用如图装置进行“铁与水反响〞的试验，并检验产物的性质，请答复以下问题：(1)A装置的作用是________________，烧瓶底部放碎瓷片的作用是___________________。(2)写出装置B中发生反响的化学方程式：__________________________________，该反响中氧化剂是________，氧化产物是______。(3)D的作用是___________________________________________。(4)E中的试验现象是________。(5)A、B两个装置中应先点燃________处的酒精(喷)灯，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是______________________________________。答案(1)产生水蒸气防止加热时液体暴沸(2)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2H2OFe3O4(3)汲取未反响的水蒸气，枯燥H2(4)黑色固体变成红色，玻璃管内壁上有水珠生成(5)A收集H2并检验其纯度解析(1)B中发生的反响是3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2，故A装置为B中的反响供应水蒸气。(3)D的作用是汲取未反响的水蒸气，枯燥H2。(4)E中的反响为H2＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2O，故试验现象是黑色固体变红，且玻璃管内壁上有水珠生成。(5)应先点燃A处的酒精灯，排解B中的O2，再点燃酒精喷灯。进行H2复原CuO的试验前，应首先检验H2的纯度。金属单质无论是与水反响，还是与酸反响，金属都是作复原剂，水或酸作氧化剂。金属与酸或水反响的难易，取决于金属的活动性强弱，金属越活泼，反响就越简洁。1.把以下金属投入mol·L－1盐酸中，能发生反响且反响最猛烈的是()A.CuB.FeC.MgD.Al答案C解析由金属活动性挨次可知，Fe、Mg、Al能与盐酸反响，而Cu不与盐酸反响，金属越活泼，与酸反响越猛烈，在Fe、Mg、Al中，Mg最活泼，反响最猛烈。2.Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反响，产生标准状况下的氢气L，以下推断中不正确的选项是()A.参与反响的Mg、Al共molB.参与反响的HCl为molC.Mg、Al在反响中共失去mol电子D.假设与足量的稀硫酸反响能产生molH2答案A解析反响的实质为Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑，n(H2)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，那么参与反响的n(H＋)＝0.4mol。假设换成稀H2SO4，同样产生0.2molH2。依据得失电子守恒，由2H＋→H2得电子总数为0.2mol×2＝0.4mol，C正确。0.2molMg供应0.4mol电子，0.2molAl那么供应0.6mol电子，0.2molMg、Al混合物供应的电子数大于0.4mol小于0.6mol，A错误。3.钠与水反响时产生的各种现象如下：①钠浮在水面上②钠沉在水底③钠熔化成小球④小球快速游动渐渐减小，最终消逝⑤发出嘶嘶的声音⑥滴入酚酞后溶液显红色其中正确的选项是()A.①②③④⑤ B.全部C.①②③⑤⑥ D.①③④⑤⑥答案D解析钠的密度比水小，浮在水面上。4.某同学将一小块钠投入滴有酚酞的水中，此试验能证明钠下面4点性质中的()①钠的密度比水的小②钠的熔点较低③钠与水反响时放出热量④钠与水反响后溶液呈碱性A.①④B.①②④C.①③④D.①②③④答案D解析Na与水反响时，浮在水面上(密度比水小)，熔化成闪亮的小球(反响放热，钠熔点低)，在水面四处游动(有气体生成)，同时溶液使酚酞变红色(生成碱性物质)，表达了①②③④四点性质。5.以下关于铁与水反响的描述中，不正确的选项是()A.铁与水蒸气反响的产物是黑色的Fe2O3B.红热的铁能与水蒸气反响，放出的气体点燃时能发出爆鸣声C.铁与水蒸气的反响是氧化复原反响D.常温下，Fe与H2O不反响，但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反响答案A解析铁与水蒸气反响的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2，生成黑色的Fe3O4，A错误；H2在不纯的氧气中点燃时能发出爆鸣声，B正确；该反响为氧化复原反响，C正确；常温下，铁在潮湿的空气中被缓慢氧化，D正确。