人教版必修1 第3章第1节 金属的化学性质 学案.doc

第一节 金属的化学性质知识点一、金属与非金属的反应一、金属的重要反应规律及其应用1金属与非金属的反应规律o2、cl2、s等活泼非金属均可把金属氧化，得到金属氧化物、氯化物、硫化物等。其中对于变价元素fe、cu，当氧化剂为cl2时，生成相应的高价化合物；当氧化剂为s时，生成相应的低价化合物。如2fe+3cl22fecl3，cu+cl2cucl2，fe+sfes，2cu+scu2s。2金属与氧气反应的多样性(1)活泼金属(如na)在常温下即可反应，加热或点燃所得的产物一般更复杂。4na+o2=2na2o(常温) 2na+o2na2o2(2)较活泼的金属在高温下一般都能剧烈反应，常温下一般也能反应，但具体情况存在差异。mg和al在加热时均能剧烈反应(al在纯o2中)，常温下因能形成致密氧化膜而阻止内层金属继续反应，所以mg、al虽然较活泼，但常温下在空气中能够稳定存在。2mg+o2=2mgo 4al+3o2=2al2o3铁丝在纯o2中剧烈燃烧生成fe3o4；铁在空气中缓慢氧化，形成的氧化膜(生锈)不致密而能持续反应。3fe+2o2fe3o4 4fe+3o2=2fe2o3(3)不活泼的金属(如au、pt)一般不与o2反应。二、金属与其他非金属的反应金属具有还原性，能与非金属(o2、cl2、s等)反应：典例1 下列有关金属钠的说法中，不正确的是a少量钠保存在煤油中b钠燃烧时发出黄色火焰c切开的钠表面逐渐变暗是因为生成 na2o2d火灾现场有钠存放时，必须用干燥沙土灭火【答案】c【解析】本题考查的是钠的性质和存在，结合钠的性质可以掌握钠的保存和处理方式。a. 钠容易和氧气或水反应，所以少量钠保存在煤油中，故正确；b. 钠的颜色反应为黄色，所以燃烧时发出黄色火焰，故正确； c. 切开的钠与氧气反应生成氧化钠，表面逐渐变暗，故错误；d. 因为钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，氢气容易燃烧，且钠着火生成过氧化钠，过氧化钠与水或二氧化碳反应生成氧气，所以不能用水或干冰灭火器，所以火灾现场有钠存放时，必须用干燥沙土灭火，故正确。故选c。典例2 2.3 g纯净金属钠在干燥空气中被氧化后得到3.5 g固体，由此可判断出产物是ana2o bna2o2cna2o和na2o2的混合物 d无法确定【答案】a【解析】设金属钠氧化产物中氧化钠为x mol，过氧化钠为y mol，则： 4na + o2=2na2o 2na + o2=na2o22x mol x mol 2y mol y mol则2x+2y=2.323，62x+78y=3.5解得：x=0.025，y=0.025，所以na2o和na2o2均存在。【k技巧】本题考查了钠与氧气反应产物的判断，根据已知方程式、反应物和生成物的量求算。需要注意的是该题也可以利用极值法判断，即假设全部转化为氧化钠或过氧化钠，分别得出固体的质量，然后与3.5 g进行对比即可。典例3 某研究性学习小组为了探究“铝的燃烧”，做了如下实验：(1)甲同学用坩埚钳夹持一小块铝箔(厚约0.1 mm)，在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，观察到的现象是_，产生该现象的原因是_。(2)乙同学将甲同学的实验方案进行了改进：另取一块铝箔，用砂纸仔细打磨，除去表面的保护膜，再用坩埚钳夹持在酒精灯上加热至熔化，结果观察到的现象与甲仍相同，其原因是_。(3)丙同学积极改进实验，终于观察到铝在空气中燃烧，他的实验方案是_。(4)丁同学善于思考，甲、乙两位同学的实验使他领会了为什么铝在空气中能表现出良好的抗腐蚀性，他的解释是_；受丙同学的启发，他又提出了铝燃烧的另一实验方案，结果实验成功，你认为该方案可能是_。(5)通过本次探究活动，该小组同学一致认为通过_的方法可以观察到可燃物燃烧的现象。【答案】(1)铝箔熔化，失去了光泽，熔化的铝并不滴落，好像有一层膜兜着构成铝表面氧化膜的al2o3熔点高，包在铝的外面，使液态铝不滴落(2)除去氧化膜的铝在空气中又很快地生成一层新的al2o3保护膜(3)将铝粉撒到酒精灯火焰上(增大铝与空气的接触面积)(4)铝易与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜，阻止了内部的铝与空气接触，从而防止铝进一步被氧化将铝箔卷曲，尖端夹一根火柴，将火柴引燃后，把火柴和铝箔一起伸入到盛有氧气的集气瓶中即可观察到耀眼的白光(提高反应温度)(5)增大可燃物与空气的接触面积(或提高反应的温度)【解析】本题主要是围绕铝的化学性质活泼，易被氧化，而生成的al2o3又有保护内层铝的作用；铝和al2o3的熔点高低及燃烧的条件等方面进行了讨论。