学年高中化学第三章金属及其化合物第一节第2课时金属与酸和水的反应学案新人教版必修1Word格式文档下载.docx
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W
答案 B
解析 Y没有发生反应,Y活动性最弱。
其他三个可以根据反应的剧烈程度来判断,Z最剧烈,最活泼;
X比W反应剧烈些,故X的活动性大于W,则活动性Z>
Y,故选B。
【考点】金属与酸的反应
【题点】金属活泼性判断及应用
二、钠与水的反应
1.实验探究
实验操作
实验现象
结论或解释
①钠浮在水面上
①钠的密度比水小
②钠熔化成小球
②钠熔点低,反应放热
③小球在水面上迅速游动
③反应产生的氢气推动小球运动
④与水反应发出“嘶嘶”声,逐渐变小,最后消失
④钠与水剧烈反应,产生气体
⑤反应后溶液的颜色逐渐变红
⑤有碱性物质(氢氧化钠)生成
2.实验结论
钠与水剧烈反应,生成氢氧化钠和氢气,还原剂是钠,氧化剂是水,反应的实质是钠与水电离出的H+反应。
(1)化学方程式是2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。
(2)离子方程式是2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑。
(1)钠与水反应之前,要用滤纸吸干钠块表面的煤油,可防止钠与水反应放热而造成煤油燃烧。
(2)钠与水反应现象记忆口诀:
钠浮于水熔成球;
球儿闪亮四处游;
有“嘶”声儿溶液红。
例2
将0.2mol金属钠投放到10mL1mol·
L-1盐酸中:
(1)反应的化学方程式是______________________________________________________。
(2)反应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)2.24L
解析 盐酸的物质的量是0.01L×
1mol·
L-1=0.01mol<
0.2mol,钠过量。
钠与盐酸反应,不仅要考虑钠与盐酸反应产生氢气,而且要特别注意在钠过量时,与水反应也会产生氢气,所以0.2mol钠完全反应,产生氢气0.1mol,在标准状况下体积为0.1mol×
22.4L·
mol-1=2.24L。
思维启迪
(1)钠与酸反应时先与酸中的H+反应。
(2)如果钠过量,钠把酸消耗尽之后,再与水反应。
(3)钠与酸反应比与水反应剧烈。
【考点】钠与水的反应
【题点】钠与酸、碱、盐溶液的反应
例3
将小块钠投入到硫酸铜的稀溶液中:
(1)观察到的现象是________(填序号)。
①钠浮于液面上 ②熔化成小球 ③发出“嘶嘶”的响声,放出气体 ④有蓝色沉淀产生 ⑤析出大量红色的铜
(2)用离子方程式解释实验现象:
________________________________________________。
答案
(1)①②③④
(2)2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑;
2OH-+Cu2+===Cu(OH)2↓(或2Na+2H2O+Cu2+===Cu(OH)2↓+2Na++H2↑)
解析 钠投入到硫酸铜溶液中,钠浮于液面,熔化成小球并不断游动,发出“嘶嘶”的响声,有气体放出,钠与水反应生成的氢氧化钠与硫酸铜反应,有氢氧化铜蓝色沉淀生成;
反应的离子方程式为2Na+2H2O+Cu2+===Cu(OH)2↓+2Na++H2↑。
(1)如果盐溶液中的溶质与氢氧化钠不反应,只发生钠与水的反应(注意:
若为饱和盐溶液时,因水的消耗会有固体析出)。
(2)如果盐溶液中的溶质与氢氧化钠反应,则会发生两个反应,如钠与硫酸铜溶液的反应:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑;
2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4。
相关链接
(1)钠与水反应实验中应注意的三个问题
①用镊子取出一块金属钠后,需用滤纸擦净钠表面的煤油,这样可以防止钠与水反应放热使周围温度达到煤油的着火点而引起煤油燃烧。
②切割完钠块后,应将剩余的钠放入原来盛有煤油的试剂瓶中,取用钾时也要这样做。
这是由于钠、钾等金属的活泼性非常强,容易与水或氧气反应造成失火或爆炸,为保证实验安全,放回原来的试剂瓶中比较稳妥。
另外,钠、钾价格较贵,不宜浪费,放回原试剂瓶中,由于煤油的存在,也不会对原来保存的钠、钾造成污染。
③若实验过程中钠不慎失火,注意不能用水灭火,而应该用干燥的沙土来灭火,因为钠与水剧烈反应且生成氢气,会放出大量的热,甚至能引起氢气燃烧。
(2)钠的性质简单记忆法
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。
(3)钠与熔融状态的盐反应
通常金属钠不能从盐溶液中置换出金属;
若盐为熔融状态,钠可以置换出较不活泼的金属,如:
4Na+TiCl4(熔融)===4NaCl+Ti
三、铁与水蒸气的反应
装置Ⅰ
装置Ⅱ
实验装置
操作及现象
用小试管收集一试管气体,点燃,听到轻微的“噗”声,证明生成了氢气
用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了氢气
实验结论
铁能与水蒸气反应,化学方程式:
3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
2.问题思考
(1)铁与水蒸气的反应实验中,湿棉花的作用是加热时可产生水蒸气,与铁粉反应生成氢气。
(2)铁与水蒸气反应,日常生活中能用铁壶烧水是_因为铁只能在高温下与水蒸气反应,与冷水、热水都不能反应。
例4
某同学欲在实验室中完成铁与水蒸气反应的实验,装置如图甲、乙。
已知B中放入的是铁粉与石棉绒的混合物,C中放的是干燥剂,E为酒精喷灯,G为带有铁丝网罩的酒精灯。
对比两装置,回答下列问题:
(1)如何检查乙装置的气密性?
