第三章第一节第2课时.docx

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第三章第一节第2课时

第2课时　金属与酸和水的反应

[学习目标定位]　1.会描述钠与水反应的现象，并能解释产生现象的原因，会正确书写化学方程式和离子方程式。

2.通过实验完成铁与水蒸气的反应，并会检验生成物、书写化学方程式。

一、金属与酸的反应

1．金属与酸反应的化学方程式

（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．金属与酸反应的计算

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。

（1）金属活动性顺序表中氢以前的金属能与非氧化性酸（盐酸或硫酸）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。

例1　以下是有关金属与酸的反应，请填写下列空白：

（1）分别取0.1mol铝、铁与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是________。

（2）分别取Wg铝、铁与足量盐酸反应，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，所需铝、铁的质量比是________。

答案　

（1）3∶2　

（2）

∶

（或28∶9）　（3）9∶28

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

∶

＝

∶

＝28∶9，即为产生氢气的体积比。

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。

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↑。

思维启迪

（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。

三、铁与水蒸气的反应

1．实验探究

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）

Fe3O4＋4H2

（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

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）√

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。

3．（2017·临川一中高一月考）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。

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

答案　D

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。

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。

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）

Fe3O4＋4H2

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。

[对点训练]

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

答案　B

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

答案　C

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。

3．（2017·郑州一中高一期末）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

答案　A

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、

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

答案　C

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%

答案　D

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%。

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

答案　C

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

答案　C

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．某学习小组进行了下图所示的实验，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

答案　C

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

答案　C

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。

题组四　金属的置换反应及应用

10．已知钠、铁都能与水反应，下列叙述不正确的是（　　）

A．它们反应的难易程度不同

B．它们反应的产物不完全相同

C．都需在高温条件下进行

D．反应类型都是置换反应

答案　C

解析　钠、铁都能与水发生置换反应，但二者反应难易程度不同，其产物不完全相同。

钠在常温下与冷水剧烈反应，生成氢氧化钠和氢气；铁需在高温下与水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气。

11．将金属铜投入金属甲的盐溶液中，观察到铜的表面出现银白色物质；金属乙投入稀硫酸中，观察到乙的表面有气泡产生。

下列关于金属甲、乙、铜活动性顺序的叙述正确的是（　　）

A．乙>铜>甲B．甲>铜>乙

C．乙>甲>铜D．甲>乙>铜

答案　A

解析　铜置换出甲，则活泼性：

铜>甲；金属乙能从酸中置换出氢，而铜则不能，活泼性：

乙>铜。

12．（2017·武汉二中高一期末）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

答案　A

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：

Na>Mg>Al，故曲线b表示Mg与盐酸的反应，D正确。

[综合强化]

13．（2017·洛阳高一检测）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、

mol、

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===FeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，得到关系式：

2Na～H2，Fe～H2,2Al～3H2，所以Wg钠、铁、铝生成氢气的体积比为

∶

∶

＝

∶

∶

；同理可得到

（2）、（3）、（4）的结果。

14.如图是有关钠与水反应及产物检验的实验装置。

实验开始时先向管内加入滴有酚酞的水，使水位达到B端管口，然后迅速塞紧橡胶塞并拔掉大头针，此时Na掉入水中。

回答下列问题：

（1）钠与水反应的化学方程式为___________________________________________。

（2）钠与水反应的现象很多，不同的现象证明不同的性质。

①能证明钠的密度比水小的现象是_________________________________________。

②能证明钠的熔点低的现象是__________________________________________。

③能证明有氢氧化钠生成的现象是______________________________________。

④能证明有气体产生的现象是A端液面________（填“上升”“下降”或“不变”，下同），B端液面________________________________________________________。

答案　

（1）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

（2）①钠浮在水面上　②钠熔化为光亮的小球　③溶液呈红色　④上升　下降

解析　

（1）钠与水反应生成NaOH和H2。

（2）①钠浮在水面上，证明钠的密度比水小。

②钠熔化为光亮的小球，证明钠的熔点低。

③反应后溶液呈红色，证明有氢氧化钠生成。

④B端压强增大，液面下降，A端液面上升，证明有气体生成。

15．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）装置B中发生反应的化学方程式是___________________________________。

（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

（3）吸收未反应的水蒸气，干燥氢气

（4）黑色固体变成红色，玻璃管内壁上有水珠生成

（5）A　收集氢气并检验其纯度

解析　

（1）B中发生的反应是3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2，故装置A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，干燥氢气。

（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中的氧气，再点燃酒精喷灯。

进行氢气还原氧化铜的实验前，应首先检验氢气的纯度。