典例4 (1)如图1所示，在平底烧瓶的底部有一块钠，平底烧瓶内是干燥的空气。过一段时间后可观察到_，发生反应的化学方程式为_。(2) 某同学用如图2所示装置测定空气中氧气的含量。先用弹簧夹夹住橡胶管。点燃钠，伸入瓶中并塞上瓶塞。待钠熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察广口瓶内水面变化情况。上述实验过程中发生反应的化学方程式为_。实验完毕，甲同学的广口瓶内水面上升明显小于瓶内空气体积的，乙同学的广口瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的。下列对这两种现象解释合理的是_(填序号)。a甲同学可能使用钠的量不足，瓶内氧气没有消耗完b甲同学可能未塞紧瓶塞，钠熄灭冷却时外界空气进入瓶内c乙同学可能没夹紧弹簧夹，钠燃烧时瓶内部分空气受热从导管逸出d乙同学可能插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内部分空气受热逸出【答案】(1)钠表面变暗，气球膨胀 4na+o2=2na2o(2)2na+o2na2o2 abcd【解析】(1)钠与空气中的氧气反应生成na2o，使钠表面变暗，同时烧瓶内压强降低，气球会膨胀。(2)a项，若钠的量不足，则氧气消耗不完，造成进水量少于容器内空气体积的，结果偏低，合理；b项，若瓶塞未塞紧，钠熄灭冷却，瓶内气体收缩，外面的空气会进入瓶内，使气体得到补充，造成结果偏低，合理；c项，若弹簧夹未夹紧，钠燃烧时，瓶内气体膨胀，使部分气体从导管口逸出，造成结果偏高，合理；d项，若插入燃烧匙太慢，钠燃烧时，瓶内气体膨胀，在塞紧瓶塞前，瓶内部分气体从瓶口逸出，造成结果偏高。知识点二、金属与酸和水的反应一、金属钠露置在空气中的变化过程4na+o2=2na2ona2o+h2o=2naoh2naoh+co2=na2co3+h2ona2co3+10h2o=na2co310h2ona2co310h2o=na2co3+10h2o二、钠与酸溶液、碱溶液和盐溶液的反应1钠与酸溶液反应(1)钠与酸溶液反应时先与酸中的h+反应，离子方程式：2na+2h+=2na+h2。(2)如果钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反应。2钠与碱溶液反应实质就是钠与水的反应。3钠与盐溶液反应钠与盐溶液反应时，首先与水反应生成naoh，然后naoh与盐发生复分解反应(若氢氧化钠不与盐反应，则只有钠与水的反应)。例如：na与cuso4溶液的反应：2na+2h2o=2naoh+h2，2naoh+cuso4=cu(oh)2+na2so4，总反应式为2na+2h2o+cuso4=cu(oh)2+na2so4+h2。na与k2so4溶液的反应：2na+2h2o=2naoh+h2(仅此一步反应)。三、金属的置换反应规律1金属与水反应在金属活动性顺序表中，钠及钠之前的金属能与冷水剧烈反应，生成强碱和氢气；镁、铝能与沸水反应；而铝之后、氢之前的金属高温下能与水蒸气反应，生成不溶性氧化物和氢气；氢之后的金属不能与水反应。2金属与酸的反应在金属活动性顺序表中，排在h之前的金属能够与酸反应，置换出h2，排在h之后的金属与酸不反应。金属的位置越靠前，其活动性越强，与酸反应越容易，反应越剧烈。如与等浓度的盐酸反应且金属颗粒大小相同时，剧烈程度mgalfe。3金属与盐的反应在金属活动性顺序表中，位于前面的金属能够把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来，如fe+cuso4=feso4+cu。但是能与水发生反应的金属(如na)在与盐溶液反应时，不能置换出相应的金属单质，应先考虑与水的反应，再考虑生成的naoh能否与盐发生反应。