2019-2020学年高中化学 第3章 第1节 第2课时 金属与酸和水的反应 铝与氢氧化钠溶液的反应

第2课时金属与酸和水的反应铝与氢氧化钠溶液的反应1.理解钠与水反应的原理,会描述实验现象。2.能知道铁与酸和水反应的现象与条件。3.会运用铝与强酸、强碱反应的性质解释实际问题。一二一、金属与酸和水的反应1.金属与酸的反应规律金属活动性顺序中氢以前的金属可以与酸(盐酸、稀硫酸等)反应生成H2,金属越活泼,反应越剧烈举例写出下列反应的离子方程式:铁与稀盐酸:Fe+2H+Fe2++H2↑锌与稀硫酸:Zn+2H+Zn2++H2↑一二2.金属与水的反应(1)钠与水的反应。反应的化学方程式:2Na+2H2O2NaOH+H2↑。一二当火灾现场有像钠这样活泼的金属存放时能用水灭火吗?如果不能应该如何做?提示:不能。因为钠可与水反应放出大量的热并生成易燃的H2。可用干燥的沙土灭火。在金属活动性顺序中,钠排在铜的前面,所以,将钠加入CuSO4溶液中,会置换出金属铜。这种说法对吗?为什么?提示:不对。钠加入CuSO4溶液中,应先与水反应生成NaOH和H2,NaOH再与CuSO4反应生成Cu(OH)2沉淀,不会有Cu生成。一二(2)铁与水蒸气的反应。方法方法一方法二实验装置气体用小试管收集一试管气体,点燃,听到轻微地“噗”声,证明生成了H2用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了H2实验结论铁不能与冷水、热水反应,但在高温条件下能与水蒸气反应,化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2一二铁与水蒸气可以反应,为什么在日常生活中可以用铁壶烧水?提示:铁与冷水、热水均不易反应,只有在高温下能与水蒸气反应,所以可以用铁壶烧水。一二二、铝片与盐酸和氢氧化钠溶液反应的对比实验操作实验现象试管中有气泡冒出,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有关方程式化学方程式:2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑离子方程式:2Al+6H+2Al3++3H2↑化学方程式:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑离子方程式:2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑一二如何除去铁粉中混有的少量铝粉?提示:反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。一、钠与水及水溶液的反应反应物反应情况离子方程式钠与水剧烈反应2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑钠与酸酸过量钠只与酸反应2Na+2H+2Na++H2↑钠过量钠先与酸反应,再与水反应2Na+2H+2Na++H2↑2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑钠与盐溶液如NaCl等钠只与水反应2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑如CuSO4等钠先与水反应,生成的碱再与盐反应生成氢氧化物2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑Cu2++2OH-Cu(OH)2↓总式:2Na+2H2O+Cu2+2Na++H2↑+Cu(OH)2↓二、金属与酸反应的计算1.定量规律(1)金属与酸反应失去电子的物质的量=产生氢原子的物质的量=生成H2的物质的量的2倍。(2)由可知,相同物质的量的金属与足量的盐酸反应产生氢气的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比。R+mHClRClm+𝑚2H2↑2.常用方法(1)守恒法。包括原子守恒(质量守恒)、电荷守恒、电子守恒等。如根据电子守恒,1molAl不论与酸还是与碱反应,失去的电子都是3mol,即生成的H2为32mol。(2)平均值法。①摩尔电子质量:某物质在反应中转移1mol电子时消耗该物质的质量,如:Mg的摩尔电子质量为242g·mol-1=12g·mol-1;Al的摩尔电子质量为273g·mol-1=9g·mol-1。②平均摩尔电子质量:两种或两种以上物质的混合物在反应中转移1mol电子时混合物的质量,如2g金属混合物与酸反应生成2.24LH2(标准状况),则平均摩尔电子质量为2g0.1×2mol=10g·mol-1。三、铝与氢氧化钠、盐酸反应有关量的问题分析依据:2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑反应物的量生成H2的体积关系等物质的量的铝足量盐酸足量NaOH溶液𝑉HCl(H2)𝑉NaOH(H2)=1∶1等物质的量的HCl和NaOH足量的铝𝑉HCl(H2)𝑉NaOH(H2)=13一定量的铝盐酸不足NaOH过量(nHCl=nNaOH)13𝑉HCl(H2)𝑉NaOH(H2)1nHCl∶nNaOH=3∶1足量的铝VHCl(H2)=VNaOH(H2)知识点1知识点2知识点3知识点4知识点1钠与水及水溶液的反应【例题1】将一小块钠投入下列溶液中时,既能产生气体又会出现白色沉淀的是()A.