浙教版科学2023-2024学年上学期九年级“冲刺重高”讲义（十五）：氢气制取的图像分析（含解析）

1.常见的制取氢气的金属 Mg、Al、Zn、Fe 。
分别与盐酸反应的化学方程式① Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ ；
② 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ ；
③ Zn+2HCl=Z'nCl2+H2↑ ；
④ Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ 。
2.制取H2常见的考点
①相同条件下，金属Mg、Al、Zn、Fe与足量的稀盐酸反应，产生H2的速度由快到慢的是 Mg＞Al＞Zn＞Fe 。
②过量的金属Mg、Al、Zn、Fe与等质量等浓度的稀盐酸反应制取的H2的质量比为 1：1：1：1 。
拓展：产生1gH2所需要的四种金属的质量分别是 Mg：12g；Al:9g；Zn：32.5g；Fe：28g 。
画出图像1：(X-时间，Y-H2的质量)
③等质量的金属Mg、Al、Zn、Fe与足量的稀盐酸反应制取的H2，产生H2的量由多到少的是 Al＞Mg＞Fe＞Zn 。
画出图像1:(X-时间，Y-H2的质量) 图像2：(X-HCl的质量，Y- H2的质量)
拓展：如何判断金属产生H2量的多少？ 金属的相对原子质量/化合价 越小，等质量时产生的H2的量越多。
④等质量金属与Mg、Al、Zn、Fe与足量的稀盐酸反应后，溶液质量增加量由大到小的是 Zn＜Fe＜Mg＜Al 。
⑤生成相同化合价的金属(假设X、Y均为+2价)，产生H2的量越小，相对分子量 越大 。
例1、等质量、等浓度的稀硫酸分别与足量的镁、铁、锌三种金属反应，下列图像能正确表示产生氢气的质量与反应时间关系的是（　　）
A． B．
C． D．
例2、在学习了金属的化学性质后，科学老师布置了一项课外学习任务：调查化工颜料店出售的涂料添加剂“银粉”是什么金属？某学习小组通过调查，分别获得了“银粉”是银粉、铝粉、锌粉这三种不同结果。为了确定究竟是哪一种金属，学习小组同学将一小包“银粉”带回实验室，进行了如下实验和分析。（相关反应的化学方程式为：Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑；2Al+3H2SO4═Al2（SO4）3+3H2↑）
（1）取少量“银粉”于试管中，滴加适量盐酸，观察到有 产生，说明“银粉”一定不是银。
（2）为了进一步确定“银粉”是铝还是锌，学习小组通过理论计算，获得两种金属分别与足量盐酸反应产生氢气的质量关系，并绘制成如图所示图像。在绘制锌的图像时，a点所对应的锌的质量m为多少？（通过计算回答）
（3）取1.8g“银粉”（杂质忽略不计）加入到50g稀硫酸中，恰好完全反应，生成氢气0.2g。根据图可知，“银粉”是 。计算实验中所用稀硫酸的溶质质量分数。
例3、镍（Ni）元素存在于我们生活用品中，例如保温杯的不锈钢就含有。为了了解镍金属活动性的强弱，某兴趣小组的同学将等量的镍和镁与等质量等浓度的稀硫酸进行实验。将金属与稀硫酸同时加入反应装置中，当稀硫酸过量时记录反应时间和生成氢气质量，得到如图甲所示的图像；当金属过量时记录反应时间和生成氢气的质量，得到如图乙所示的图像。若将镁置于反应装置中，然后向反应装置中逐渐滴加稀硫酸，每加一滴完全反应后再加下一滴，以此形式滴加至过量，记录镁完全反应时生成氢气的质量和消耗稀硫酸的质量，得到如图所示的图像。（反应的化学方程式：Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑；Ni+H2SO4＝NiSO4+H2↑）
（1）查阅资料得知，与等质量等浓度的同种酸反应，当同种金属的相同质量时，粉末状的要比块状的反应快。则以上实验中，镁和镍还需要控制 相同。
