一、酸和金属反应的快慢、酸过量和金属过量的问题分析
二、金属锈蚀
金属材料,特别是钢铁,日久之后表面往往会失去光泽,产生锈蚀现象,以致强度降低,不能继续使用。据统计,每年由于锈蚀而直接损失的钢铁材料约占钢铁年产量的四分之一。所以,研究金属的锈蚀原因,找到科学的防止金属锈蚀的方法显得尤为重要。
(一)金属锈蚀的条件
金属的锈蚀既与周围环境里水、空气等物质的作用有关,也与金属内部的结构有关。
(二)实验探究铁锈蚀的条件
(1)实验在3支试管中进行: A试管中是水和空气,B试管中是刚煮沸过的蒸馏水,C试管中是装有干燥剂(生石灰)的干燥空气,在3支试管中各放一枚铁钉,并用塞子塞紧试管口,实验装置图如图所示。
(2)一段时间后A中铁钉锈蚀严重,B、C中铁钉基本不锈蚀,说明铁生锈条件是与水和空气(氧气)同时接触。
(3)因为纯铁和铁钉的内部结构不同,纯铁并未生锈。
(三)防止金属生锈的方法
根据金属锈蚀的条件,入们采取了一系列措施以防止金属生锈,如:
(1)保持金属制品(特别是钢铁)表面的洁净和干燥。
(2)在金属制品(特别是钢铁)表面覆盖保护膜。例如,在金属表面覆盖保护层(涂油、刷漆,覆盖搪瓷、塑料等)、镀耐磨和耐锈蚀的金属(镀铬等),在钢铁表面高温制成一层致密氧化膜等。
(3)改变金属的内部组织结构(制成合金)。如加入铬、镍制成不锈钢等。
例1、如图所示,分别向甲,乙两支试管中加入形状和大小完全相同的铁片,再向甲中加入植物油,U形玻璃管内为红墨水(开始时两端液面相平),塞上橡皮塞后,放置一段时间。下列说法错误的是( )。
A.植物油用于隔绝氧气和水
B.甲试管中铁片比乙试管中铁片不易生锈
C.U形玻璃管两端的液面变为右低左高
D.U形玻璃管两端的液面变为左低右高
例2、向AgNO3溶液中加入一定质量的Al和Fe的混合粉末,充分反应后过滤,得到滤渣和浅绿色滤液。关于该滤渣和滤液有下列四种说法:
①向滤渣中加入稀盐酸,一定有气泡产生。②向滤液中加入稀盐酸,一定有沉淀产生。
③滤渣中一定含有Ag,可能含有Fe。
④滤液中一定含有Fe(NO3)2 , 一定不含AgNO3 , 可能含有Al(NO3)2
以上说法正确的个数为( )
A. 0个 B. 1个 C. 2个 D. 3个
例3、人类对科学规律的认识常需经历漫长的探索过程,对金属活动性规律的认识也是如此。
(1)1625年格劳贝尔发现将金属放入稀盐酸中会“消失",这为发现金属活动性顺序奠定了基础。小嘉选用锡、铜、锌三种金属重温实验,则会“消失”的金属有________。
(2)1766年卡文迪许用金属与酸反应制取了一种可燃性气体,他称之为“可燃空气”,其实该气体就是________。从此为探索金属活动性打开了新思路。
(3)1865年贝开托夫经过大量的实验得出了金属活动性规律。小嘉运用该规律开展实验,向硝酸铜和硝酸银的混合溶液中逐渐加入铁粉,溶液质量变化如图所示,则B点时溶液中所含的金属阳离子有________。
1.在金属表面覆盖保护膜是普遍采用的金属防锈措施之一。下列自行车的防锈措施中,不属于覆盖保护膜的是( )
A.擦拭保洁 B.链条上油 C.轮圈镀铬 D.车架喷漆
2.相同质量的Mg、Fe、Zn三种金属,分別与足量的、质量相同、质量分数相同的稀H2SO4充分反应,生成氢气与消耗稀H2SO4的质量关系如图,所得的结论与事实相符的是:( )
A.三种金属消耗稀H2SO4的质量:MgB.三种金属的失去电子总数量:Mg>Fe>Zn
C.三种金属的活动性顺序:Mg=Fe=Zn
D.三种金属与稀H2SO4反应后溶液的质量:Mg>Fe>Zn