四、金属的化学性质及其应用典例1 下列是钠与水反应的实验现象、解释和结论，其中对应关系正确的是序号实验现象解释和结论钠浮在水面上钠的密度比水小钠熔成小球钠与水反应放热且钠的熔点低钠四处游动，嘶嘶作响产生了氢气向反应后的溶液中滴加酚酞，溶液变红生成了碱性物质a b c d【答案】d【解析】钠的密度小于水，钠投入水中并浮在水面上，正确；钠与水反应放出大量热，而且钠的熔点较低，所以钠会熔化成一个闪亮的小球，反应生成大量的气体推动钠小球四处游动，生成氢氧化钠溶于水，正确；钠与水剧烈反应，生成气体，所以会发生嘶嘶响声，但现象不能说产生了氢气，错误；钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，其反应的化学方程式为：2na+2h2o=2naoh+h2，溶液显碱性，所以反应后溶液由无色变为红色，正确；答案选d。典例2 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：zn+盐酸，na+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，实验获得成功，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0.97 gcm3、0.80 gcm3、1.00 gcm3，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(煤油)(钠)(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。典例3 镁和铝分别与等浓度等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积(v)与时间(t)的关系如图所示，则下列关于反应中镁和铝的叙述正确的是a二者物质的量之比为32b二者质量之比为32c二者摩尔质量之比为23d二者消耗h2so4的物质的量之比为23【答案】a【解析】a、根据图像可知，生成的氢气体积相等。由于稀硫酸是过量的，所以根据方程式mg+2h+=mg2+h2、2al+6h+=2al3+3h2可知，镁和铝的物质的量之比是3：2，a正确；b、镁和铝的物质的量之比是3：2，质量之比是324：227=4：3，b错误；c、二者摩尔质量之比为24 g/mol27g/mol=89，c错误；d、根据氢原子守恒可知，消耗的硫酸是相等的，d错误；答案选a。知识点三、铝与氢氧化钠溶液的反应一、铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的深度理解1反应原理铝与盐酸反应：2al+6hcl=2alcl3+3h2，al是还原剂，hcl是氧化剂。铝跟氢氧化钠溶液的反应是分步进行的：a2al+6h2o=2al(oh)3+3h2；bal(oh)3+naoh=naalo2+2h2o；总反应为2al+2naoh+2h2o=2naalo2+3h2，al是还原剂，h2o是氧化剂。2“量”的关系等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗hcl和naoh的物质的量之比为31。等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生h2的体积比为11。足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生h2的体积比为13。二、物质的量在化学方程式计算中的方法1物质的量在化学方程式计算中应用的注意事项(1)书写格式规范化：在计算过程中应注意表达格式的规范化：各物理量、物质的名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。(2)单位运用对应化：一般来说，在一个题目中如果都用统一的单位，不会出现错误，但如果题目所给的两个量单位不一致，若换算成同一个单位，有时显得很繁琐，这时只要做到两个量的单位“上下一致，左右相当”即可。(3)各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的含义各不相同。如“m”表示摩尔质量，“m”表示质量，“n”表示微粒数目，而“n”表示物质的量。2常用计算方法(1)关系式法关系式法就是根据化学式、化学方程式和溶质质量分数等概念所包含的各种比例关系，找出已知量与未知量之间的比例关系式直接列比例式进行计算的方法。关系式法抓住已知量与未知量之间的内在关系，建立关系式，化繁为简，减少计算误差，是化学计算常用方法之一。