（2）下列对于甲、乙两图理解的说法正确的是 （可多选）。
A.甲图中反应结束后两种金属一定没有剩余　　B.乙图中反应结束后稀硫酸可能有剩余
C.甲图中反应结束后消耗稀硫酸的质量不相等　　D.乙图中反应结束后消耗稀硫酸的质量相等
（3）取与镁等质量的镍置于反应装置中，然后采用与镁相同的方式向反应装置中滴加稀硫酸。请在丙图上画出镍与稀硫酸反应产生氢气质量与稀硫酸质量的关系图，标出镍完全反应时生成氢气质量和消耗稀硫酸的质量。
1.向一定量的锌粉中逐滴加入稀盐酸至过量，根据图像判断，y轴不可能表示（　　）
A．生成氢气的质量 B．溶液的总质量
C．生成氯化锌的质量 D．消耗锌粉的质量
2．将质量相等的锌、铁两种金属，同时分别放入质量分数相同且等质量的稀盐酸中，反应生成的氢气与反应时间的关系如图所示。根据图中所提供的信息，得出的结论错误的是（　　）
A．折线X表示锌的反应情况
B．锌和铁都已被完全反应
C．生成氢气的质量相等
D．盐酸都已被完全反应
3.在定量研究金属与酸的化学反应时，绘制出如图所示金属与氢气质量关系的图象，分析图像得到的以下结论中，正确的是（　　）
①Na、Mg、Zn三种金属都能置换出酸中的氢
②生成相同质量的氢气消耗金属的质量为Na＞Mg＝Zn
③生成相同质量的氢气消耗Na、Mg、Zn三种金属的质量比为23：24：65
④生成相同质量的氢气消耗Na、Mg、Zn三种金属的原子个数比为2：1：1
A．①③ B．②③ C．①④ D．③④
4.课外探究时小金选择了“金属的颗粒大小对其与盐酸反应快慢的影响”的课题。实验时取质量相等的锌粉和锌片，分别加入足量稀盐酸中，反应生成氢气的质量（m）与反应时间（t）的关系曲线如图。图中A表示锌粉与盐酸反应的曲线图，据图分析：
（1）对锌片而言，0～t2段的时间里表示其与盐酸反应，氢气质量增加，锌片的质量 （选填“增加”或“减少”或“不变”）；
（2）A、B曲线有部分重合，即m1所对应的部分，m1表示 时产生的氢气质量；
（3）实验结论 ；
（4）请你再提出一个影响金属与盐酸反应快慢的合理因素 。
5．已知钠与水反应的化学方程式为：2Na+2H2O═2NaOH+H2↑。质量均为m g的钠、镁、锌三种金属分别与25g质量分数为19.6%的稀硫酸反应。
（1）由于金属的量不确定，产生的氢气的质量大小有多种可能（不考虑镁与水的反应），如镁、锌产生氢气的质量相同且都小于钠产生的氢气质量的情况表示为Na＞Mg＝Zn。请按以上表示，写出所有可能情况 　 。
（2）试确定，当产生的氢气的质量大小为Na＞Mg＝Zn时，m的取值范围 。
（3）m＝4.6时，Zn与酸反应产生H2的质量与金属质量（m）的关系如图。请在图中再画出钠和镁二种金属分别与酸反应产生H2的质量与金属质量（m）的关系图线。（在图线上用元素符号注明）
1．将等质量的镁、铁、锌分别放入三份质量分数相同的稀盐酸中，反应生成的氢气质量与反应时间的关系如图所示。根据图中信息，下列判断正确的是（　　）
A．曲线y表示镁的反应情况
B．镁一定过量
C．锌一定过量
D．镁消耗稀盐酸的质量最大
2．将质量相等的A、B、C三种金属，同时分别放入三份溶质质量分数相同且足量的稀盐酸中，反应生成H2的质量与反应时间的关系如图所示。根据图中所提供的信息，得出的结论错误的是（　　）（已知：A、B、C在生成物中均为+2价）
A．放出H2的质量是A＞B＞C
B．金属活动性顺序是A＞B＞C
C．反应速率最大的是B
D．相对原子质量是C＞B＞A
3.等质量的稀硫酸分别与足量的镁、铁、锌三种金属反应，下列图象能正确生产氢气质量与反应时间之间关系的是（　　）
A． B．
C． D．
4．锌和稀H2SO4反应生成H2，几次实验锌的用量不同，H2SO4用量相同，锌的用量和生成H2的体积（同温、同压）的关系如图所示：
①锌和过量的H2SO4反应在图中的　 　处
②锌与适量的H2SO4恰好完全反应在图中　 　处