3.向一定质量的Mg(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液中加入a克锌粉和铁粉的混合物,充分反应后过滤,得到不饱和的滤液和滤渣,将滤渣洗涤、干燥后再称量,得到的固体质量仍为a克。下列分析合理的是( )
①滤渣中可能有铜 ②向滤渣中加稀盐酸,可能有气泡产生
③滤液中一定有Mg(NO3)2、Zn(NO3)2和Fe(NO3)2,可能有Cu(NO3)2
④若忽略过滤操作中溶液损失,滤液中溶质的质量一定大于原混合溶液溶质的质量
A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ②④
4.将一定量的铜锌混合粉末放入盛有硝酸银溶液的烧杯中,不断搅拌,充分反应后过滤。向得到的滤渣和滤液中分别加入足量的稀盐酸,均无现象,则滤渣中( )
A.一定有银,可能有铜和锌 B.一定有银,可能有铜,一定没有锌
C.一定有银和铜,可能有锌 D.一定有银和铜,一定没有锌
5.下列图像不能正确表示对应变化关系的是( )
A. 图甲表示向等质量的锌粉和铁粉中,分别加入相同质量分数的稀盐酸时,产生的H2质量与稀盐酸质量的关系
B. 图乙表示两份完全相同的双氧水在有无MnO2情况下,产生O2质量与反应时间的关系
C. 图丙表示向一定量的稀盐酸中加入过量的NaOH溶液时,溶液pH随NaOH溶液质量的变化关系
D. 图丁表示向一定量Ba(OH)2溶液中滴加过量H2SO4溶液时的溶液导电性与时间的关系
6.利用废弃的黄铜(含铜、锌)制取海绵铜(Cu),并得到硫酸锌溶液,主要流程如图:
已知:2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O
(1)过程Ⅱ中加入过量锌粉的目的是________。
(2)过程Ⅲ中有气体产生,所选用的物质C是________(填一种酸)。
7.制造芯片的基材主要是高纯硅。下图是制备高纯硅的一种工艺流程:
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ 的 化学方程式是________。
(2)过滤所得粗硅应充分洗涤,以除去表面可能吸附的HCl和________(填化学式)。
(3)反应Ⅱ的基本类型属于________;反应Ⅱ要在无氧气环境中进行,原因是________(答出一种即可)。
(4)上述生产流程中,可以循环利用的物质是________(填化学式)。
8.小金为探究铁制品锈蚀的条件,进行如下实验:
观察对象 现象
①干燥的普通铁丝 没有明显变化
②潮湿的普通铁丝 较多红褐色锈斑
③潮湿的纯铁丝 没有明显变化
步骤1:利用图甲所示装置,将干燥的O2从导管a通入U形管(装置气密性良好,药品如图所示);待 U 形管内充满 O2 后,在导管 b 处连接一活塞推至底部的注射器,收集 20mLO2后在导管a 处连接乳胶管并用止水夹夹紧,如图乙所示。
步骤 2:一段时间后,观察 U 形管内的铁丝,其现象如表所示。
(1)步骤一中,检查 U 形管内是否已充满 O2的方法是________。
(2)铁制品的锈蚀条件之一是需要O2 , 在此实验中能支持此条件的证据是________。
(3)通过对比实验现象,此实验还可得出铁制品锈蚀的条件是________。
1.烧杯中盛有等质量的锌粉和铁粉,向其中不断加入氯化铜溶液,测得烧杯中剩余固体的质量与加入氯化铜溶液质量的关系如图所示。下列相关说法正确的是( )
A.ab段发生的是铁与氯化铜的反应
B.向b点所得固体中加人稀盐酸,无气泡产生
C.c点所得溶液呈浅绿色
D.d点所得溶液中的溶质有2种