关系式法有如下两种类型：纵向关系式经过多步的连续反应，即后一反应的反应物为前一反应的生成物，采用“加合”，将多步运算转化为一步计算 。横向关系式 几种不同物质中含相同的量，根据该量将几种不同物质直接联系起来进行运算。有多个平行的化学反应即多个反应的生成物有一种相同，根据这一相同的生成物，找出有关物质的关系式，依此关系式进行计算可简化运算过程。(2)守恒法利用化学反应前后某些量之间的等量关系，推理得出正确答案的方法称为守恒法。仔细挖题目中隐含的等量关系是守恒法解题的关键。质量守恒法宏观特征：反应前后质量守恒；微观特征：反应前后各元素的原子个数守恒。电荷守恒法溶液中阴、阳离子个数不一定相等，但正负电荷总数相等。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相同且电性相同。得失电子守恒氧化还原反应中，氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等。(3)差量法(差值法)化学反应都必须遵循质量守恒定律，此定律是根据化学方程式进行计算的依据。但有的化学反应在遵循质量守恒定律的同时，会出现固体、液体、气体质量在化学反应前后有所改变的现象，根据该变化的差值与化学方程式中反应物、生成物的质量成正比，可求出化学反应中反应物或生成物的质量，这一方法叫差量法。此法解题的关键是分析物质变化的原因及规律，建立差量与所求量之间的对应关系。典例1 在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球，此时杠杆平衡。然后将两球分别浸没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间，如图所示。下列说法正确的是a铝球表面有气泡产生，且有白色沉淀生成，杠杆不平衡b铝球表面有气泡产生，溶液澄清；铁球表面有红色物质析出，溶液蓝色变浅，杠杆右边下沉c反应后去掉两烧杯，杠杆仍平衡d右边球上出现红色，左边溶液的碱性增强【答案】b【解析】左边al球与naoh溶液反应，产生h2，但没有白色沉淀生成，a项错误；铁球与cuso4反应，在铁球表面生成红色cu，由于右边烧杯总质量不变，左边总质量减小，所以杠杆右边下沉，b项正确，c项错误；由于naoh消耗，左边碱性减弱，d项错误。典例2 向含有1 mol kal(so4)2的溶液中逐滴加入氢氧化钡溶液，充分反应。下列说法不正确的是a当al3+恰好完全沉淀时，消耗氢氧化钡1.5 molb当恰好完全沉淀时，铝元素全部以偏铝酸根离子的形式存在c当向溶液中加入1.5 mol氢氧化钡时，反应可用下列离子方程式表示：2al3+3+3ba2+6oh=2al(oh)3+3baso4d 随加入的氢氧化钡的物质的量不断增大，沉淀的物质的量不断增大【答案】d【解析】1 mol kal(so4)2溶液中含1 mol al3+、2 mol ，逐滴加入氢氧化钡溶液，开始有al(oh)3和baso4沉淀，当加入1.5 mol氢氧化钡时，al3+沉淀完全，有剩余；继续滴加氢氧化钡溶液，al(oh)3转化为偏铝酸根离子，剩余的继续沉淀，至沉淀完全，铝元素全部以偏铝酸根离子的形式存在。典例3 将一定质量的mg和al混合物投入到200ml稀硫酸中，固体全部溶解后，向所得溶液中滴加naoh溶液至过量，生成沉淀的物质的量与加入naoh溶液的体积关系如图所示。则下列说法不正确的是a生成的氢气在标准状况下的体积为11.2 lb最初20 mlnaoh溶液用于中和过量的稀硫酸cnaoh溶液物质的量浓度为5 moll1dmg和al的总质量为9 g【答案】a【解析】a、根据图像，al(oh)3的物质的量为(0.350.15) mol=0.2 mol，氢氧化镁的物质的量为0.15 mol，根据元素守恒，合金中n(al)=0.2 mol，n(mg)=0.15 mol，合金与硫酸反应，产生氢气的物质的量为(0.23+0.152)/2 mol=0.45 mol，氢气的体积为0.4522.4 l=10.08 l，故a说法错误；b、020 ml没有沉淀产生，发生的反应是h+oh=h2o，因此最初20 ml naoh溶液用于中和过量的稀硫酸，故b说法正确；c、200240 ml发生的反应al(oh)3+oh=alo2+2h2o，消耗naoh的物质的量为0.2 mol，即c(naoh)=0.2/40103 moll1=5 moll1，故c说法正确；d、根据a选项分析，合金的质量为(0.227+0.1524) g=9 g，故d说法正确。