高中化学必修一第3章 第1节 第2课时.docx

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高中化学必修一第3章第1节第2课时

第2课时　金属与酸和水的反应

一　金属与酸的反应

1.分别写出下列反应的化学方程式：

（1）钠与盐酸反应_____________________________________________________；

（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应：

（1）反应剧烈程度最大的是________；

（2）完全反应后，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）金属与酸反应的剧烈程度取决于金属的活动性，金属的活动性越强，与酸反应就越剧烈，所以钠与酸反应的剧烈程度最大，剧烈程度最小的是铝。

（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）因为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

金属与酸的反应

（1）金属活动性顺序表中氢以前的金属较活泼，一般能与酸反应生成盐和氢气。

金属的活泼性越强，与酸反应就越剧烈。

（2）金属与酸发生置换反应的实质是金属与酸电离出的H＋之间的反应，金属失去电子被氧化，H＋得到电子被还原。

1.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__________；相同质量的铝、铁与足量盐酸反应时放出氢气的体积比是__________。

答案　3∶2　

∶

（或28∶9）

解析　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。

相同质量的铝、铁分别与足量盐酸反应时，失去电子的物质的量之比为（

×3）∶（

×2）＝

∶

＝28∶9，即为产生氢气的体积比。

二　钠与水的反应

在小烧杯中加入约1/2的水，滴入1～2滴酚酞溶液，将切好的钠投入到水中，盖上表面皿，观察实验现象。

填写下表：

实验现象

原因分析

钠浮在水面上

钠的密度比水小

钠熔成光亮小球

反应放热且钠的熔点低

四处游动

生成气体

发出“嘶嘶”的响声，且很快消失

反应剧烈

溶液变红色

反应生成物显碱性

归纳总结

钠与水的反应

（1）钠与水反应的化学方程式是2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，氧化剂是H2O，还原剂是Na，离子方程式是2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。

（2）钠与酸溶液反应

①钠与酸反应时先与酸中的H＋反应，如：

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑。

②如果钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反应。

（3）钠与碱溶液反应实质就是钠与水的反应。

（4）钠与盐溶液反应：

钠与盐溶液反应时先与水反应，它包括两种情况：

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。

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。

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的反应产生氢气，而且要特别注意在钠过量时，还会与水反应也产生氢气，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。

理解感悟　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。

三　铁与水蒸气的反应

设计如图所示装置，完成铁粉与水蒸气反应的实验，观察实验现象，填写下表。

实验装置与操作

实验现象

原因解释

用酒精喷灯加热还原铁粉

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

反应产生氢气

实验结论

铁在高温下能与水蒸气反应，其化学方程式是3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

3.某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题：

（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中发生反应的化学方程式：

__________________________________，

该反应中氧化剂是________，氧化产物是______。

（3）D的作用是___________________________________________。

（4）E中的实验现象是________。

（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）

Fe3O4＋4H2　H2O　Fe3O4

（3）吸收未反应的水蒸气，干燥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中发生的反应是3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2，故A装置为B中的反应提供水蒸气。

（3）D的作用是吸收未反应的水蒸气，干燥H2。

（4）E中的反应为H2＋CuO

Cu＋H2O，故实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，排除B中的O2，再点燃酒精喷灯。

进行H2还原CuO的实验前，应首先检验H2的纯度。

金属单质无论是与水反应，还是与酸反应，金属都是作还原剂，水或酸作氧化剂。

金属与酸或水反应的难易，取决于金属的活动性强弱，金属越活泼，反应就越容易。

1.把下列金属投入0.1mol·L－1盐酸中，能发生反应且反应最剧烈的是（　　）

A.CuB.FeC.MgD.Al

答案　C

解析　由金属活动性顺序可知，Fe、Mg、Al能与盐酸反应，而Cu不与盐酸反应，金属越活泼，与酸反应越剧烈，在Fe、Mg、Al中，Mg最活泼，反应最剧烈。

2.Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48L，下列推断中不正确的是（　　）

A.参加反应的Mg、Al共0.2mol

B.参加反应的HCl为0.4mol

C.Mg、Al在反应中共失去0.4mol电子

D.若与足量的稀硫酸反应能产生0.2molH2

答案　A

解析　反应的实质为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，n（H2）＝

＝0.2mol，则参加反应的n（H＋）＝0.4mol。

若换成稀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提供0.4mol电子，0.2molAl则提供0.6mol电子，0.2molMg、Al混合物提供的电子数大于0.4mol小于0.6mol，A错误。

3.钠与水反应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小球迅速游动逐渐减小，最后消失　⑤发出嘶嘶的声音　⑥滴入酚酞后溶液显红色