2.小科按如图流程进行实验(假设每步均充分反应),反应结束后,将烧杯内物质进行过滤,向滤液中加入少量铁粉,无明显现象。由此实验可知( )
滤渣中一定有铜和铁
金属的活动性顺序:Zn>Fe>Cu
C. 两支试管混合后,固体总质量一定增加
D. 滤液中的溶质一定有FeCl2、ZnCl2 , 可能含有CuCl2
3.下列图像分别对应四个变化过程的一种趋势,其中正确的图像个数有 ( )
①图甲,在一定量Fe(NO3)2、AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入铁粉
②图乙,向等质量的锌粉和铁粉中,分别加入足量且相同质量分数的稀盐酸
③图丙,在一定温度下,向硝酸钾的饱和溶液中加入硝酸钾晶体
④图丁,向质量和质量分数都相等的稀盐酸中分别加入足量的锌粉和铁粉
A. 1 个 B. 2 个 C. 3 个D. 4 个
4.两个烧杯中有等质量的锌和铁,分别逐渐加入等质量分数的稀硫酸,产生氢气的质量与加入稀硫酸的质量关系如图所示,A、B代表金属,a、b、c是曲线上的三个点,请回答:
(1)A金属是________;在________点时两烧杯中金属都有剩余。
(2)b点时B金属所在烧杯中的溶液的溶质是______________(填化学式)。
5.“一般不用K、Ca、Na等活泼金属来置换盐溶液中的其他金属元素”,这是教科书上的一句话。小科对此进行了思考,并查阅资料,对金属钠和硫酸铜溶液的反应进行探究。
【查阅资料】钠常温下就能与水发生剧烈反应,反应方程式为:2Na +2H2O=2Na0H+H2↑。
【提出猜想】猜想一:金属钠和硫酸铜溶液反应会有铜生成。
猜想二:金属钠和硫酸铜溶液反应,生成的沉淀只有氢氧化铜。
【实验及现象】切取不同大小的钠块分别投入到两种不同浓度的硫酸铜溶液中,有关产生沉淀的现象如下表所示。
实验编号 钠块大小 硫酸铜溶液 实验中产生沉淀的现象
① 绿豆大小 稀溶液10ml 产生蓝绿色沉淀
② 绿豆大小 浓溶液10ml 产生蓝色絮状沉淀
③ 豌豆大小 稀溶液10ml 产生蓝色絮状沉淀
④ 豌豆大小 浓溶液10ml 产生蓝色絮状沉淀,并出现黑色固体
小科咨询老师后得知蓝绿色沉淀为碱式铜盐。
(1)【实验结论】⑴上述实验中均未观察到________色固体生成,由此判断猜想一错误;
⑵实验①中观察到的沉淀是蓝绿色的,由此判断猜想二也错误。
(2)⑴【实验反思】实验中生成氢氧化铜沉淀的原理是________。
⑵由上述实验可知,导致钠和硫酸铜溶液反应的产物不同的因素有________.
答案及解析
例1、【答案】C
【解析】根据甲中铁不与氧气和水接触,不生锈,乙中铁生锈时会使压强减小分析。
A、植物油可以隔绝氧气和水,不符合题意;
B、甲试管中铁片不与水和氧气接触,比乙试管中铁片不易生锈 ,不符合题意;
C、甲试管中铁比乙试管中不易生锈,当乙试管中铁生锈时装置内压强减小,U形管内液面会出现左低右高的现象,符合题意;
D、U形玻璃管两端的液面变为左低右高 ,不符合题意;
例2、【答案】 B
【解析】根据向AgNO3溶液中加入一定质量的Al和Fe的混合粉末,铝先与硝酸银反应,然后铁再反应分析。
【解答】 向AgNO3溶液中加入一定质量的Al和Fe的混合粉末,铝先与硝酸银反应,然后铁再反应,反应后得到滤渣和浅绿色滤液,说明铁发生了反应,则铝已反应完全,铁可能剩余,滤渣中一定有银,可能有铁,一定没有铝,滤液中一定有硝酸铝和硝酸亚铁,硝酸银可能有剩余。