6.如下图，在烧杯中盛有100mL蒸馏水，水中悬浮着一个外表光滑、耐碱、耐热的小球(此球稳定在水的中心)，将10g金属钠分屡次投入到水中，最终使烧杯内的液体恢复到原来蒸馏水的温度。答复以下问题：(1)10g钠要分屡次投入的主要缘由是_____________________________________________________________________________________________________________________。(2)将10g钠全部投入完毕所进行的次数可能是_____________________________。A.5次B.10次C.大于10次(3)试验结束后，从烧杯内小球的位置观看到的现象是____________________________，消失这种现象的主要缘由是_____________________________________________。(4)试验过程中所发生反响的离子方程式是___________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)钠与水反响猛烈，放出的热量多，易发生爆炸(2)C(3)小球上升钠与水反响生成氢氧化钠，液体的密度增大，小球受到的浮力增大(4)2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑解析钠与水反响猛烈，易发生爆炸，使用时要严格掌握用量，钠的密度小于1g·cm－3，黄豆粒大小的一块钠的体积(立方体的边长确定小于1cm)小于1cm3，那么其质量小于1g，故10g钠全部投入完毕所进行的次数要大于10次。钠与水反响生成氢氧化钠，氢氧化钠溶液的密度大于水的密度，小球受到的浮力增大。40分钟课时作业[经典根底题]题组一金属与酸的反响1.有两种金属的合金克，与足量稀硫酸反响后，产生的气体在标况下的体积为L，那么组成该合金的元素可能是()A.Mg和Al B.Fe和ZnC.Mg和Cu D.Na和Zn答案A解析产生的气体在标况下占体积11.2L，即生成的H2物质的量为0.5mol。假设金属全部是Mg，质量为12克，假设全部是Al，质量为9克，合金的质量为克，在两者之间，有可能，A正确；假设金属全部是Fe，质量为28克，假设金属全部是Zn，质量为克，不行能，B错误；Cu与稀硫酸不反响，不行能，C错误；假设金属全部是Na，质量为23克，假设金属全部是Zn，质量为克，不行能，D错误。2.50g镁、锌、铝的混合物与适量的稀硫酸反响，得三种盐的混合溶液，然后加热、蒸发、结晶得晶体(不含结晶水)218g，那么反响中得H2的质量为()A.2gB.3gC.gD.g答案C解析生成晶体增加的质量为SOeq\o\al(2－,4)的质量，m(SOeq\o\al(2－,4))＝218g－50g＝168g，H2来源于H2SO4与金属的反响，故SOeq\o\al(2－,4)的物质的量即为H2的物质的量，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.等物质的量的金属A、B、C分别与足量的稀盐酸反响，所得氢气的体积依次为VA、VB、VC，VB＝2VC，且VA＝VB＋VC，那么在A的生成物中该金属元素的化合价为()A.＋1B.＋2C.＋3D.＋4答案C解析由于等物质的量的金属A、B、C分别与足量的稀盐酸反响，所得氢气的体积依次为VA、VB、VC，己知VB＝2VC，那么C化合价是＋1价，B化合价是＋2价，VA＝VB＋VC，说明A的化合价是＋3价。4.等质量的甲、乙、丙三种金属，分别与足量的溶质质量分数相同的稀硫酸完全反响后，都生成＋2价的硫酸盐，其产生氢气的体积与反响时间的关系如下图，那么以下说法正确的选项是()A.三种金属的活动性大小为甲>乙>丙B.反响时消耗硫酸的质量肯定相同C.三种金属的相对原子质量是甲>乙>丙D.反响速率最快的是甲，最慢的是乙答案D解析因甲、乙、丙三种金属与H2SO4反响时都表现＋2价，反响通式为M＋H2SO4=MSO4＋H2↑，生成H2的物质的量与金属的物质的量相等；由图像可知生成H2的体积，V甲>V乙>V丙，那么n甲>n乙>n丙，而三种金属的质量相等，摩尔质量越大，物质的量越小，所以三种金属的相对原子质量：甲<乙<丙，C错误；消耗H2SO4的量：甲>乙>丙，B错误；由图像可知反响时间甲最短，乙最长，即反响速率：甲>丙>乙，金属越活泼，反响速率越快，三种金属的活动性挨次为甲>丙>乙，A错误，D正确。