_________________________________________________。
(2)乙装置中湿沙子的作用是___________________________________________________。
(3)B处发生反应的化学方程式为______________________________________________。
(4)该同学认为在乙装置的导管口处点燃反应产生的气体,装置H必不可少,H的作用是
________________________________________________________________________。
(5)对比甲、乙两装置的B和K,B的优点是____________________________________。
答案
(1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热K,若H中导管口出现气泡,停止加热后导管中出现水柱,证明气密性良好(其他合理答案也可)
(2)提供水蒸气
(3)3Fe+4H2O(g)
(4)干燥氢气,降低氢气中水蒸气的含量
(5)使用石棉绒,增大水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行
【考点】铁与水蒸气的反应
【题点】铁与水蒸气反应的实验
1.由金属活动顺序认识金属化学性质
金属活动性顺序
KCaNaMgAl
ZnFeSnPb
(H)
CuHgAg
PtAu
失电子能力
在空气中跟氧气的反应
易被氧化
常温时能被氧化
加热时能被氧化
不能被氧化
与氯气、硫等反应
生成相应的氯化物、硫化物
与酸的反应
能置换出稀酸(如HCl、H2SO4)中的氢
不能置换出稀酸中的氢
反应剧烈
反应程度依次减弱
与盐的反应
位于金属活动性顺序前面的金属可以将后面的金属从其盐溶液中置换出来(K、Ca、Na除外)
2.金属与水反应的一般规律
(1)活泼金属如K、Ca、Na可与冷水迅速剧烈反应(放热)生成H2。
如:
2K+2H2O===2KOH+H2↑
(2)Mg与冷水难反应,但加热后(或沸水),与水的反应加快。
Mg+2H2O(g)
Mg(OH)2+H2↑
(3)高温下,Zn、Fe、Pb等和水蒸气可以反应生成金属氧化物和氢气。
(4)Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水作用。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)
(1)与酸反应产生氢气是所有金属的通性( )
(2)金属与水反应时,都生成氢氧化物和氢气( )
(3)金属越活泼,该金属与酸或水发生置换反应越容易( )
(4)相同物质的量的铁和铝分别与足量的稀硫酸反应产生的氢气的体积在标况下相等( )
(5)钠与酸反应比与水反应剧烈( )
(6)钠着火后,能用水灭火( )
(7)1mol钠分别与酸和水反应时生成氢气的物质的量相同( )
(8)还原铁粉与水蒸气反应生成红棕色固体( )
(9)铁屑与过量盐酸反应的离子方程式为2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑( )
(10)铁在一定条件下与纯氧、水蒸气反应的共同产物是四氧化三铁( )
答案
(1)×
(2)×
(3)√ (4)×
(5)√ (6)×
(7)√ (8)×
(9)×
(10)√
【题点】金属与酸反应的基本规律
2.分别将0.2mol的钠、镁、铝投入500mL浓度为0.2mol·
L-1的盐酸中,生成氢气的质量比为( )
A.1∶2∶3B.1∶1∶1
C.3∶2∶1D.2∶1∶1
答案 D
解析 盐酸的物质的量为0.5L×
0.2mol·
L-1=0.1mol,与镁、铝充分反应后均可产生氢气0.05mol,而过量的钠还可跟水反应放出氢气,0.2mol的钠产生氢气0.1mol。
【题点】金属与其产生氢气的计算关系
3.(2019·
成都高一月考)钠的下列性质中与钠和水反应时的现象无关的是( )
A.钠的熔点较低B.钠的密度小于水
C.钠的硬度较小D.钠的还原性强
答案 C
解析 钠浮在水面上是其密度比水小;
钠熔化是其熔点很低,与水反应放出的热量让其熔化;
钠与水反应比较剧烈是其还原性很强;
硬度大小与反应现象无关。
【题点】钠与水反应的实验
4.下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是( )
A.是氧化还原反应
B.铁是还原剂
C.需在高温条件下进行
D.产物是氧化铁和氢气
解析 在高温下,铁与水蒸气发生的置换反应是氧化还原反应,生成四氧化三铁和氢气,铁作还原剂。
【题点】铁与水蒸气反应的类型与产物
5.已知甲、乙、丙三种金属只有乙能与酸溶液反应产生氢气,而将金属丙投入到金属甲的盐溶液中,能观察到金属丙的表面有金属甲析出。
则下列关于金属甲、乙、丙的金属活动性顺序排列正确的是( )
