高中化学 3.1金属的化学性质教材深度解析 新人教版必修1

《高中化学 3.1金属的化学性质教材深度解析 新人教版必修1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 3.1金属的化学性质教材深度解析 新人教版必修1（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一节 金属的化学性质 金金金属属属及及及其其其化化化合合合物物物 第三章1 9 6 5年1 2月, 我国湖北一座楚墓中发掘出两把宝剑, 其中一把刻有“ 越王勾践, 自作用剑” 的青铜剑, 出土后依然光彩照人, 毫无锈蚀之迹。当试验者把剑轻轻一挥, 竟将1 9层叠在一起的白纸斩断。这把剑在国外展出时, 引起了很大的轰动。虽然材料的纪元始于青铜, 但由于铁价廉, 因此逐渐代替了青铜。从对世界文明史的影响来看, 铁要比青铜的影响大得多, 可以说有了铁, 人类才开始真正使用了金属。1 9世纪后半期, 铁使人类能随心所欲地掌握能源, 发展文明。铝是地壳中含量最多的金属元素, 但由于铝的性质活泼,与氧结

2、合紧密, 冶炼困难, 人类发现和利用铝的时间比较晚。直到1 9世纪末, 当科学家研究出现代铝的生产方法 电解氧化铝后, 铝的产量剧增, 价格也逐渐下降。由于铝合金具有密度小、 硬度大、 强度高等优点, 被广泛用于航空、 交通、 建筑、国防等工业, 逐渐成为继铁之后对人类发展产生重大影响的金属。特别是铝合金在航空上的应用, 使其被人们誉为“ 带翼的金属” 。2 0 0 2年1 2月超导磁悬浮列车的商业运营, 大大缩短了人们的空间距离; 贮氢合金简便易行的贮氢方法为人们解决能源危机带来了契机; 记忆材料的使用使得有限的航天器内部可以装载着体积大的航天探测工具无论是过去、 现在, 还是将来, 金属材

3、料的使用将不断改变人们的生活, 推动人类文明不断向前发展1.要复习初中化学中金属的有关知识, 做好与新课的衔接, 充分利用已有的知识学习新知识。本章选取的几种典型金属元素, 它们的化学性质活泼, 与离子反应尤其是氧化还原反应联系密切, 学习时要从离子反应、 氧化还原反应等不同角度来理解和认识所涉及的化学反应, 从新角度巩固氧化还原反应的有关概念。2.要充分运用实验, 突出化学的学科特征, 增强学习的探究性和体验性。通过实验进一步体会元素化合物的性质来自实验, 来自生活。3.在学习了金属与氧气、 水、N a OH溶液等的反应以后,要运用比较、 归纳、 分析、 综合等方法找出金属的共性。同时注意钠

4、、 铝、 铁分别与氧气、 水的反应各不相同, 它们之间存在差异。然后可以根据反应程度的差异总结出不同金属与氧气、 水反应的情况与金属活动性的关系, 用金属的活动性来说明钠、 铝、 铁、 铜的性质( 金属活泼与金属的活动性是两个不同的概念, 但在某些方面是一致的) 。同时还要了解铝能够与N a OH溶液反应, 不是所有金属共同具有的性质, 而是少数金属的特性。通过比较、 归纳, 了解金属的一般化学性质和个性, 从而对金属的化学性质有一个整体的认识。第一节 金属的化学性质 1.了解钠、 铝、 铁等金属及其重要化合物的主要物理性质。 2.了解钠、 铝、 铁等金属与氧气、 水、 酸、 碱、 盐溶液等反

5、应的情况, 了解各种金属的共性和个性。 3.能应用物质的质量、 摩尔质量、 物质的粒子数、 物质的量、 气体摩尔体积、 物质的量浓度等物理量在化学方程式中进行简单的化学计算。 要点1 金属的存在与共性(1) 存在: 自然界中绝大多数金属元素以化合态存在, 原因是多数金属的化学性质比较活泼。(2) 物理共性: 不透明、 有金属光泽、 易导电、 易导热、 有延展性等。关键提醒 (1) 金属与酸反应的规律: 在金属的活动性顺序表中, 只有排在氢前的金属可置换出酸( 盐酸、 稀硫酸等)中的氢。(2) 金属与盐溶液反应的规律: 一般情况下, 在金属活动性顺序表中排在前面的金属可以把后边的金属从其盐溶液中

6、置换出来。 【 案例1】 下列关于金属的叙述中正确的是( ) 。A.所有的金属都是固态的B.金属具有导电性、 导热性和延展性C.所有金属都能与酸反应D.金属元素在自然界中都是以化合态存在的 【 精析】 金属中存在自由移动的电子, 在外加电场下会定向移动、 在受热时会加速运动而快速传递能量, 所以金属都有良好的导电性和导热性, 自由电子与金属离子间存在着作用力, 所以导致了金属具有延展性。金属活动性顺序表中排第三章 金属及其化合物 在氢之前的金属都可与酸反应, 但在氢之后的金属难以与酸反应, 如铜不与盐酸或稀硫酸反应。金属在自然界中除金、 铂外大多数是以化合态存在的。 【 解答】 B 要点2 金