5.将g钠、9g铝、28g铁分别投入200mL1mol·L－1盐酸中，结果正确的选项是()A.钠与盐酸反响最猛烈，产生的气体最多B.铝与盐酸反响的速率仅次于钠，但产生的气体最多C.铁与盐酸反响产生的气体比钠多D.反响结束时产生的气体一样多答案A解析反响的猛烈程度由金属的活动性打算，即钠最猛烈，其次是铝，钠、铝、铁的物质的量分别为eq\f(1,2)mol、eq\f(1,3)mol、eq\f(1,2)mol，HCl物质的量均为0.2mol，盐酸对三种金属均缺乏，所以铝和铁与盐酸反响时生成氢气一样多，均为0.1mol，但钠消耗完盐酸后可以与水反响又生成氢气，所以钠产生的气体最多，反响最猛烈。题组二Na与H2O的反响6.不能正确表示以下反响的离子方程式的是()A.钠与水反响：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑B.钠与CuSO4溶液反响：2Na＋Cu2＋=Cu＋2Na＋C.钠与盐酸反响：2Na＋2H＋=2Na＋＋H2↑D.钠跟氯化钾溶液反响：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑答案B解析B中钠与CuSO4溶液反响的实质是钠与水反响生成的氢氧化钠再与CuSO4反响，总方程式：2Na＋2H2O＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。7.把金属钠投入到以下物质的溶液中，溶液质量减轻的是()A.HCl B.Na2SO4C.FeCl3 D.NaOH答案C解析金属钠投入溶液中，由于Na变为离子形式溶于溶液，会使溶液质量增加。但是钠与水、与酸(H＋)反响放出H2，都使溶液质量减轻。且钠与水反响生成的碱还有可能和盐的离子生成难溶的碱导致溶液质量减轻，溶液质量是否减轻，就要看这一增一减的净结果。A中2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑，H＋换成Na＋，溶液质量增加；B中Na与水反响，H2O中H＋换成Na＋，溶液质量增加；C中eq\o(6Na,\s\do14(进入))＋6H2O＋2FeCl3=eq\o(2FeOH3↓,\s\do14(出来))＋6NaCl＋eq\o(3H2↑,\s\do14(出来))，明显溶液质量减轻；D中eq\o(2Na,\s\do14(进入))＋2H2O=2NaOH＋eq\o(H2↑,\s\do14(出来))，溶液质量增加。8.在烧杯中参加水和苯(密度为g·cm－3，与水互不相溶，且不与钠反响)各50mL，将一小粒金属钠(密度为g·cm－3)投入烧杯中，观看到的现象可能为()A.钠在水层中反响并四处游动B.钠停留在苯层中不发生反响C.钠在苯的液面上反响并四处游动D.钠在苯与水的界面处反响并可能上浮下沉答案D9.将g金属钠放入100g水中，完全反响后溶液的质量分数为()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与100g水反响生成4gNaOH和gH2，故溶液的质量为(100＋－)g，质量分数为eq\f(4,100＋－)×100%。题组三铁与水蒸气的反响10.等物质的量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在肯定条件下充分反响，那么在相同的条件下，产生氢气的体积比是()A.1∶1 B.3∶4C.2∶3 D.4∶3答案B解析由化学方程式得如下关系：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑①1molVL3Fe＋4H2O(g)=Fe3O4＋4H2②3mol4VL①式中3molFe产生3VLH2，②式中3molFe产生4VLH2，故氢气的体积比为3∶4。[力量提升题]11.某试验小组对中学课本中可生成氢气的反响进行了讨论，总结出两个可以生成H2的反响：①Zn＋盐酸，②Na＋水。为点燃上述两个反响生成的H2，他们设计了图示装置。请答复以下问题：(1)写出Na与H2O反响的化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。(2)试验小组在点燃用上述装置制得的H2时，①试验获得胜利，②却失败了。他们分析认为失败的缘由是Na的用量太少，Na与H2O的反响速率太快。于是他们预备增加钠的用量，可老师说太危急，你认为产生危急的缘由是___________________________________________________________________________________________________。