A.乙>丙>甲B.甲>丙>乙
C.乙>甲>丙D.甲>乙>丙
答案 A
解析 乙能与酸溶液反应产生氢气,乙活动性最强;
将金属丙投入到金属甲的盐溶液中,丙的表面有金属甲析出,丙活动性强于甲,则甲、乙、丙的金属活动性顺序排列为乙>丙>甲。
【考点】金属的置换反应及应用
【题点】判断金属活动性的强弱
6.有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体;
B也能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光;
C在一定条件下与水蒸气反应生成氢气和一种黑色固体。
根据以上信息回答下列问题:
(1)写出化学式:
A.________;
B.________;
C.________。
(2)写出化学方程式:
①A在空气中燃烧__________________________________________________________;
②C与水蒸气反应__________________________________________________________;
③A与水反应______________________________________________________________。
答案
(1)Na Mg Fe
(2)①2Na+O2
Na2O2
②3Fe+4H2O(g)
③2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
解析 根据现象可推断:
A为钠,B为镁,C为铁,淡黄色固体为过氧化钠,黑色固体为四氧化三铁。
【题点】钠、铁相关反应的应用
题组一 金属与酸的反应
1.废旧计算机的某些部件含有Zn、Fe、Cu、Ag、Pt(铂)、Au(金)等金属,经物理方法初步处理后,与足量稀盐酸充分反应,然后过滤。
则剩余的固体中不含有的金属是( )
A.Cu、AgB.Fe、Zn
C.Pt、CuD.Ag、Au
解析 铁、锌能与盐酸反应,而铜、银、铂、金不能与盐酸反应,故剩余的固体中不含有铁、锌。
2.同温同压下,相同物质的量的铝、铁分别与足量盐酸反应时,放出氢气的体积比是( )
A.1∶1B.3∶1
C.3∶2D.2∶3
解析 金属与酸反应时产生氢气的量之比等于反应中转移的电子的物质的量之比。
相同物质的量的铝、铁分别与足量的盐酸反应时,产生氢气的体积比等于铝、铁呈现的化合价之比,即3∶2。
长沙高一期末)将11.5g钠、9g铝、28g铁分别投入200mL1mol·
L-1的盐酸中,下列说法正确的是( )
A.钠与盐酸反应最剧烈,产生的气体最多
B.铝与盐酸反应的速率仅次于钠,但产生的气体最多
C.铁与盐酸反应产生的气体比钠多
D.反应结束时产生的气体一样多
解析 反应的剧烈程度由金属的活动性决定,即钠与盐酸反应最剧烈,其次是铝,钠、铝、铁的物质的量分别为
mol、
mol,盐酸的物质的量为0.2mol,盐酸与三种金属反应时均不足,所以铝和铁与盐酸反应时生成的氢气一样多,均为0.1mol,但钠消耗完盐酸后,可以与水继续反应生成氢气,所以钠与盐酸反应产生的气体最多。
【题点】多种金属与酸反应的比较
题组二 钠与水的反应
4.将一块金属钠投入滴有紫色石蕊试液的盛冷水的烧杯中,甲同学认为可观察到下列现象,其中正确的有( )
①钠投入水中,先沉入水底,后浮出水面 ②钠立即与水反应,并有气体产生 ③反应后溶液变红 ④钠熔成闪亮的小球 ⑤小球在水面上四处游动 ⑥有“嘶嘶”的响声发出
A.①②③④B.②③④⑤
C.②④⑤⑥D.③④⑥
解析 钠的密度比水小,熔点低,与水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气,使紫色石蕊试液变蓝,现象总结为浮水面、熔小球、乱游动、嘶嘶响、溶液变蓝。
5.将2.3g钠投放到97.7g水中,所得溶液中溶质的质量分数为( )
A.2.3%B.小于2.3%
C.4%D.大于4%
解析 与水反应,溶质为氢氧化钠,质量为4g,但是由于反应时有气体放出,溶液质量小于100g,质量分数大于4%。
【题点】钠与水反应的简单计算
6.将一小块钠投入到盛有氯化镁溶液的试管里,不可能观察到的现象是( )
A.熔成小球并在液面上游动
B.有气体生成
C.溶液底部有银白色物质生成
D.溶液变浑浊
解析 钠投入到氯化镁溶液中,先与水反应生成氢氧化钠,出现与水反应的类似现象;
然后氢氧化钠与氯化镁发生复分解反应生成难溶氢氧化镁,使溶液变浑浊,溶液底部不会有银白色物质生成。
题组三 铁与水蒸气的反应
7.下列说法不正确的是( )
A.铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁
B.铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应
C.铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气