7、属与非金属的反应(1) 钠与氧气的反应实验操作实验现象刚切开的钠具有银白色金属光泽, 表面在空气中很快变暗; 加热时, 钠先熔化为银白色的小球, 然后燃烧, 火焰呈黄色, 最后生成淡黄色固体实验结论(1) 钠是银白色金属, 硬度小, 通常保存在煤油或石蜡油中(2) 常温下:4 N a +O22 N a2O;加热时:2 N a +O2N a2O2 关键提醒 钠与氧气反应, 条件不同, 产物不同。由于2 N a2O+O22 N a2O2,N a2O2的稳定性比N a2O强。金属钠在空气中的变化过程如下:银白色的金属钠(N a)O2表面变暗( 生成N a2O)H2O出现白色固体( 生成N a OH)

8、H2O表面生成溶液(N a OH潮解)C O2白色块状固体( 生成N a2C O31 0 H2O)风化白色粉末( 生成N a2C O3)(2) 铝与氧气的反应金属铝虽是一种较活泼的金属, 但在常温下能与空气中的氧气发生反应生成氧化铝, 形成一层致密的氧化物薄膜覆盖在铝的表面, 阻止了氧气与铝的继续反应, 因而铝能在空气中稳定存在。 【 案例2】 下列物质不可由相应的单质在空气中直接燃烧生成的是( ) 。A.M g OB. C O2C. C OD. F e3O4 【 精析】 M g O可由镁带在空气中燃烧生成;C O2、C O可由碳在空气中发生完全燃烧、 不完全燃烧生成; 而F e3O4只能是铁

9、丝在纯氧中燃烧生成。 【 解答】 D 要点3 金属与水的反应(1) 钠与水的反应实验操作实验现象结论或解释钠浮在水面上钠的密度比水小与水 反 应 发 出 “ 嘶嘶” 的响声钠 与 水 反 应 生 成气体钠熔成闪亮的小球钠熔点低, 反应放热小球 在 水 面 上 迅 速游动, 逐 渐 变 小, 最后消失反应 产 生 的 气 体 推动小球运动反应 后 溶 液 的 颜 色逐渐变红有碱生成总结钠与水剧烈反应, 生成N a OH和H2, 表现还原性, 化学方程式:2 N a+2 H2O2 N a OH+H2 关键提醒 取用的钠要小, 过大易发生危险; 用滤纸吸去表面的煤油; 放入钠块后, 最好用玻璃片遮盖

10、烧杯。将钠投入C u S O4溶液中, 不能将溶液中的C u2+还原成单质铜, 原因是将钠投入C u S O4溶液中时, 钠首先与溶剂水反应:2 N a+2 H2O2 N a OH+ H2, 生 成 的N a OH再 与C u S O4发生复分解反应:C u S O4+2 N a OHC u(OH)2+N a2S O4, 所以不会发生反应:2 N a +C u S O4N a2S O4+C u。(2) 铁与水蒸气的反应 关键提醒 铁粉不需要与湿棉花混合, 因改用酒精灯加热, 温度比用酒精喷灯加热时低;酒精灯应先在放湿棉花的位置上加热一会儿, 待试管底部温度略高, 且有部分水形成水蒸气时, 再将

11、酒精灯移至放铁粉的位置加热, 可防止发生倒吸现象;加热一会儿后, 将导管插入到肥皂水中, 最初插入时吹起的是空气泡。肥皂水不宜太稀, 否则吹起的氢气泡太小, 点燃时难有较大的爆鸣声;实验结束时, 应先从肥皂水中撤出导管, 再移去燃着的酒精灯。 【 案例3】 将一小块钠投入盛饱和澄清石灰水的试管里, 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 【 精析】 将一小块钠投入饱和澄清石灰水中, 钠与水剧烈反应, 所以 首 先观 察到 钠与 水 反 应 的 一 系 列 现 象。随 着2 N a +2 H2O2 N a OH+H2反应的

12、进行, 水被消耗, 溶液的温度升高, 由于C a(OH)2的溶解度随温度的升高而降低, 所以溶液中的C a(OH)2有部分析出, 可以观察到溶液变浑浊。 【 解答】 C 失误警示 本题易错选D, 错选的原因是忽略了钠与水反应生成了N a OH, 同时反应放热。第一节 金属的化学性质 要点4 铝与氢氧化钠溶液的反应(1)实验操作实验现象有关化学方程式试 管 中 有 气 泡 冒出,铝 片 慢 慢 溶解; 点燃的木条放在 试 管 口 时 发 出爆鸣声2 A l+6 HC l2 A l C l3+3 H2试 管 中 有 气 泡 冒出,铝 片 慢 慢 溶解; 点燃的木条放在 试 管 口 时 发 出爆鸣声

