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專(zhuān)題13 金屬與酸和水、鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng) 【知識(shí)回放】 1．請(qǐng)寫(xiě)出活潑金屬與鹽酸反應(yīng)的原理。 2．請(qǐng)寫(xiě)出鋁與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。 【答案】活潑金屬+鹽酸=鹽+氫氣 2Al+6HCl=2AlCl3+H2↑ 【新知精講】 一、金屬與酸和水的反應(yīng) 1.金屬與酸的反應(yīng) 規(guī)律 金屬活動(dòng)性順序中氫以前的金屬可以與酸(鹽酸、稀硫酸)反應(yīng)生成H2,金屬越活潑,反應(yīng)越劇烈 舉例 寫(xiě)出下列反應(yīng)的離子方程式: 鐵與稀鹽酸:Fe+2H+===Fe2++H2↑ 鋅與稀硫酸:Zn+2H+===Zn2++H2↑ 2.金屬與水的反應(yīng) (1)鈉與水的反應(yīng): ①反應(yīng)現(xiàn)象及解釋 ②反應(yīng)的化學(xué)方程式:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ (2)鐵與水的反應(yīng):通常鐵與冷水和熱水均不反應(yīng),但鐵可與水蒸氣反應(yīng)。 方法 方法一 方法二 實(shí)驗(yàn)裝置 氣體 用小試管收集一試管氣體,點(diǎn)燃,聽(tīng)到輕微噗聲,證明生成了H2 用火柴點(diǎn)燃肥皂泡,聽(tīng)到爆鳴聲,證明生成了H2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 二、鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng) 鋁分別與鹽酸、NaOH溶液反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 試管中有氣泡冒出,鋁片慢慢溶解;點(diǎn)燃的木條放在試管口時(shí)發(fā)出爆鳴聲 化學(xué)方程式 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ 離子方程式 2Al+6H+===2Al3++3H2↑ 2Al+2OH-+2H2O===2Al+3H2↑ 【科學(xué)探究】 探究一 鈉與水的反應(yīng) 問(wèn)題導(dǎo)引 鈉與水的反應(yīng) 1.將大小相同的鈉塊分別加入稀鹽酸和水中,鈉與稀鹽酸反應(yīng)更劇烈,試分析其原因是什么? 提示 鈉與鹽酸或水反應(yīng),實(shí)質(zhì)是與H+反應(yīng)生成H2,鹽酸中H+濃度遠(yuǎn)大于水中的H+濃度,所以鈉與鹽酸反應(yīng)比與水反應(yīng)劇烈得多。 2.在金屬活動(dòng)性順序中,鈉排在銅的前面,所以,將鈉加入到CuSO4溶液中,會(huì)置換出金屬銅。這種說(shuō)法對(duì)嗎?為什么? 提示 不對(duì)。鈉加入到CuSO4溶液中,應(yīng)先與水反應(yīng)生成NaOH和H2,NaOH再與CuSO4反應(yīng)生成Cu(OH)2沉淀,不會(huì)置換出CuSO4中的Cu。 探究二 鋁與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應(yīng) 問(wèn)題導(dǎo)引 1.在鋁與稀鹽酸、氫氧化鈉溶液的反應(yīng)中,鋁是否均作還原劑? 提示 是。在題目中發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng)中鋁均失電子生成鋁離子,所以鋁均作還原劑。 2.若要除去鐵粉中的少量鋁粉,可采用什么方法? 提示 【重點(diǎn)突破】 1.鈉與酸、堿、鹽溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 物質(zhì)分類(lèi) 反應(yīng)分析 酸 (1)鈉與酸反應(yīng)時(shí)先與酸中的H+反應(yīng),如2Na+2HCl===2NaCl+H2↑ (2)如果鈉過(guò)量,鈉把酸消耗盡之后,再與水反應(yīng) 堿 鈉與堿溶液反應(yīng)其實(shí)質(zhì)是鈉與水的反應(yīng) 鹽 鈉與鹽溶液反應(yīng)時(shí)先與水反應(yīng),如果鹽中的溶質(zhì)能與NaOH反應(yīng),則會(huì)發(fā)生其他反應(yīng),如Na與CuSO4溶液的反應(yīng) 2.鈉與水溶液反應(yīng)現(xiàn)象的“一定”與“可能” (1)一定有:鈉與任何物質(zhì)的水溶液反應(yīng)的現(xiàn)象中,一定有“浮”“游”“熔”“響”; (2)可能有:反應(yīng)現(xiàn)象中不一定有“紅”,根據(jù)水溶液的成分不同可能出現(xiàn)不同情況,如: “藍(lán)”→含有石蕊試劑的蒸餾水;“白色沉淀”→氯化鎂的水溶液;“藍(lán)色沉淀”→氯化銅的水溶液。 3.鋁與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應(yīng)中四種“量”的關(guān)系 (1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),消耗鹽酸和氫氧化鈉的物質(zhì)的量之比為3∶1。 (2)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為1∶1。 (3)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量濃度、等體積的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為1∶3。 (4)特殊情況分析:若產(chǎn)生的氫氣的體積比,則必定是鋁與鹽酸反應(yīng)時(shí),鋁過(guò)量而鹽酸不足;鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí),鋁不足而氫氧化鈉過(guò)量。 【典題探究】 典例1 下列說(shuō)法正確的是(　　) A.Fe比Al活潑 B.Fe和鹽酸反應(yīng)的離子方程式為2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑ C.鐵在溶液中可置換出銅 D.Fe不與H2O反應(yīng) 【答案】:C 變式訓(xùn)練1-1 有一位學(xué)生將一小塊鈉投入到盛有煤油和水的試管中(煤油和水均足夠多),可能觀察到的現(xiàn)象是（ ）A.鈉浮在試管中的液面上 B.鈉沉入試管底部 C.鈉沒(méi)有變化 D.鈉處于煤油和水的交界處,上下浮動(dòng) 【答案】:D 【解析】:鈉的密度比煤油的大,但比水的小,遇水反應(yīng)生成的氣體會(huì)使鈉在油和水的交界處上下浮動(dòng)。 變式訓(xùn)練1-2 甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL 3 molL-1的鹽酸和氫氧化鈉溶液,向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉,反應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積比為1∶2,則加入的鋁粉質(zhì)量為(　　) A.5.4 B.3.6 g C.2.7 g D.1.8 g 【答案】:A 【解析】:由2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑, 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑可知,若兩份等質(zhì)量的Al都完全反應(yīng)時(shí),生成H2的量相等,消耗HCl與NaOH的物質(zhì)的量不相等。實(shí)際上HCl、NaOH同為0.3mol,且已知生成H2的體積比為1∶2,所以發(fā)生反應(yīng)時(shí)分別為HCl不足,Al過(guò)量;NaOH過(guò)量,Al不足。與0.3molHCl完全反應(yīng)的Al為2.7g,則由生成H2的體積比為1∶2可知,反應(yīng)的Al的質(zhì)量之比也為1∶2,即與NaOH溶液反應(yīng)的Al為5.4g。 方法技巧 解答此類(lèi)題時(shí)要明確兩點(diǎn):(1)無(wú)論是鋁與酸還是與堿反應(yīng),Al和H2的關(guān)系都是2Al~3H2。 (2)綜合分析題中相關(guān)條件判斷是否存在過(guò)量以及誰(shuí)過(guò)量,然后計(jì)算得出數(shù)值。 變式訓(xùn)練1-3 (雙選) 將綠豆大小的金屬鈉投入加有酚酞溶液的100 mL蒸餾水中,則(　　) A.溶液變紅色 B.溶液變藍(lán)色 C.有H2生成 D.有O2生成 【答案】:AC 【解析】:鈉與水反應(yīng)生成氫氣和氫氧化鈉,酚酞遇堿變紅色。 變式訓(xùn)練1-4 把一小塊鈉投入到硫酸銅溶液中,下列物質(zhì)中不是該反應(yīng)生成物的是(　　) A.Cu B.Cu(OH)2 C.H2 D.Na2SO4 【答案】:A 【解析】:將鈉投入CuSO4溶液中時(shí),鈉首先與水反應(yīng):2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,生成的NaOH再與CuSO4發(fā)生復(fù)分解反應(yīng):CuSO4+2NaOH===Cu(OH)2↓+Na2SO4,反應(yīng)中不可能生成銅。 典例2 稱(chēng)取兩份鋁粉,第一份加入足量的鹽酸,第二份加入足量的燒堿。若同溫同壓下放出相同體積的氣體,則兩份鋁粉的質(zhì)量比為(　　) A. 1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.1∶6 【答案】:A 變式訓(xùn)練2-1 將適量金屬鈉投入下列物質(zhì)的溶液中,有氣體放出,但無(wú)沉淀生成的是(　　) A.HCl B.飽和NaOH溶液 C.FeCl3 D.CuSO4 【答案】:A 【解析】:鈉與水溶液反應(yīng)均放出氫氣。A項(xiàng)發(fā)生的反應(yīng)為2Na+2HCl===2NaCl+H2↑,只有氣體放出,無(wú)沉淀生成;B項(xiàng)中NaOH溶液是飽和溶液,投入鈉后,消耗水,析出氫氧化鈉晶體;C項(xiàng)中鈉與水反應(yīng)生成的氫氧化鈉還能進(jìn)一步與FeCl3反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀;D項(xiàng)中鈉與水反應(yīng)生成的氫氧化鈉還能進(jìn)一步與CuSO4反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化銅沉淀。 變式訓(xùn)練2-2 (1)等物質(zhì)的量的Na、Mg、Al分別與足量鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量之比為　　　　。 (2)與足量鹽酸反應(yīng)后產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量相同,則所加入Na、Mg、Al三種金屬的質(zhì)量比為　　　　。 【答案】:(1)1∶2∶3　(2)23∶12∶9