③过量的锌和H2SO4反应表示在图中的　 　处．
5．将质量均为10克的Mg、Fe、Zn三种金属分别放入质量和溶质质量分数均相同的三份稀硫酸中，反应完全后，生成氢气的质量关系不可能的是　　。其中A表示的是　 　。
6.已知某金属粉末中除含有Al外还含有一定量的Fe，为测定金属的含量，某化学兴趣小组的同学展开了如下的实验探究。
小资料：Al与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的偏铝酸钠和氢气（反应的化学方程式为：2Al+2H2O+2NaOH＝2NaAlO2+3H2↑，Fe不与氢氧化钠溶液反应）。
取20g该金属粉末，把100g氢氧化钠溶液平均分成5份依次加入，充分反应后，过滤出固体，将其洗涤、干燥、称量。实验过程中得到的部分数据与图像如下：
加NaOH溶液的次数 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次
剩余固体的质量/g 16.5 13 9.5 m n
（1）第五次加入NaOH后，溶液中的溶质是 。
（2）结合图表分析，上表中m的值为 。
（3）Fe的质量分数为 。
（4）所用氢氧化钠溶液的溶质质量分数为多少？（精确到0.1%）
答案及解析
例1、B解：A、最终稀硫酸完全反应，生成氢气质量相等，该选项对应关系不正确；
B、最终稀硫酸完全反应，生成氢气质量相等，镁比锌活泼，锌比铁活泼，因此镁反应时间最短，铁反应时间最长，该选项对应关系正确；
C、最终稀硫酸完全反应，生成氢气质量相等，镁比锌活泼，锌比铁活泼，因此镁反应时间最短，铁反应时间最长，该选项对应关系不正确；
D、最终稀硫酸完全反应，生成氢气质量相等，该选项对应关系不正确。
故选：B。
例2、解：（1）铝和锌都能和酸反应生成气体，银和酸不反应，一定不是银，则可能是锌和铝的一种或两种，两种金属和酸反应都有气泡产生，故答案为：气泡；
（2）设生成0.2g氢气需要锌的质量为m
Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑
65 2
m 0.2g
m＝6.5g
答：a点对应的锌的质量m为6.5g。
（3）由图像可知，生成0.2g氢气，需要铝的质量小于2g，故“银粉”是铝粉，设50g硫酸中硫酸的溶质质量分数为y
2Al+3H2SO4═Al2（SO4）3+3H2↑
294 6
50g×x 0.2g
x＝19.6%
答：实验中所用稀硫酸的溶质质量分数为19.6%。
例3、解：（1）与等质量等浓度的同种酸反应，当同种金属的质量相同时，粉末状的要比块状的反应快，则以上反应中，镁和镍还需要控制与酸的接触面积相同；故答案为：与酸的接触面积；
（2）A、甲中稀硫酸过量，反应结束后，金属无剩余，正确；
B、乙中金属过量，酸无剩余
Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑ Ni+H2SO4＝NiSO4+H2↑
98 2 98 2
从上式可知：每98份质量的硫酸与镁（镍）反应生成。生成2份质量的氢气，错误；
C、甲生成氢气质量不同，消耗的稀硫酸质量不同，正确；
D、根据以上分析，乙生成氢气质量相同，消耗的稀硫酸质量相同，正确；
故选：ACD；
（3）设镁的质量为a。
Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑
24 2
a 0.57g
a＝6.84g
镍与镁的质量相等：镍的质量也为6.84g
设生成6.84g镍生成氢气的质量为b，消耗稀硫酸质量为c。
Ni+H2SO4＝NiSO4+H2↑
58.7 2
6.84g b
b≈0.23g
c＝115g
画图如下：；故答案为：
1.B
解：A、锌和稀盐酸反应生成氯化锌和氢气，随着反应进行，氢气质量增大，完全反应后氢气质量不再变化，该选项正确。