13、2 A l +2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H2 关键提醒 铝既能与盐酸反应, 又能与N a OH溶液反应, 都生成H2, 这是A l区别于其他金属的特性。铝与强碱反应的实质: 铝与碱溶液反应, 不是直接与碱反应, 而是铝先与强碱溶液中的水反应生成A l(OH)3, 然后A l(OH)3再 与 强 碱 反 应 生 成 偏 铝 酸 盐。2 A l+6 H2O2 A l(OH)3+3 H2,A l(OH)3+N a OHN a A l O2+2 H2O,因此在2 A l +2 H2O+2 N a OH2 N a A l O2+3 H2中, 氧化剂是H2O, 而不是N a

14、 OH。电子转移的方向和数目表示如下:(2) 酸、 碱、 盐可直接侵蚀铝的保护膜及铝本身, 因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性、 碱性或咸的食物。(3) 金属元素原子结构与性质金属元素原子的最外层电子数较少, 最外层电子容易失去, 化合价从0价升为正价, 表现较强的还原性。(4) 金属元素在自然界中的存在化合态: 大多数活泼的金属。游离态: 极少数极不活泼的金属, 如金。 【 案例4】 甲、 乙两烧杯中各盛有1 0 0m L3m o l/L的盐酸和N a OH溶液, 向两烧杯中分别加入等质量的铝粉, 反应结束后测得生成气体的体积比为V( 甲)V( 乙)=12, 则加入铝粉的质量为( ) 。

15、A. 5. 4gB. 3. 6gC. 2. 7gD. 1. 6g 【 精析】 A l不管与酸还是与碱反应, 它与生成的H2的物质的量之比都是23, 所以若铝在两种溶液中均不足量, 则产生氢气的体积之比为11; 若在两种溶液中均有剩余, 则产生氢气的体积之比为13。根据题意可以判断不属于以上两种情况, 进而推断: 铝在盐酸中足量, 在氢氧化钠中不足量, 盐酸的物质的量已知, 可计算出产生的氢气的量, 再根据铝与氢氧化钠产生的氢气的物质的量即可计算出铝的物质的量。 【 解答】 A 要点5 物质的量在化学方程式计算中的应用(1) 化学方程式中的化学计量数与几个物理量之间的关系 H2 + C l2点燃

16、 2 HC l化学计量数之比 1 1 2扩大NA倍 1NA 1NA 2NA物质的量之比 1m o l 1m o l 2m o l换算成标准状况下体积2 2. 4L 2 2. 4L 4 4. 8L在同一条件下体积比1 1 2结论: 化学方程式中各物质的化学计量数之比等于分子个数之比, 也等于物质的量之比。即123=N1N2N3=n1n2n3对于气体参与的反应, 在同温同压下其还等于气体的体积之比。即1 2 3=n1n2n3=V1V2V3(2) 物质的量应用于化学方程式计算中的几个基本公式已知物质的质量:n(B)=mM。粒子或物质的摩尔质量是以“gm o l-1” 为单位, 在数值上等于该粒子的相

17、对原子质量或相对分子质量。已知标准状况时的气体体积:n(B)=VVm。标准状况下(0和1 0 1k P a) , 气体的摩尔体积约为2 2. 4Lm o l-1。已知物质的粒子数:n(B)=NNA, 一般计算中阿伏加德罗常数通常采用6. 0 21 02 3m o l-1这个近似值。已知溶液中的物质的量浓度:n(B)=c(B)V( 溶液) 。 关键提醒 (1) 根据化学方程式计算时, 一般应将已知物质的其他物理量先换算成该物质的物质的量。(2) 将物质的量、 物质的质量、 气体体积、 粒子数等不同物理量同时用于化学方程式的计算时, 在化学方程式下列出的物理量必须符合“ 左右成比例, 上下单位相同

18、” 的基本原则。 【 案例5】 将1 0g钠和铝的混合物投入到2 0 0m L水中, 充分反应后收集得到8. 9 6L( 标准状况下测定) 氢气, 且在所得溶液中无固体剩余。则原混合物中钠和铝的质量各为多少? 所得溶液的物质的量浓度为多少? ( 假设反应过程中溶液的体积就等于反应前水的体积) 【 精析】 本题中将钠和铝投入水中时, 先是钠与水反应生成氢氧化钠和H2, 然后生成的氢氧化钠再与铝反应而得到偏铝酸钠和H2, 所以生成的气体是两次之和。而所得溶液中无固体剩余, 所以根据金属的质量即可算得相应氢气的质量。设原混合物中钠的物质的量为x, 铝的物质的量为y。 2 N a +2 H2O2 N

19、a OH+H22m o l 2m o l 2 2. 4Lx x 1 1. 2x2 A l+ 2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H22m o l 2m o l 2ym o l 32 2. 4Ly y y 3 3. 6y所以得到:2 3g/m o lx+2 7 g/m o ly=1 0;1 1. 2L/m o lx+3 3. 6L/m o ly=8. 9 6L解得:x=0. 2m o l y=0. 2m o l所以原金属中钠的质量为4. 6g, 铝的质量为5. 4g。第三章 金属及其化合物 所得溶液是N a A l O2, 物质的量浓度为0 . 2m o l0 . 2L=