【作业布置】1对于金属的下列叙述不正确的是 （ ）a在点燃mg、al之前，应先用砂纸打磨，除去表面的氧化膜b用砂纸打磨的铝条，放在酒精灯上加热至熔化，铝不会滴落下来c金属都能与o2在加热条件下反应d金属元素在自然界中多以化合态的形式存在，因为它们大多有较强的还原性【答案】c2下列关于金属铝的叙述中，说法不正确的是 （ ）aal是地壳中含量最多的金属元素bal是比较活泼的金属，在化学反应中容易失去电子，表现还原性c铝箔在空气中受热可以熔化，融化物滴落d铝箔在空气中受热可以熔化，由于氧化膜的存在，熔化的铝并不滴落【答案】c【解析】al是地壳中含量最多的金属元素，故a正确；al是比较活泼的金属，在化学反应中容易失去3个电子生成，故b正确；氧化铝的熔点高，所以铝箔在空气中受热熔化后不滴落，故c错误；氧化铝的熔点高，铝箔在空气中受热可以熔化，由于氧化膜的存在，熔化的铝并不滴落，故d正确。3下列对相关实验的叙述符合事实的是 （ ）a钠长期暴露在空气中，表面变暗，生成白色固体氧化钠b用坩埚钳夹住打磨过的镁带，在酒精灯上点燃，发出耀眼的白光，放出大量的热，产生白色固体c用坩埚钳夹住铁丝在酒精灯上点燃，火星四射，生成黑色固体d用坩埚钳夹住铝箔在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，有液态的铝滴落下来【答案】b【解析】a项错误，钠长期露置在空气中，最终生成na2co3；b项正确，镁在空气中燃烧生成了氧化镁和少量的氮化镁，均为白色固体(实际上还可看到少量白烟)；c项错误，铁丝在空气中不能被点燃，在氧气中点燃时剧烈燃烧，火星四射，生成了黑色固体(fe3o4)；d项错误，铝箔在空气中加热，因为迅速生成了氧化铝保护膜(且al2o3熔点很高)，所以轻轻晃动，并无液态铝滴落。4 镁粉在焰火、闪光粉中是不可缺少的原料。工业制造镁粉是将镁蒸气在某种气体中冷却，下列可作为冷却气体的是（ ） 空气co2arh2n2abcd【答案】c【解析】空气中有氧气和氮气，金属镁和它们可以反应，空气不能做冷却剂，错误； 2mg+co2=2mgo+c，两者能发生反应，co2不能做冷却剂，错误； ar、h2、n2与mg均不反应，可以做冷却剂，正确；mg和氮气反应生成氮化镁，氮气不能做冷却剂，错误。5下列描述，符合事实的是（ ）a实验室中有单质钠，自然界中也存在游离态的钠b钠比铜的金属性强，把钠投入cuso4溶液，可置换出单质铜c用坩埚钳夹住一小块铝箔，在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，熔化的铝不滴落d将两小块质量相等的金属钠，一块直接投入水中，另一块用铝箔包住，在铝箔上刺些小孔，然后放入水中，两者放出的氢气相等【答案】c【解析】a中实验室的单质钠是人工制得的，由于钠很活泼，自然界中不存在游离态的钠。b中，na投入水中先生成naoh，naoh再与cuso4反应生成cu(oh)2，不可能置换出铜单质。c中，铝表面有一层高熔点(2 050 )的氧化物薄膜，所以al熔化后不会滴落。d中，用铝箔包住的钠产生氢气量多，因为al与naoh溶液反应也放出h2。2na+2h2o=2naoh+h2，2al+2naoh+2h2o=2naalo2+3h2。6下列关于金属与水的反应的说法中正确的是（ ）a钠可以沉入水底与水剧烈反应 b由于铝锅可以用于烧水，因此铝不能跟沸水反应c铁和冷水可以反应生成四氧化三铁和氢气 d金属的活泼性越弱，与水反应时需要的条件越苛刻【答案】d【解析】a、钠的密度比水小，钠不可能沉入水底与水剧烈反应，故a错误；b、由于铝锅可以用于烧水，因为铝表面有一层致密的氧化膜，阻止内部金属继续反应，故b错误；c、铁和水蒸汽可以反应生成四氧化三铁和氢气，故c错误；d、金属的活泼性越弱，还原性越差，与水反应时需要的条件越苛刻，故d正确；故选d。7铁粉与水蒸气反应的装置如图所示，有关该反应的说法正确的是（ ）a该反应属于复分解反应b网罩的作用是集中火焰，提高温度c湿棉花的作用是给试管降温，防止炸裂d反应中水既不是氧化剂，也不是还原剂【答案】b【解析】a水蒸气与铁在高温下发生反应产生fe3o4和h2，该反应属于置换反应，错误；b网罩的作用是集中火焰，使火焰集中一个部位加热，以便于提高温度，正确；c湿棉花的作用是在加热时产生水蒸气，错误；d反应中水的组成元素h元素的原子获得电子变为h2，作氧