其中正确的是（　　）

A.①②③④⑤B.全部

C.①②③⑤⑥D.①③④⑤⑥

答案　D

解析　钠的密度比水小，浮在水面上。

4.某学生将一小块钠投入滴有酚酞的水中，此实验能证明钠下面4点性质中的（　　）

①钠的密度比水的小　②钠的熔点较低　③钠与水反应时放出热量　④钠与水反应后溶液呈碱性

A.①④B.①②④C.①③④D.①②③④

答案　D

解析　Na与水反应时，浮在水面上（密度比水小），熔化成闪亮的小球（反应放热，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），体现了①②③④四点性质。

5.下列关于铁与水反应的描述中，不正确的是（　　）

A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3

B.红热的铁能与水蒸气反应，放出的气体点燃时能发出爆鸣声

C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应

D.常温下，Fe与H2O不反应，但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反应

答案　A

解析　铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe＋4H2O（g）

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；该反应为氧化还原反应，C正确；常温下，铁在潮湿的空气中被缓慢氧化，D正确。

6.如图所示，在烧杯中盛有100mL蒸馏水，水中悬浮着一个表面光滑、耐碱、耐热的小球（此球稳定在水的中央），将10g金属钠分多次投入到水中，最后使烧杯内的液体恢复到原来蒸馏水的温度。

回答下列问题：

（1）10g钠要分多次投入的主要原因是_____________________________________________

________________________________________________________________________。

（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）实验结束后，从烧杯内小球的位置观察到的现象是____________________________，出现这种现象的主要原因是_____________________________________________。

（4）实验过程中所发生反应的离子方程式是___________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）钠与水反应剧烈，放出的热量多，易发生爆炸

（2）C

（3）小球上升　钠与水反应生成氢氧化钠，液体的密度增大，小球受到的浮力增大

（4）2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

解析　钠与水反应剧烈，易发生爆炸，使用时要严格控制用量，钠的密度小于1g·cm－3，黄豆粒大小的一块钠的体积（立方体的边长肯定小于1cm）小于1cm3，则其质量小于1g，故10g钠全部投入完毕所进行的次数要大于10次。

钠与水反应生成氢氧化钠，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

[经典基础题]

题组一　金属与酸的反应

1.有两种金属的合金10.5克，与足量稀硫酸反应后，产生的气体在标况下的体积为11.2L，则组成该合金的元素可能是（　　）

A.Mg和AlB.Fe和Zn

C.Mg和CuD.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。

若金属全部是Mg，质量为12克，若全部是Al，质量为9克，合金的质量为10.5克，在两者之间，有可能，A正确；若金属全部是Fe，质量为28克，若金属全部是Zn，质量为32.5克，不可能，B错误；Cu与稀硫酸不反应，不可能，C错误；若金属全部是Na，质量为23克，若金属全部是Zn，质量为32.5克，不可能，D错误。

2.50g镁、锌、铝的混合物与适量的稀硫酸反应，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，则反应中得H2的质量为（　　）

A.2gB.3gC.3.5gD.4.5g

答案　C

解析　生成晶体增加的质量为SO

的质量，m（SO

）＝218g－50g＝168g，H2来源于H2SO4与金属的反应，故SO

的物质的量即为H2的物质的量，n（H2）＝n（SO

）＝

＝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应，所得氢气的体积依次为VA、VB、VC，已知VB＝2VC，且VA＝VB＋VC，则在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应，所得氢气的体积依次为VA、VB、VC，己知VB＝2VC，则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应后，都生成＋2价的硫酸盐，其产生氢气的体积与反应时间的关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A.三种金属的活动性大小为甲>乙>丙

B.反应时消耗硫酸的质量一定相同

C.三种金属的相对原子质量是甲>乙>丙

D.反应速率最快的是甲，最慢的是乙

答案　D

解析　因甲、乙、丙三种金属与H2SO4反应时都表现＋2价，反应通式为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，则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；由图像可知反应时间甲最短，乙最长，即反应速率：

甲>丙>乙，金属越活泼，反应速率越快，三种金属的活动性顺序为甲>丙>乙，A错误，D正确。

5.将11.5g钠、9g铝、28g铁分别投入200mL1mol·L－1盐酸中，结果正确的是（　　）

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

答案　A

解析　反应的剧烈程度由金属的活动性决定，即钠最剧烈，其次是铝，钠、铝、铁的物质的量分别为

mol、

mol、

mol，HCl物质的量均为0.2mol，盐酸对三种金属均不足，所以铝和铁与盐酸反应时生成氢气一样多，均为0.1mol，但钠消耗完盐酸后可以与水反应又生成氢气，所以钠产生的气体最多，反应最剧烈。