20、1m o l/L 【 解答】 钠的质量为4. 6g, 铝的质量为5. 4g; 所得N a A l O2溶液的物质的量浓度为1m o l/L。 拓展点1 钠与酸、 碱、 盐溶液的反应规律(1) 金属钠与碱溶液反应的实质是与水反应。(2) 金属钠与酸溶液反应:N a与H2O反应的实质是N a置换H2O电离出的H+。酸溶液中的H+主要由酸电离得到,所以N a投入酸溶液中, 首先与酸反应, 且比在纯水中反应剧烈, 只有当酸反应完后, 才与水反应。例如少量N a投入盐酸中先发生反应:2 N a +2 HC l2 N a C l +H2。(3) 钠与盐溶液的反应: 钠和盐溶液反应, 不能置换出盐中的金属,

21、 这是因为金属阳离子在水中一般是以水合离子形式存在, 即金属离子周围有一定数目的水分子包围着, 不能与钠直接接触, 而是先与水反应, 再考虑生成的碱与盐的反应。例如 钠 与 氯 化 铁 溶 液 的 反 应:2 N a+2 H2O2 N a OH+H2,3 N a OH+F e C l3F e(OH)3+3 N a C l。 关键提醒 通常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:4 N a+T i C l4电解4 N a C l +T i。分析钠与酸、 碱、 盐溶液反应的计算题时, 生成H2的物质的量均按钠计算, 使问题更简捷

22、。 【 案例6】 将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中, 有气体放出, 且溶液质量减轻的是( ) 。A.HC l B.N a OHC. K2S O4D. C u S O4 【 精析】 在A、B、C三个选项中只有H2放出, 故溶液质量是增加的。D选项中由于N a与H2O反应生成的N a OH还能继续与C u S O4反应析出C u(OH)2沉 淀:2 N a+C u S O4+2 H2OC u(OH)2+N a2S O4+H2, 故反应后溶液质量减轻。 【 解答】 D 顿有所悟 少量钠投入上述四种物质的水溶液中, 均有H2产生, 故都满足题目的第一个条件“ 有气体放出” , 而反应后“ 溶液质

23、量减轻” 是指投入的金属钠的质量小于脱离溶液的物质的质量。 拓展点2 物质的量应用于化学方程式计算的解题步骤(1) 设: 设出的未知数直接用各物理量的符号表示, 并且不带单位, 同时未知数的确定应合理利用化学方程式中的横向和纵向联系, 使运算简便。(2) 写: 根据题意写出并配平反应的化学方程式, 并注意隐含条件。在方程式相关物质下面注明相应的关系量, 比较复杂的数量关系可先化简。(3) 关: 建立未知数和已知数之间的定量关系, 把已知和未知的量分别写在化学方程式中有关的化学式下面。(4) 列: 将有关的几个量列出比例式, 求出要求的量, 计算时都要带单位( 已知量带单位, 未知量不带单位)

24、。 例如:2 N a + 2 H2O2 N a OH + H222 3g 2m o l 2m o l 2 2. 4Lm(N a) n(H2O) n(N a OH) V(H2)则有22 3gm(N a)=2m o ln(H2O)=2m o ln(N a OH)=2 2. 4LV(H2)(5) 解: 运用数学知识选取容易解决的突破口求解。(6) 答: 简明地写出答案。 关键提醒 化学方程式所表示的是纯净物之间量的关系, 因此不纯物质必须换算成纯净物后再进行计算。在所列比例式中, 同一种物质上下单位要一致, 不同物质左右单位要对应。如果是离子反应, 可根据离子反应方程式进行计算; 若是氧化还原反应,

25、 也可利用电子转移关系进行计算。 【 案例7】 向5 0 0m LN a OH溶液中投入1 0. 8 gA l, 二者恰好完全反应后, 计算:(1)A l的物质的量。(2) 参加反应的N a OH的物质的量 和 溶液 的物 质的 量浓度。(3) 生成标准状况下H2的体积。 【 精析】 根据物质的量、 摩尔质量和质量之间的关系,n(m o l)=m(g)M(gm o l-1), 能求出A l的物质的量。由反应的化学方程式能求出参加反应的N a OH和生成H2的物质的量, 则能求出N a OH溶液的物质的量浓度及标准状况下H2的体积。(1)A l的摩尔质量是2 7gm o l-1n(A l)=1

26、0. 8g2 7gm o l-1=0. 4m o l(2) 设参加反应的N a OH的物质的量是n。 2 A l + 2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H22 20. 4m o l n20. 4m o l=2n解得n=0. 4m o l故c(N a OH)=0. 4m o l0. 5L=0. 8m o lL-1(3) 设生成标准状况下H2的体积是V。 2 A l+2 N a OH +2 H2O2 N a A l O2+3 H22m o l 32 2. 4L0. 4m o l V所以V=0. 4m o l 32 2. 4L2m o l=1 3. 4 4L 【 解答】 (1