①向滤渣中加入稀盐酸,不一定有气泡产生,错误;②向滤液中加入稀盐酸,不一定有沉淀产生,错误;③滤渣中一定含有Ag,可能含有Fe,正确;④滤液中一定含有Fe(NO3)2和Al(NO3)2 ,可能含AgNO3 ,错误;
例3、【答案】(1)锡、锌(2)氢气(3)Cu2+、Fe2+
【解析】(1)在金属活动性顺序表中,只有排在氢前面的金属才能和酸反应生成氢气;
(2)活泼金属和酸反应,生成盐和氢气;氢气具有可燃性,遇明火容易爆炸;
(3)跟机铁粉和两种盐的反应过程分析判断。
【解答】(1)锡、铜、锌中,只有锡和锌排在氢的前面,因此会“消失”的金属是锡和锌。
(2)1766年卡文迪许用金属与酸反应制取了一种可燃性气体,他称之为“可燃空气”,其实该气体就是氢气,从此为探索金属活动性打开了新思路。
(3)铁粉先和硝酸银反应,生成硝酸亚铁和银单质,再和硝酸铜反应,生成硝酸亚铁和铜单质。由于银和铜的原子量都大于铁,所以溶液的质量都会减小,且前者质量减小的速度大于后者,那么AB段为铁和硝酸银的反应,B点时硝酸银完全反应,硝酸铜还没有开始反应,因此溶质为硝酸亚铁和硝酸铜,溶液中的阳离子为 Cu2+、Fe2+ 。
1.【答案】A
【解析】根据金属制品表面涂油、涂漆等都属于表面覆盖保持膜,表面洁净干燥不属于覆盖保持膜分析。
A、擦拭保洁是保持金属制品纯净干燥防锈 ,符合题意;
B、链条上油属于覆盖保护膜 ,不符合题意;
C、轮圈镀铬属于覆盖保护膜 ,不符合题意;
D、车架喷漆属于覆盖保护膜 ,不符合题意;
2.【答案】B
【解析】根据相同质量的Mg、Fe、Zn三种金属,分別与足量的、质量相同、质量分数相同的稀H2SO4充分反应,等质量的金属产生氢气相等,金属完全反应时镁消耗硫酸质量最多,产生氢气质量最大,锌消耗硫酸质量最少,产生氢气质量最小分析。
A、由方程式中物质的质量关系可知,三种金属消耗稀H2SO4的质量:Mg>Fe>Zn ,不符合题意;
B、每个镁原子与酸反应失去2个电子,每个铁原子与酸反应失去2个电子,每个锌原子与酸反应失去2个电子,因相等质量的三种金属,各原子个数关系为 Mg>Fe>Zn ,所以失电子总数 Mg>Fe>Zn ,符合题意;
C、三种金属的活动性由强到弱的顺序为镁、铁、锌,不符合题意;
D、三种金属与稀H2SO4反应后产生氢气质量关系为Mg>Fe>Zn,所以反应后溶液的质量:Mg3.【答案】 C
【解析】根据向一定质量的Mg(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液中加入锌粉和铁粉的混合物, 锌和铁都能与硝酸铜反应,且锌先反应,然后铁再反应,锌与硝酸铜反应固体质量减少,铁与硝酸铜反应固体质量增加分析。
【解答】 向一定质量的Mg(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液中加入a克锌粉和铁粉的混合物, 锌和铁都能与硝酸铜反应,不能与硝酸镁反应,且锌与硝酸铜反应固体质量减少,铁与硝酸铜反应固体质量增加,反应后固体质量不变则说明锌和铁都与硝酸铜发生了反应,由金属活动性顺序可知,锌要与硝酸铜反应完全后铁才能与硝酸铜反应,说明反应后锌一定没有剩余,滤渣中一定有铜,一定没有锌,可能有铁,滤液中一定有硝酸镁、硝酸锌、硝酸亚铁,可能有硝酸铜,①滤渣中可能有铜,错误;②向滤渣中加稀盐酸,可能有气泡产生,正确;③滤液中一定有Mg(NO3)2、Zn(NO3)2和Fe(NO3)2,可能有Cu(NO3)2 , 正确;④若忽略过滤操作中溶液损失,滤液中溶质的质量等于原混合溶液溶质的质量,错误。
4.【答案】B