题组二　Na与H2O的反应

6.不能正确表示下列反应的离子方程式的是（　　）

A.钠与水反应：

2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

B.钠与CuSO4溶液反应：

2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋

C.钠与盐酸反应：

2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑

D.钠跟氯化钾溶液反应：

2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

答案　B

解析　B中钠与CuSO4溶液反应的实质是钠与水反应生成的氢氧化钠再与CuSO4反应，总方程式：

2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋H2↑＋Na2SO4。

7.把金属钠投入到下列物质的溶液中，溶液质量减轻的是（　　）

A.HClB.Na2SO4

C.FeCl3D.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＋）反应放出H2，都使溶液质量减轻。

且钠与水反应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与水反应，H2O中H＋换成Na＋，溶液质量增加；C中

＋6H2O＋2FeCl3===

＋6NaCl＋

，显然溶液质量减轻；D中

＋2H2O===2NaOH＋

，溶液质量增加。

8.在烧杯中加入水和苯（密度为0.88g·cm－3，与水互不相溶，且不与钠反应）各50mL，将一小粒金属钠（密度为0.97g·cm－3）投入烧杯中，观察到的现象可能为（　　）

A.钠在水层中反应并四处游动

B.钠停留在苯层中不发生反应

C.钠在苯的液面上反应并四处游动

D.钠在苯与水的界面处反应并可能上浮下沉

答案　D

9.将2.3g金属钠放入100g水中，完全反应后溶液的质量分数为（　　）

A.

×100%B.

×100%

C.

×100%D.

×100%

答案　D

解析　2.3gNa与100g水反应生成4gNaOH和0.1gH2，故溶液的质量为（100＋2.3－0.1）g，质量分数为

×100%。

题组三　铁与水蒸气的反应

10.等物质的量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是（　　）

A.1∶1B.3∶4

C.2∶3D.4∶3

答案　B

解析　由化学方程式得如下关系：

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑①

1molVL

3Fe＋4H2O（g）===Fe3O4＋4H2②

3mol4VL

①式中3molFe产生3VLH2，②式中3molFe产生4VLH2，故氢气的体积比为3∶4。

[能力提升题]

11.某实验小组对中学课本中可生成氢气的反应进行了研究，总结出两个可以生成H2的反应：

①Zn＋盐酸，②Na＋水。

为点燃上述两个反应生成的H2，他们设计了图示装置。

请回答下列问题：

（1）写出Na与H2O反应的化学方程式：

____________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）实验小组在点燃用上述装置制得的H2时，①实验获得成功，②却失败了。

他们分析认为失败的原因是Na的用量太少，Na与H2O的反应速率太快。

于是他们准备增加钠的用量，可老师说太危险，你认为产生危险的原因是___________________________

________________________________________________________________________。

（3）实验小组查阅钠、煤油、水的密度分别为0.97g·cm－3、0.80g·cm－3、1.00g·cm－3，并据此对实验进行改进。

在改进后的实验中H2的生成速率减慢，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

（2）钠与水反应放出大量的热，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反应产生的H2使钠浮起，脱离水面，反应停止；当钠表面的H2逸出，钠又回落，与水反应，如此反复，减慢了Na与H2O的反应速率

解析　Na与H2O反应的产物是NaOH和H2，反应速率很快，并放出大量的热，Na的用量多容易发生爆炸。

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。

钠与水反应，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发生反应，重复发生上述现象，减慢了Na与H2O反应生成氢气的速率。

12.在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应可以得到铁的氧化物。

该氧化物又可经过此反应的逆反应生成颗粒很细的铁粉。

这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。

请分别用下图所示的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。

实验中必须使用普通铁粉和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）。

填写下列空白：

（1）实验进行时，试管A中应加入的试剂是________；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）实验时，U形管G中应加入的试剂是________；长颈漏斗H中应加入__________。

（3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是__________________（填该仪器对应的字母）。

（4）试管E中发生反应的化学方程式是__________________________。

（5）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须________；E管中的反应开始后，在F出口处应________。

答案　

（1）普通铁粉（或铁粉）　作为水蒸气发生器　防止倒吸（或用作安全瓶）　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＋4H2

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显然是反应生成了氢气，该装置用于实现铁粉与水蒸气的反应，则另一套用于实现“引火铁”的制取。

13.红热的铁能与水蒸气反应，有氢气生成，现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的实验，并用简单的方法收集、检验生成的氢气。

请回答下列问题：

（1）写出铁在高温下与水蒸气反应的化学方程式

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）干燥管C内盛放的药品是________和________（填化学式）。

干燥管的________（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）怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气？

简述实验操作步骤和现象________________________________________________________________________。

（5）若收集到标准状况下的H2为22.4L，则参加反应的铁粉的质量为________g。

（6）当固体质量增加32g时，生成H2的质量为________g。

答案　

（1）3Fe＋4H2O（