27、)0. 4m o l(2) 参加反应的N a OH的物质的量是0. 4m o l,N a OH溶液的物质的量浓度是0. 8m o lL-1。(3)1 3. 4 4L 顿有所悟 物质的量、 摩尔质量、 物质的量浓度和气体摩尔体积应用于化学方程式进行计算时, 对于定量研究化学反应中各物质之间量的关系更加方便。 拓展点3 铝与酸或碱反应生成H2的量的关系铝与盐酸、 氢氧化钠溶液反应的原理分别为:2 A l +6 HC l2 A l C l3+3 H2第一节 金属的化学性质2 A l +2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H2(1) 等量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应, 产

28、生氢气的体积比为VH C l(H2)VN a OH(H2)=11;(2) 足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应, 产生氢气的体积比为VH C l(H2)VN a OH(H2)=13;(3) 一定量的铝分别与一定量的盐酸或氢氧化钠溶液反应, 若产生氢气的体积比为13VH C l(H2)VN a OH(H2)n23c V, 则甲中根据酸计算放出的氢气为n( 甲)=c V; 乙中根据铝的量计算放出的氢气为n( 乙)=32n。由题意得c V32n=56, 得n=45c V, 处在c Vn23c V范围内, 故该情况符合题意。(4) 若甲中硫酸过量, 即nc V, 这种情况显然不合理。 【

29、解答】 B顿有所悟 通过假设法, 分别讨论几种不同情况, 才可能使问题考虑得更加全面。本题就是利用反应物不足或过量来进行讨论的。当然从电子守恒的角度分析, 可以一下子否定掉D项, 因为相同质量的A l反应后得到的还原产物H2的量应该相同。 拓展点4 化学计算题中常见的几种解题方法(1) 规律法各类计算题都有解题规律, 掌握了解题规律, 就可以根据题目的具体内容进行具体分析, 抓住解题的关键, 从而形成完整的解题思路。例如: 等质量的F e、Z n、A l和N a, 分别投入足量的盐酸中, 置换出氢气由多到少的顺序是怎样的?解析: 设金属质量为W, 化合价为+n价, 金属的相对原子质量为m, 放

30、出H2的质量为x。 2 R+2nHC l2 R C ln+nH22m 2nW x2m2n=Wxx=Wnm因为W是定值, 所以x取决于nm, 生成氢气的质量比为x(F e)x(Z n)x(A l)x(N a)=25 626 532 712 3=12 813 2. 51912 3, 由此得出结论: 相同质量不同化合价的金属跟 酸 反 应 生 成 的 气 体 的 质 量 ( 或 体 积 )之 比 等 于金属的化合价金属的相对原子质量。(2) 多步计算关系式法某些物质连续发生了几步化学反应, 但其中某一元素前后是守恒的, 由此可找出最初反应物与最终生成物之间的比例关系, 从而简化计算过程。例如:4.

31、6g金属钠与水反应后所得溶液中, 要使1 0 0个水分子溶有1个N a+, 需要水的质量是多少?解析:N a+是N a与H2O反应生成的N a OH电离产生的,由化学方程式2 N a+2 H2O2 N a OH+H2, 可知每产生一个N a+就要消耗一个H2O分子, 要使1 0 0个水分子溶有一个N a+, 则起始水与N a的物质的量之比为(1 0 0+1)1, 因此, 可得一步计算关系式: (1 0 0+1)H2ON a N a+1 0 11 8 2 3m(H2O) 4. 6g解得:m(H2O)=3 6 3. 6g深入理解反应过程, 找出一步计算关系式, 可以简化计算过程, 迅速解题。(3)

32、 差量法差量法是根据化学变化前后物质的量发生的变化, 找出所谓“ 理论差量” 。这个差量可以是质量、 气体的体积、 压强、物质的量、 反应过程中热量的变化等。该差量的大小与参与反应的物质的有关量成正比。差量法就是借助于这种比例关系, 解决一定量变的计算题。解此类题的关键是根据题意确定“ 理论差量” , 再根据题目提供的“ 实际差量” , 列出比例式,第三章 金属及其化合物 求出答案。(4) 守恒法在化学中有许多守恒关系, 如质量守恒、 电子转移守恒、电荷守恒、 化合价代数和守恒等。质量守恒宏观表现: 变化前后质量守恒。微观表现: 变化前后同种元素的原子个数守恒。电子转移守恒在氧化还原反应中,

33、氧化剂得电子总数( 或化合价降低总数) 等于还原剂失电子总数( 或化合价升高总数) 。电荷守恒在电解质溶液中, 阴离子所带负电荷总数与阳离子所带正电荷总数必须相等。在离子方程式中, 反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数必须相等且电性相同。化合价代数和守恒任一化学式中正、 负化合价的代数和一定等于零。借此可确定化学式。 关键提醒 运用守恒法解题既可避免书写繁琐的化学方程式, 提高解题的速度, 又可避免在纷繁复杂的解题背景中寻找关系式, 提高解题的准确度。 【 案例9】 由锌、 铁、 铝、 镁四种金属中的两种组成的混合物1 0g, 与 足量 的盐 酸 反应 产生 的氢 气 在标 准状 况下 为1