【解析】由于金属的活动性顺序是锌>铜>银,将一定量的铜锌混合粉末放入盛有硝酸银溶液的烧杯中,不断搅拌,锌先与硝酸银反应生成硝酸锌和银,当锌反应完后,铜再与硝酸银反应生成硝酸铜和银。向滤渣和滤液中分别滴加稀盐酸均无明显现象,说明不含锌、不含硝酸银溶液。所以滤渣中一定含有银,可能含有铜,一定没有锌。
5.【答案】 B
【解析】(1)在金属和酸的反应中,如果金属完全反应,那么相对原子质量越小的金属反应生成的氢气质量越多;
(2)催化剂只能改变化学反应的速率,而不能改变生成物的种类和质量;
(3)根据稀盐酸和氢氧化钠的反应分析;
(4)溶液的导电性强弱与离子浓度的大小有关。
【解答】A.质量相同的锌粉和铁粉与足量的稀盐酸反应后,铁粉反应生成氢气的质量大于锌粉,故A正确不合题意;
B.在双氧水分解制取氧气的实验中,加入二氧化锰后反应会加快,生成氧气的速度也会加快,但是最终生成氧气的质量相等,故B错误符合题意;
C.稀盐酸呈酸性,而氢氧化钠呈碱性,二者反应生成氯化钠和水,因此随着氢氧化钠溶液的加入,溶液的pH会不断增大,故C正确不合题意;
D.在开始的一段试剂内,氢氧化钡和稀硫酸反应生成硫酸钡沉淀和水,离子浓度逐渐减小到零;当氢氧化钡完全反应后,溶液中离子的浓度又逐渐增大,则溶液的导电性先减小到零再逐渐增大,故D正确不合题意。
6.
【答案】 (1)使硫酸铜完全反应(2)稀硫酸
【解答】(1) 过程Ⅱ中加入过量锌粉是为了除去硫酸铜并使其完全反应;
(2)因加入锌过量,且锌与硫酸铜反应生成硫酸锌和铜,则固体B中为锌和铜, 过程Ⅲ中有气体产生,说明加入C为稀硫酸;
故答案为:(1) 使硫酸铜完全反应 ;(2)稀硫酸。
7.【答案】 (1)2Mg+SiO2 Si+2MgO(2)MgCl2
(3)置换反应;防止硅被氧化或防止氢气高温时遇氧气爆炸(合理即可)(4)HCl
【解答】(1)镁和二氧化硅在高温下反应,生成硅单质和氧化镁,方程式为: 2Mg+SiO2 Si+2MgO ;
(2)过滤所得粗硅应充分洗涤,以除去表面可能吸附的HCl和氯化镁,化学式为MgCl2;
(3)反应II,即四氯化硅与氢气在高温下反应,生成硅单质和氯化氢,由于反应物和生成物都由单质和化合物组成,则该反应为置换反应。
反应Ⅱ要在无氧气环境中进行,原因是:防止硅被氧化或防止氢气高温时遇氧气爆炸。
(4)在上述生产流程中,HCl既是反应物,又是生成物,因此可以循环利用的物质是HCl。
8.【答案】 (1)在b口放带火星的木条,如果木条复燃,则装满氧气
(2)潮湿的普通铁丝,通入氧气后,有较多红褐色锈斑;注射器中氧气减少
(3)铁与氧气和水共同作用的结果
【解答】(1)步骤一中,检查 U 形管内是否已充满 O2的方法是:在b口放带火星的木条,如果木条复燃,则装满氧气。
(2)铁制品的锈蚀条件之一是需要O2 , 在此实验中能支持此条件的证据是:潮湿的普通铁丝,通入氧气后,有较多红褐色锈斑;注射器中氧气减少。
(3)比较①②可知,干燥的铁丝没有生锈,而潮湿的铁丝生锈了,那么铁丝生锈的条件为与水接触。综合上面的分析可知,铁制品生锈的条件:铁与氧气、水共同作用的结果。
1.【答案】C
【解析】根据向盛有等质量的锌粉和铁粉的烧杯中,不断加入氯化铜溶液,锌先与氯化铜反应,然后铁与氯化铜反应,结合图像中剩余固体的质量变化确定各点的反应情况分析。
A、向盛有等质量的锌粉和铁粉的烧杯中,不断加入氯化铜溶液,锌先与氯化铜反应,然后铁与氯化铜反应,图像中ab段发生的是锌与氯化铜的反应 ,不符合题意;
B、b为锌完全反应时的图像,所得固体为铜和铁,向b点所得固体中加人稀盐酸,有气泡产生 ,不符合题意;
C、c点为铁完全反应的图像,所得溶液中含有氯化亚铁,呈浅绿色 ,符合题意;