(3)试验小组查阅钠、煤油、水的密度分别为g·cm－3、g·cm－3、g·cm－3，并据此对试验进行改良。在改良后的试验中H2的生成速率减慢，缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑(2)钠与水反响放出大量的热，使试管内H2与O2的混合气体点燃而爆炸(3)钠比水轻，比煤油重，落在煤油与水的交界处。钠与H2O反响产生的H2使钠浮起，脱离水面，反响停止；当钠外表的H2逸出，钠又回落，与水反响，如此反复，减慢了Na与H2O的反响速率解析Na与H2O反响的产物是NaOH和H2，反响速率很快，并放出大量的热，Na的用量多简洁发生爆炸。由于ρ(煤油)＜ρ(钠)＜ρ(水)，故钠块放入后将落在煤油和水的界面上。钠与水反响，有氢气生成，氢气推动钠块上浮，当氢气逸出后，钠块又下沉到煤油与水的界面上与H2O发生反响，重复发生上述现象，减慢了Na与H2O反响生成氢气的速率。12.在肯定条件下用一般铁粉和水蒸气反响可以得到铁的氧化物。该氧化物又可经过此反响的逆反响生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反响活性，在空气中受撞击受热时会燃烧，所以俗称“引火铁〞。请分别用以下图所示的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁〞。试验中必需使用一般铁粉和6mol·L－1盐酸，其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。填写以下空白：(1)试验进行时，试管A中应参加的试剂是________；烧瓶B的作用是________；烧瓶C的作用是________；在试管D中收集到的是________。(2)试验时，U形管G中应参加的试剂是________；长颈漏斗H中应参加__________。(3)两套装置中，在试验时需要加热的仪器是__________________(填该仪器对应的字母)。(4)试管E中发生反响的化学方程式是__________________________。(5)为了平安，在E管中的反响发生前，在F出口处必需________；E管中的反响开头后，在F出口处应________。答案(1)一般铁粉(或铁粉)作为水蒸气发生器防止倒吸(或用作平安瓶)氢气(2)碱石灰(或固体NaOH、无水CaCl2等)6mol·L－1盐酸(3)A、B、E(4)Fe3O4＋4H2eq\o(=,\s\up7(△))3Fe＋4H2O(5)检测氢气的纯度点燃氢气解析首先分析两套装置的特点，有水槽和倒扣小试管的一套明显是反响生成了氢气，该装置用于实现铁粉与水蒸气的反响，那么另一套用于实现“引火铁〞的制取。13.红热的铁能与水蒸气反响，有氢气生成，现用如下图装置进行铁在高温下与水蒸气反响的试验，并用简洁的方法收集、检验生成的氢气。请答复以下问题：(1)写出铁在高温下与水蒸气反响的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)枯燥管C内盛放的药品是________和________(填化学式)。枯燥管的________(填“m〞或“n〞)端与g导管相连接。(3)在D处画出用试管收集氢气的装置图(所需其他仪器自行选择)。(4)怎样用简洁的方法检验收集到的气体是氢气？简述试验操作步骤和现象________________________________________________________________________。(5)假设收集到标准状况下的H2为L，那么参与反响的铁粉的质量为________g。(6)当固体质量增加32g时，生成H2的质量为________g。答案(1)3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H2(2)NaOHCaOn(3)(4)用拇指堵住试管口，试管口向上，靠近酒精灯火焰，松开拇指，能燃烧或发出爆鸣声，说明收集的是H2(5)42(6)4解析(3)考虑到H2的密度比空气的小，因此可采纳向下排空气法收集。(4)检验H2可采纳“爆鸣〞试验。(5)由3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(△))Fe3O4＋4H23×56g4×L42gL(6)固体质量增加是由于Fe生成了Fe3O4，增加的质量为氧的质量，故氢气的质量为m(H2)＝eq\f(32,16)×2g＝4g。14.某化学爱好小组拟用以下图装置测定某粗