34、 1. 2L, 则混合物中一定含有的金属是( ) 。A.锌 B.铁C.铝D.镁 【 精析】 金属与水、 酸或碱反应产生H2的量的关系为Mn2H2,M代表某种金属,n代表金属化合价。即1m o l金属与水、 酸或碱反应产生n2m o l的H2。解法一: 用极值思想和上述金属与酸反应产生H2的关系式, 很容易求解。Mn2H2Z n H2F e H2M g H2A l 32H2由此很快算出, 产生标准状况下1 1 . 2L的H2时, 需要各金属的质量分别是m(Z n)=3 2 . 5g,m(F e)=2 8g,m(M g)=1 2g,m(A l)=9g 1 0g。只有当A l与其他任意一种金属混合才

35、可能产生标准状况下的H21 1. 2L。解法二: 也可以用求平均相对原子质量的方法解答。先假定化合价为+2价, 求出金属混合物的平均相对原子质量:1 0Mr=1 1. 22 2. 4, 则Mr=2 0, 而锌、 铁、 镁的相对原子质量均大于2 0, 铝作为+2价时, 相对原子质量可算作2 723=1 82 0, 则必含有铝。 【 解答】 C 顿有所悟 金属与水、 酸、 碱反应,1m o l金属参与反应产生氢气的物质的量为金属价态变化数的一半, 即n2, 产生氢气的质量等于金属的价态变化数, 即n, 根据量的关系求出Mn的值。然后对照选项利用一大一小( 不反应视为大) 的原则判断出答案。 综合应

36、用题 【 例1】 ( 要点3) 在烧杯中加水和苯( 密度:0. 8 8g/c m3,和水不互溶) 各5 0m L, 将一小粒金属钠( 密度:0. 9 7g/c m3) 投入烧杯中, 观察到的现象可能是( ) 。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.钠在苯与水的交界处反应, 并上下跳动 【 精析】 ( 苯)( 钠)S i A l F eA l是金属元素中含量最高的。A l是一种活泼金属, 很易被空气中的O2氧化生成A l2O3, 但A l不能在空气中燃烧, 在纯氧中燃烧发出耀眼的白光, 并放出大量热, 但表面的A l2O3因熔点高而不会熔化。

37、4. D 提示: 钠的熔点只有9 7. 8 1, 受热时立即熔化; 钠是一种很活泼的金属, 受热时与氧气化合生成过氧化钠, 呈淡黄色; 钠燃烧时火焰为黄色。5. D 提示:3 F e +4 H2O(g)F e3O4+4 H2。6. C 提示: 镁和铝都能与盐酸、C u S O4溶液、 稀硫酸反应, 而能与氢氧化钠溶液反应却是铝的特性, 镁不能与氢氧化钠反应。所以只有C是正确的, 即加入后产生气体的是铝, 如无明显现象时, 则为镁。7. C8. D 提示: 发生两个反应:2 N a + 2 H2O2 N a OH+H2;2 N a OH+C u S O4C u(OH)2+N a2S O4。9.(

38、1)C O2被吸收, 压强减小而被外界大气压压瘪 2 OH-+C O2C O2-3+H2O (2) 由于铝与碱反应生成H2, 压强增大而重新鼓起 2 A l + 2 O H-+ 2 H2O2 A l O-2+ 3 H2提示: 在易 拉 罐内 充入C O2后 加 入N a OH, 会 发 生 反 应2 N a OH+C O2N a2C O3+H2O, 而使罐内气体压强减小, 所以在外界大气压的作用下而变瘪; 而后过量的N a OH会与易拉罐的成分铝发生反应而生成H2, 发生的反应是2 A l +2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H2, 所以罐内压强会增大, 易拉罐又会重新

39、鼓起来。1 0.A 提示:B项中, 钠离子较稳定。C项中, 钠能够跟水发生反应, 但在溶液中不能置换出其他金属。D项中, 还原性的强弱与得失电子的难易程度有关, 与得失电子的多少没有关系。1 1. B 提 示:n(N a)=0 . 0 5 m o l, 与 钠 反 应 的n(H2O)=0 . 0 5m o l, 所以n(N a+)=0. 0 5m o l, 最后溶液中的n(H2O)=9g 1 8g/m o l-0. 0 5m o l=0. 4 5m o l,n(H2O)n(N a+)=91。1 2.A、C 提示: 在加热条件下, 钠既能与空气中的氧气反应生成过氧化钠, 也能与S反应生成N a2

40、S,4. 6g钠与1. 6g硫粉在反应时钠过量, 所以最终的产物应为过氧化钠与硫化钠的混合物。1 3. B 提示:2 . 3 g钠投入水中产生的氢氧化钠为4g, 产生的氢气为0 . 1 g, 即溶质为4 g, 溶液质量为(1 0 0 + 2 . 3 - 0 . 1)g。1 4.A 提示:2 A l 3 H2S O4 2 A l 2 N a OH2 32 2第一节 金属的化学性质等量的A l消耗H2S O4和N a OH的物质的量之比是32。又因它们体积相同, 则物质的量浓度之比等于物质的量之比。1 5.A、B 提示: 两盘中盐酸和烧杯的质量均相等, 需要判断的是两个烧杯中变化的质量是否相等。如