B、完全反应后继续加入稀盐酸时，溶液质量仍然增大，该选项不正确。
C、随着反应进行，氯化锌质量增大，完全反应后氯化锌质量不再变化，该选项正确。
D、锌完全反应后，消耗锌的质量不再变化，该选项正确。
故选：B。
2．B
解：A、因为锌最活泼，反应时间少，则图线X表示锌的反应情况，故正确；
B、因为2种金属生成的氢气质量相等，结合生成的氢气质量金属的质量，可知：铁一定过量，锌可能反应完，故错误；
C、由图象可知生成氢气的质量相等，故正确；
D、由图象可知最终锌、铁2种金属生成的氢气质量相等，因为参加反应的稀盐酸的质量是相等的，所以盐酸都已完全反应，故正确；
故选：B。
3.C
解：由图像中的数据，1.2g镁会生成0.10g氢气，3.25g锌会生成0.10g氢气，2.3g的钠会生成0.10g的氢气。
①Na、Mg、Zn 三种金属活动性都排在氢前，都能置换出酸中的氢，正确；
②生成相同质量的氢气消耗金属的质量为Mg＜Na＜Zn，错误；
③由图像可知，生成相同质量的氢气消耗 Na、Mg、Zn 三种金属的质量Mg＜Na＜Zn，生成相同质量的氢气消耗 Na、Mg、Zn 三种金属的质量比不可能是23：24：65，三种金属质量比为46：24：65，错误；
④生成相同质量的氢气消耗 Na、Mg、Zn 三种金属的原子个数比为2：1：1，正确；
故选：C。
4.解：（1）对锌片而言，0～t2段的时间里表示其与盐酸反应，氢气质量增加，锌片的质量减少。
故答案为：减少。
（2）A、B曲线有部分重合，即m1所对应的部分，m1表示t2时产生的氢气质量。
故答案为：t2。
（3）锌粉与盐酸的反应速率比锌片快，说明其它条件相同时，金属的颗粒越小，反应速率越快。
故答案为：其它条件相同时，金属的颗粒越小，反应速率越快。
（4）影响金属与盐酸反应快慢的合理因素还有盐酸浓度等，即其它条件相同时，盐酸浓度越大，反应速率越快。
故答案为：盐酸浓度。
5．解：（1）Na＞Mg＞Zn、Na＝Mg＞Zn、Mg＞Na＞Zn、Mg＞Na＝Zn
解析：此题的特殊之处在于：钠既可以与酸反应还可以与水反应，镁、锌只与酸反应而不与水反应。质量均为m g的钠、镁、锌三种金属与酸（过量）完全反应时产生氢气的质量分别为：m g/23、m g/12、2m g/65．由此可以看出，钠、镁、锌三种金属与等量酸恰好完全反应（或生成等质量的氢气）时，所消耗的金属质量关系为：m（锌）＞m（Na）＞m（Mg），于是：
①酸过量（酸与镁恰好完全反应）时，产生的氢气质量的情况为：Mg＞Na＞Zn；
②钠、镁、锌均过量（或锌恰好完全反应）时，过量的钠可以水反应而产生的氢气质量最多，镁、锌产生的氢气质量因受酸的限制而相等：Na＞Mg＝Zn；
③钠、镁均过量而锌不足时，产生的氢气质量的情况为：Na＞Mg＞Zn；
④镁过量、钠恰好与酸完全反应，而锌不足时：Na＝Mg＞Zn；
（2）m≥3.25；
解析：由上面的分析可知：当产生的氢气的质量大小为Na＞Mg＝Zn时，钠、镁、锌均应过量（或锌恰好完全反应），因此m的大小只取决于锌的质量。
设：25 g 质量分数为19.6% 的稀硫酸与锌恰好完全反应消耗锌的质量为χ
Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑
65 98
χ 25 g×19.6%
65：98＝χ：25 g×19.6% 解得：χ＝3.25g
故：m≥3.25
（3）解析：m＝4.6 时，m＞3.25．因此钠、镁、锌均过量，钠在酸消耗完后还可以与水反应，产生氢气的量由钠决定：2Na+H2SO4＝Na2SO4+H2↑ 2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑，
设：钠产生的氢气质量的y
2Na﹣﹣﹣﹣H2
46 2
4.6g y
46：2＝4.6g：y 解得：y＝0.2g
镁、锌产生的氢气质量因受酸的限制而相等，由上图可知：均为0.1g。