D、d点为氯化铜过量的图像,所得溶液中溶质有氯化铜、氯化亚铁和氯化锌三种 ,不符合题意;
2.【答案】 B
【解析】根据铁能与氯化铜反应不能与氯化锌反应,且铁与氯化铜反应时固体质量增加,溶液质量减小分析。
【解答】铁不能与氯化锌反应,能与氯化铜反应生成铜和氯化亚铁, 反应结束后,将烧杯内物质进行过滤,向滤液中加入少量铁粉,无明显现象,说明滤液中氯化铜完全反应,滤液成分为氯化锌和氯化亚铁,固体中一定有铜,可能有铁。
A、 滤渣中一定有铜可能有铁,不符合题意;
B、 金属的活动性顺序:Zn>Fe>Cu ,符合题意;
C、 若试管中氯化铜无剩余,则两支试管混合后,固体总质量不变 ,不符合题意;
D、 滤液中的溶质一定有FeCl2、ZnCl2 , 一定不含有CuCl2 ,不符合题意;
故选B。
3.【答案】 C
【解答】①向一定量Fe(NO3)2、Zn(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液中加入铁粉时,铁粉先和硝酸银反应生成硝酸亚铁和银,当硝酸银没有完全反应时,溶液中的溶质是硝酸亚铁、硝酸铜和硝酸亚铁等3种;当硝酸银完全反应时,溶液中只有硝酸亚铁和硝酸铜2种溶质;再和硝酸铜反应生成硝酸亚铁和铜,当硝酸铜恰好完全反应时,溶液中的溶质硝酸亚铁1种,故①正确;
②向等质量的锌粉和铁粉中,分别加入足量相同质量分数的稀盐酸,随着稀盐酸的加入,生成氢气质量相等,最终铁和稀盐酸反应生成的氢气多,故②正确;
③常温下,向硝酸钾的饱和溶液中加入硝酸钾晶体时,硝酸钾晶体不能够继续溶解,因此溶液的质量保持不变,故③错误;
④向质量和质量分数都相等的稀盐酸中分别加入足量的锌粉和铁粉,在反应过程中,消耗相同质量的金属时,铁生成氢气的质量大于锌生成氢气的质量;当反应结束时,金属有剩余,而稀盐酸完全反应,因为稀盐酸的质量相等,所以生成氢气的质量相等,故④正确。
那么正确的为①②④,有3个。
4.【答案】(1)铁 c (2)ZnSO4、H2SO4
【解析】向等质量的锌和铁中分别加入等质量分数的稀硫酸至过量,铁产生的氢气质量多,故A金属是铁;c点时,硫酸全部参加反应,两个烧杯中都有金属剩余;b点时,B金属已反应完全,故b点时B金属所在烧杯中的溶液的溶质是ZnSO4、H2SO4。
5.【答案】 (1)红
(2)钠和水先反应,生成的氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜蓝色絮状沉淀;钠块的大小、硫酸铜溶液的浓度
【解析】(1)【实验结论】①铜单质为红色固体;
(2)①【实验反思】钠不会和硫酸铜直接反应,而是先和水反应,生成氢氧化钠和氢气,然后氢氧化钠再和硫酸铜反应,生成氢氧化铜蓝色沉淀;
②将①②、②④分别进行比较,确定影响反应产物的因素即可。
【解答】(1)【实验结论】①上述实验中均未观察到红色固体生成,即没有铜单质生成,由此判断猜想一错误;
(2)①【实验反思】实验中生成氢氧化铜沉淀的原理是:钠和水先反应,生成的氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜蓝色絮状沉淀。
②比较①②可知,当钠块大小相同时,溶液的浓稀不同,产物不同;
比较②④可知,当溶液的浓稀相同时,钠块的大小不同,产物不同。
由上述实验可知,导致钠和硫酸铜溶液反应的产物不同的因素有钠块的大小、硫酸铜溶液的浓度。
2022-2023学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义(十二)
金属的化学性质(2)