41、: 加0. 1m o l钠产生0. 0 5m o lH2, 增加的质量是0. 1m o l 2 3g/m o l -0. 0 5m o l 2g/m o l =2. 2g; 加0. 1m o lM g产生0. 1m o lH2, 增加的质量是0. 1m o l 2 4g/m o l -0. 1m o l 2g/m o l=2. 2g。两烧杯中变化的质量相等, 因此A项正确。其他类似。1 6.A 提示: 该溶液为无色, 排除B、C两项。能与铝粉反应放出H2说明溶液可能含有H+, 也可能含有OH-, 即各组离子可以在酸性或者碱性条件下共存。D项,NH+4与OH-不能共存,C O2-3与H+不能共存

42、。1 7. B 提示:A项, 配平 错误;C项, 铁 与 酸 反 应 生 成 的 是F e2+;D项,N a会与水反应, 所以在溶液中不能置换出其他金属。1 8.A 提示: 镁和铝都能与2m o lL-1H2S O4溶液反应得到H2;M g、A l与C u S O4反应可置换出C u, 不产生H2;K OH溶液和B a(OH)2溶液只能与铝反应产生氢气。1 9. B 提示: 由反应方程式:F e +2 HC lF e C l2+H2,2 A l+2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H2, 可得生 成H2的体积之比为13时, 消耗的F e与A l的物质的量之比为12, 盐酸

43、与氢氧化钠的物质的量之比为11, 从而也就可得盐酸的物质的量浓度为2m o l/L。2 0. B 提示: 由于加入到氢氧化钠中, 只有铝发生反应, 剩余固体为铁, 与硫酸铜反应而得到的固体是铜, 即得到的铜的质量与原混合物的质量相等, 即相当于铁置换出铜时的质量差即为铝的质量, 所以设铁的质量为5 6g, 则生成的铜的质量为6 4g, 增大了8g, 即相当于原混合物中铝为8g, 所以得到A l的含量为1 2. 5%。2 1.(1)3 F e +4 H2O(g)高温F e3O4+4 H2(2)产生的H2太少;水蒸气过多增加还原铁粉的用量;控制烧瓶加热温度, 避免产生大量水蒸气( 或增加干燥剂的用

44、量)(3) 可行 N a2C O31 0 H2O受热能产生平稳的水蒸气流,也能避免产生大量水蒸气提示: 观察整个装置图, 弄清每个装置的作用。结合题干信息可知烧瓶A是提供水蒸气的,F e粉与水蒸气在B处发生反应, 生成F e3O4和H2,H2经干燥管C后逸出。D处H2无法点燃, 可能是因为H2量太少或H2中的水蒸气含量过大。改正的措施从以上两个途径考虑。2 2.A、C 提示:A项正确, 如F e +C u S O4F e S O4+C u;B项, 当X、Y都 是 非 金 属 时,X不 一 定 比Y活 泼, 如2 N a B r O3+ I22 N a I O3+B r2;C项正确, 如F e

45、+C u S O4F e S O4+C u、2 N a+C u S O4+2 H2ON a2S O4+C u(OH)2+H2。2 3.(1) 钠与水反应剧烈, 放出的热量大, 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)2 N a+2 H2O2 N a+2 OH-+H2提示: 本题考查钠的安全使用及溶液的密度与浮力的关系。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/c m3, 黄豆粒大小的一块钠的体积( 立方体时的边长肯定小于1 c m) 小于1c m3, 则其质量小于1g, 故1 0g钠全部投入完

46、毕所进行的次数要大于1 0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。思考与交流(P 4 6)1.围绕初中化学中金属与氧气的反应、 金属与酸的反应和金属与一些盐溶液的反应, 以及金属活动性顺序等知识, 并结合生活中所观察到的现象展开讨论。2.这四幅照片分别是铝丝与硫酸铜溶液反应形成铜树;镁条的燃烧; 铜丝与硝酸银溶液反应形成银树; 镁条与稀盐酸反应。相应的化学方程式为:2 A l +3 C u S O4A l2(S O4)3+3 C u 2 M g+O2点燃2M g O C u +2 A g NO3C u(N O3)2+2 A g M g+2 HC lM

47、 g C l2+H23.略科学探究(P 4 8)1.(1) 现象: 将未打磨的铝箔在酒精灯火焰上加热, 发现铝箔发红卷缩, 变暗失去光泽, 熔化并不落下。(2) 原因: 铝箔表面有一层氧化膜, 构成薄膜的A l2O3的熔点(20 5 0) 高于A l的熔点(6 6 0) , 包在铝的外面, 所以熔化了的液态铝不会滴落下来。2.将已打磨的铝箔在酒精灯火焰上加热, 发现铝箔也卷缩, 变暗失去光泽, 熔化不落下( 打磨后的铝箔表面又很快形成氧化膜, 包在铝的外面, 因此铝不会滴落下来) 。科学探究(P 5 0)装置1装置2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