D.铁与盐酸或水蒸气反应,都作还原剂
解析 铁能在纯氧气中燃烧,也能在高温下与水蒸气反应,二者共同产物为四氧化三铁;
铁与盐酸和水蒸气发生的反应都是置换反应,在反应中铁的化合价升高,铁作还原剂;
铁与盐酸反应生成氯化亚铁,而不是氯化铁。
8.某学习小组进行了如图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是( )
A.甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰
B.乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁
C.丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应
D.丁同学认为用盐酸溶解固体生成物所得溶液有颜色
解析 在高温下铁与水蒸气反应生成氢气和四氧化三铁。
甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰,正确;
乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁,正确;
铁与水不反应,应该是水蒸气,丙同学的观点错误;
丁同学认为用盐酸溶解固体生成物得到氯化亚铁和氯化铁的混合溶液,溶液带有颜色,正确。
9.铁粉可与高温水蒸气发生反应,若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32g,则参加反应的铁粉的物质的量是( )
A.0.5molB.1mol
C.1.5molD.2mol
解析 根据3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2可知,固体增加的质量为氧元素的质量,
n(Fe)=
n(O)=
×
=1.5mol。
【题点】铁与水蒸气反应的相关计算
题组四 金属的置换反应及应用
10.下列关于钠和铁分别与盐酸反应的叙述不正确的是( )
A.钠和铁都作氧化剂
B.都有气体放出
C.反应类型都是置换反应
D.钠与酸反应要比铁剧烈得多
解析 钠、铁都能与盐酸发生置换反应,都有氢气产生;
在反应中盐酸作氧化剂,钠和铁都作还原剂;
钠是一种活泼性很强的金属,与酸反应要比铁与酸反应剧烈得多。
【题点】钠与铁置换反应的比较
11.(2019·
贵州省遵义育新中学月考)能够说明金属锌的活动性比铁的活动性强的是( )
A.都能与盐酸反应产生氢气
B.都能与硫酸铜溶液反应生成铜
C.锌溶于氯化亚铁溶液并有铁生成
D.都能与氧气反应生成氧化物
解析 锌溶于氯化亚铁溶液并有铁生成,说明锌置换出了铁,说明锌的活动性比铁的活动性强,故选C。
12.(2019·
郑州高一期末)将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100mL2mol·
L-1的盐酸反应,实验测得生成气体的体积V(已折合为标准状况)与时间t的关系如图所示,则下列说法错误的是( )
A.反应时,Na、Mg、Al均过量
B.x=2.24
C.钠的物质的量为0.2mol
D.曲线b表示Mg与盐酸的反应
解析 分析图像知,等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100mL2mol·
L-1的盐酸反应,最后生成氢气的体积在标准状况下相同,则三种金属置换出的氢气量相等,即等物质的量的三种金属失电子的物质的量相等。
若盐酸过量,等物质的量的三种金属失电子的物质的量之比是1∶2∶3,故盐酸不可能过量;
反应时,Na不可能过量,如果过量会与溶剂水反应,生成的氢气量会比Mg、Al生成的氢气量多,应该是HCl和Na恰好反应完全,而Mg、Al还有剩余,A错误;
由于酸不足,所以生成氢气的量为n(H2)=0.5n(HCl)=0.1mol,所以标准状况下的体积为2.24L,即x=2.24,B正确;
生成0.1mol的氢气需0.2mol的钠,C正确;
按照金属活动性顺序:
Na>
Mg>
Al,可知反应速率:
Al,故曲线b表示Mg与盐酸的反应,D正确。
【题点】金属与酸置换反应的图像分析
13.(2018·
合肥高一检测)计算填空:
(1)分别取Wg钠、铁、铝与足量的盐酸反应,在相同条件下产生氢气的体积比是__________。
(2)分别取0.1mol钠、铁、铝与足量的盐酸反应,在相同条件下产生氢气的体积比是________。
(3)若产生相同物质的量的氢气,所需钠、铁、铝的质量比是________。
(4)若产生相同体积(同温同压)的氢气,所需钠、铁、铝三种金属的物质的量之比是________。
答案
(1)
∶
(2)1∶2∶3
(3)23∶28∶9 (4)6∶3∶2
解析 Wg钠、铁、铝的物质的量分别为
mol,由钠、铁、铝分别与足量的盐酸反应的化学方程式:
2Na+2HCl===2NaCl+H2↑;
Fe+2HCl=