设：25 g 质量分数为19.6% 的稀硫酸与镁恰好完全反应消耗镁的质量为z
Mg+H2SO4═ZnSO4+H2↑
24 98
Z 25 g×19.6%
24：98＝z：25 g×19.6%
解得：z＝1.2 g
故答案为：（1）Mg＞Na＞Zn、Na＞Mg＝Zn、Na＞Mg＞Zn、Na＝Mg＞Zn；
（2）m≥3.25；
（3）
1．B解：观察图象可知，三种金属反应的速率x＞y＞z，判断出三种金属的活动性顺序为x＞y＞z，从而得知x为镁，y为锌，z铁。相同质量的三种金属完全参加反应，应该是镁消耗的酸最多，铁次之，锌最少，但图中铁产生氢气最多，即消耗稀盐酸最多；镁锌产生氢气一样多，即消耗稀盐酸一样多，故镁过量，但锌无法确定。由上述分析可知，B判断正确。
故选：B。
2．B解：A、由图中信息可知，放出H2的质量是A＞B＞C，该选项说法正确；
B、由图中信息可知，等质量的金属与足量的酸反应时，所需时间越短，金属的活动性越强，所以金属活动性顺序是B＞A＞C，该选项说法不正确；
C、由图中信息可知，反应速率最大的是B，该选项说法正确；
D、A、B、C在生成物中均为+2价，因此反应的化学方程式中化学计量数完全一致，因此将质量相等的A、B、C三种金属，同时分别放入三份溶质质量分数相同且足量的稀盐酸中时，相对原子质量越小，产生的氢气越多，由图中信息可知，放出H2的质量是A＞B＞C，所以相对原子质量是C＞B＞A，该选项说法正确。
故选：B。
3.B解：A、图中所示，充分反应后所得氢气质量不等，与实验分析不一致，故A不正确；
B、图中所示，充分反应后放出氢气质量相等，并且与铁充分反应所需要时间最长、与镁反应时间最短，与实验分析相符，故B正确；
C、图中所示，充分反应后产出氢气质量相等，但与锌反应的时间最长，不符合金属活动性强弱关系，故C不正确；
D、图中所示，充分反应后所产生氢气质量不等，与实验分析不一致，故D不正确；
故选：B。
4．解：由锌与稀硫酸的反应，观察图象可知，
①锌和过量的H2SO4反应，在锌未反应完时，生成的氢气的质量不断增加，当锌全部参加反应时生成的氢气最多，在图中的O﹣A处；
②当锌与适量的H2SO4恰好完全反应时，生成的氢气最多，在图中A处；
③过量的锌和H2SO4反应时，不在产生氢气，氢气的质量达到最大，同时也是定值，在图中的 A﹣B处．
故答案为：①O﹣A；②A；③A﹣B
5．解：A、当盐酸完全反应时，生成氢气质量相等，该选项对应关系可能正确；
B、当稀盐酸过量时，镁和盐酸反应生成的氢气最多，锌和盐酸反应生成的氢气最少，该选项对应关系可能正确；
C、当铁恰好和硫酸反应时，镁过量，锌不足，镁、铁和稀硫酸反应生成的氢气质量相等，锌和稀硫酸反应生成的氢气质量小于镁、铁和稀硫酸反应生成的氢气质量，该选项对应关系可能正确；
D、当铁、锌和稀硫酸反应生成的氢气质量相等时，镁和稀硫酸反应生成的氢气质量一定和铁、锌和稀硫酸反应生成的氢气质量相等，该选项对应关系不可能正确。
故填：D；金属过量。
6.解：（1）分析以上数据可知，第一次反应用去3.5g固体，第二次，也应反应掉3.5g，所以上表中m的值为6，也说明第四次为恰好完全反应，第五次加入NaOH后，氢氧化钠过量，溶液中的溶质是NaOH、NaAlO2；
（2）由分析可知，m的值为6；
（3）由图可知，铁的质量为6g，Fe的质量分数为100%＝30%；
（4）设氢氧化钠溶液中溶质质量分数为x.
2Al+2H2O+2NaOH＝2NaAlO2+3H2↑
54 80
20g﹣6g 80gx
解得：x≈25.9%
答：氢氧化钠溶液中溶质质量分数为25.9%。
故答案为：（1）NaOH、NaAlO2；（2）6；（3）30%；（4）25.9%。
2023-2024学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义（十五）
氢气制取的图像分析