稀硫酸B.硫酸铜溶液C.氢氧化钠稀溶液D.氯化镁溶液解析:A项,Na与稀硫酸反应产生H2和Na2SO4,无沉淀生成;B项,Na与H2O反应生成的NaOH能继续与CuSO4反应生成蓝色Cu(OH)2沉淀;C项,Na只与水反应产生H2和NaOH;D项,Na与H2O反应生成的NaOH能继续与MgCl2反应生成白色Mg(OH)2沉淀。答案:D知识点1知识点2知识点3知识点4知识点2铁与水蒸气的反应【例题2】某同学欲在实验室中完成Fe与水蒸气反应的实验,装置如图甲、乙所示。知识点1知识点2知识点3知识点4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)该同学认为欲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I,B的优点是。知识点1知识点2知识点3知识点4解析:(1)检查装置的气密性,常用“微热法”,应该先将装置中气体密封起来,本题即先向H中加入水没过导管口,再微热试管I。(2)湿沙子受热时,水蒸发产生水蒸气。(3)Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2。(4)潮湿的氢气很难燃烧,故H的作用是干燥氢气,降低H2中的水蒸气含量。(5)装置B中使用石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积,使反应充分进行。知识点1知识点2知识点3知识点4答案:(1)向H中加入水没过导管口,连接好装置,微热试管I,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(4)干燥氢气,降低H2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,使反应充分进行点拨铁在常温下不与水反应,必须是与水蒸气在高温下才会发生反应,说明铁的化学性质没有金属钠活泼。产生气体的装置在反应前必须检验气密性。(3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2知识点1知识点2知识点3知识点4知识点3铝与NaOH溶液反应的有关计算【例题3】甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2,则加入的铝粉质量为()A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O知识点1知识点2知识点3知识点4解析:由2NaAlO2+3H2↑可知,若两份等质量的Al都完全反应时,生成H2的量相等,消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。实际上HCl、NaOH同为0.3mol,且已知生成H2的体积比为1∶2,所以发生反应时分别为HCl不足,Al过量;NaOH过量,Al不足。与0.3molHCl完全反应的Al为2.7g,则由生成H2的体积比为1∶2可知,反应的Al的量之比也为1∶2,即与NaOH溶液反应的Al为5.4g。答案:A点拨解答此类题时要明确两点:(1)无论是铝与酸反应还是与碱反应,Al和H2的关系都是2Al~3H2。(2)综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量,然后计算得出数值。知识点1知识点2知识点3知识点4知识点4金属与酸的反应【例题4】将钠、镁、铝各0.3mol分别放入100mL1mol·L-1的盐酸中,同温同压下产生的气体体积之比是()A.1∶2∶3B.6∶3∶2C.3∶1∶1D.1∶1∶1知识点1知识点2知识点3知识点4解析:方法一:三种金属分别投入盐酸中发生的反应为2Na+2HCl2NaCl+H2↑、2Na+2H2O2NaOH+H2↑,Mg+2HClMgCl2+H2↑,2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑。n(HCl)=0.1mol,金属的量均为0.3mol。所以Na完全反应,产生氢气的量为0.15mol。Mg、Al过量,产生氢气的量取决于HCl的量,均为0.05mol。知识点1知识点2知识点3知识点4方法二:n(HCl)=0.1mol,由最多能得到的电子为0.1mol,0.3molNa、Mg、Al分别最多能提供的电子为0.3mol、0.6mol、0.9mol,说明盐酸不足,金属过量。但要注意过量的Na会继续和H2O反应,所以Na不会剩余,能提供0.3mol电子,产生H2的体积与转移的电子数成正比,即3∶1∶1。答案:C点拨金属与酸反应时,应先比较金属与酸的量,按量少的物质计算产生H2的量。若酸不足,则Na可与水继续反应,产生H2的量按Na的量计算;Mg、Al则按酸的量来计算。H+12H2知,