48、 微爆鸣声用火柴点燃肥皂泡, 听到爆鸣声实验结论铁不能与冷水、 热水反应, 但能与高温水蒸气反应生成氢气, 反应方程式为3 F e +4 H2O(g)F e3O4+4 H2习题1.实验室中, 应把钠保存在煤油里。这是由于钠很容易第三章 金属及其化合物 与空气或水反应, 又因为钠的密度比煤油大, 沉在煤油底部,煤油起到隔绝空气的作用。4 N a +O22 N a2O;2 N a+O2N a2O2;2 N a+2 H2O2 N a OH+H2。2. B 提示: 钠燃烧时生成过氧化钠, 而不是氧化钠, 故B项说法错误。3. B 提示: 铝置于空气中很快就会被空气中的氧气氧化而形成一层致密的氧化膜,B

49、项说法错误。4. D 提示: 有的非金属元素也容易失去电子, 例如:H,故A项说法错误; 能与酸反应的不一定是金属, 例如: 碳可以跟浓硫酸或浓硝酸反应,B项说法错误; 原子的最外层只有1个电子的元素除碱金属外还有H元素,C项说法错误。5. D 提示: 铝不同于其他大多数金属的性质就是它不仅能与酸反应放出氢气, 还可以与强碱反应放出氢气, 本题选D项。6.A 提示: 由铝与盐酸和铝与氢氧化钠反应的化学方程式可以看出, 不管是盐酸还是氢氧化钠, 铝与氢气的物质的量之比都是23, 故相同质量的铝与足量的盐酸和氢氧化钠反应, 放出氢气的量相同,A项正确。7.(1)3 F e +4 H2O(g)F e

50、3O4+4 H2(2)2 A l +6 HC l2 A l C l3+3 H2,2 A l +6 H+2 A l3+3 H2(3)2 A l +2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H2,2 A l +2 OH-+2 H2O2 A l O-2+3 H2(4)Z n +C u C l2C u +Z n C l2,Z n +C u2+C u +Z n2+8. 6. 7 2L 提示: 由题给条件知:n(A l)=0. 2m o l, 由铝与氢氧 化 钠 反 应 的 化 学 方 程 式 知:n(H2)=320. 2m o l=0. 3m o l,V(H2)=0. 3m o l 2

51、2. 4L/m o l =6. 7 2L。9.相同质量的镁和铝与足量的盐酸反应, 铝放出的氢气比较多; 相同体积的镁和铝与足量的盐酸反应, 也是铝放出的氢气比较多。提示: (1) 相同质量的镁和铝: 取1g镁和铝进行计算。1g镁与盐酸反应放出氢气的质量为12 42g =11 2g;1g铝与盐酸反应放出氢气的质量为12 73g =19g。由以上推断可知相同质量的镁和铝, 铝产生的氢气比较多。(2) 相同体积的镁和铝: 设体积均为10 0 0c m3, 则镁的质量为17 3 8g, 约7 2. 4m o l, 反应可产生氢气1 4 4. 8g; 铝的质量为27 0 0g, 约1 0 0m o l,

52、 反应可产生氢气3 0 0g。所以相同体积的镁和铝分别与足量的酸反应, 铝放出的氢气比较多。1 0.略 提示: 建议从铝的矿产资源、 铝的冶炼、 铝燃烧放出的热量、 铝燃烧的条件、 燃烧容器等方面去考虑。1 1.略铝的发现与应用铝在地壳中的含量仅次于氧和硅, 但由于铝的还原性强,因而被发现得较晚。1 8 0 81 8 1 0年间英国化学家戴维等曾试图电解铝钒土分离出铝, 但都没有成功。1 8 5 4年, 德国化学家德维尔利用钠代替钾还原氯化铝, 制得成锭的金属铝。1 8 8 6年霍尔发明了电解氧化铝和冰晶石的熔盐制铝法, 使铝成为可供实用的金属。发现铝的初期, 铝十分珍贵。据说在一次宴会上,

53、法国皇帝拿破仑三世独自用铝制的刀叉, 而其他人都用银制的餐具。1 8 8 9年, 俄国沙皇赐给门捷列夫铝制奖杯, 以表彰其为编制化学元素周期表所做的贡献。近一个世纪的历史进程中, 铝的产量急剧上升, 其在全世界有色金属的产量上超过了铜而位居首位。铝已不再单属于皇家贵族所有, 它的用途涉及到许多领域, 大至国防、 航天、 电力、 通讯等, 小到锅碗瓢盆等生活用品。铝的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、 有机合成、 石油精炼等方面发挥着重要的作用。许多科学家经过研究发现, 老年性痴呆症与铝有密切关系。铝对人体的脑、 心、 肝、 肾及免疫功能都有损害。因此, 世界卫生组织于1 9 8 9年正式将铝确定为食品污染物而加以控制。从目前我国的情况来看, 铝主要来自氢氧化铝等药物、 铝制的餐具和油条等含铝添加剂的食品, 因此, 要尽量少吃油炸食品, 尽量少用铝制的餐具。