第三章第一节第1课时 金属与非金属 酸和水的反应 同步辅导与测试

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第三章　金属及其化合物
第一节　金属的化学性质
第1课时　金属与非金属　酸和水的反应
一、金属的性质
1．物理性质
2．化学性质
二、金属与非金属的反应
1．金属钠与O2反应
(1)常温：4Na＋O2===2Na2O(白色)
(2)加热：2Na＋O2===Na2O2(淡黄色)
2．铝与O2反应
4Al＋3O22Al2O3
三、金属与酸和水的反应
1．钠与水反应
现象：浮、熔、游、响、红
原理：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2OH－＋H2↑
2．铁与水蒸气反应
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2↑
1．下列关于金属钠的叙述中，说法正确的是(　　)
A.Na在空气中燃烧，发出黄色火焰
B．Na在空气中燃烧，产物是Na2O
C．Na是银白色金属，硬度大，熔点高
D.Na可以在空气中稳定存在
答案　A
解析　金属钠的硬度小，熔点低，其化学性质非常活泼，在空气中很快就被氧化为氧化钠，若点燃，则发出黄色火焰，产物为Na2O2。
2．将11.5 g钠、9 g铝、28 g铁分别投入200 mL 1 mol/L的盐酸中，下列分析结果正确的是(　　)
A.钠与盐酸反应最剧烈，产生的气体最多
B．铝与盐酸反应的速率仅次于钠，但产生的气体最多
C．铁与盐酸反应产生的气体比钠多
D.反应结束时产生的气体一样多
答案　A
解析　已知金属与盐酸量，计算放出H2的量时，要先判断谁过量，钠与酸、碱、盐等的水溶液反应时，生成H2的量均据Na计算，反应的剧烈程度由金属的活泼性决定，即钠最剧烈，其次是铝。钠、铝、铁物质的量依次为 mol、 mol、 mol，HCl物质的量均为0.2 mol，金属过量。可见，铝、铁与盐酸反应时生成H2一样多，均为0.1 mol。Na先与酸反应，后与H2O反应，共生成H2 0.25 mol。
规律总结　金属与酸反应先比较金属与酸的量，应按少量的物质进行计算产生H2的量，若酸不足，则Na可以完全反应，产生H2按Na计算，Mg、Al则按酸的量来计算。
1．取一块金属钠放在燃烧匙里加热，观察到下列实验现象：①金属先熔化；②在空气中燃烧，放出黄色火花；③燃烧后得白色固体；④燃烧时火焰为黄色；⑤燃烧后生成浅黄色的固体物质。描述正确的是(　　)
A.①② B.①②③ C.④⑤ D.①④⑤
答案　D
解析　钠的熔点只有97.81℃，受热时立即熔化；钠是一种很活泼的金属，受热时与氧气化合生成过氧化钠，呈淡黄色；钠燃烧时火焰为黄色；
点评　Na与O2反应常温下生成Na2O，为白色固体；加热时生成Na2O2，为淡黄色固体。反应条件不同，产物不同。
2．金属钠分别与下列溶液反应时，既有气体放出又有白色沉淀生成的是(　　)
A.盐酸　　 　B．氯化钠　　 　C．氯化铜　 　 　 D.氯化镁
答案　D
解析　金属钠与盐酸、氯化钠溶液反应，只生成H2，与CuCl2溶液反应生成H2和Cu(OH)2蓝色沉淀。
3．相同物质的量的钠、镁、铝分别与足量的盐酸反应，生成氢气最多的是(　　)
A.钠　　　 　B．镁　　　　 C．铝　　　 　D.一样多
答案　C
解析　钠是一价金属、镁是二价金属、铝是三价金属，所以等物质的量的钠、镁、铝分别与足量盐酸反应时生成的氢气之比为1/2∶1∶3/2＝1∶2∶3，所以铝放出的氢气最多。
4．向一小烧杯中分别加入等体积的水和苯，片刻后再向该烧杯中加入绿豆大小的金属钠，可能观察到现象是[ρ(苯)＝0.87 g·cm－3，ρ(Na)＝0.97 g·cm－3](　　)
答案A
解析　钠的密度比水小，比苯大，故浮在水面上沉在苯底部。
5．将一小块钠投入盛饱和澄清石灰水的试管里，不可能观察到的现象是(　　)
A.熔成小球并在液面上游动
B．有气体生成
C．溶液底部有银白色物质生成
D.溶液变浑浊
答案　C
解析　将钠投入饱和石灰水后，钠立即与水剧烈反应，熔成小球，四处游动。由于钠与水反应减少了溶剂的量，同时该反应的是放热反应，使溶液温度升高，Ca(OH)2溶解度减小，会使部分Ca(OH)2析出，溶液变浑浊。
6．将4.6 g钠投入到95.4 g水中，所得溶液中溶质的质量分数(　　)
A.等于4.6%　　　　 B．等于8%
C．大于8%　　　　　 D.小于8%
答案　C
解析　设生成NaOH的质量为x，生成H2的质量为y
2Na46 g4.6 g＋2H2O36 g===2NaOH80 gx＋H2↑2 gy
＝　　　x＝8 g
＝y＝0.2 g
则此时NaOH的质量分数为：
w(NaOH)＝×100%＝8.02%
7．将金属钠投入到下列物质的溶液中，溶液的质量不会减轻的是(　　)
A.HCl　　B．CuSO4　　C．MgCl2　　D.Ca(HCO3)2
答案　A
解析　溶液质量的变化取决于加入物质与逸出气体和析出沉淀的质量之差。若此差值大于等于零，则溶液质量不会减轻。
8．在常温下，Fe与水并不起反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应。如下图所示装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”。
请回答该实验中的问题
(1)写出铁在高温下与水蒸气反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(2)干燥管C内盛放的药品是，作用是，干燥管的(填“m”或“n”)端与g导管相连接。
(3)在D处画出用简单方法(用试管)来收集氢气的装置图(所需其他仪器自己选择)。
(4)怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气，简述实验操作步骤和现象________________________________________________________________________。
(5)圆底烧瓶中盛装的是水，该装置受热后的主要作用是；烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是_________________________________________________________。
(6)玻璃管中石棉绒的作用是_____________________________________________。
实验开始时应先点燃，理由是____________________________，实验结束时，应先熄灭________________________________________________________________________。
(7)若点燃从干燥管中导出的氢气，则必须________________________________。
这一操作的目的是。
答案　(1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(2)碱石灰或固体NaOH、CaO、无水CaCl2等　除去H2中的水蒸气　n
(3)(如右图，向下排空气法，导管口伸入试管底部)
(4)收集一试管气体，用拇指堵住试管口，靠近酒精灯火焰，松开拇指，能燃烧或发出爆鸣声，说明收集的是H2
(5)为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气　防止暴沸
(6)铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积　酒精灯　先点燃酒精灯，产生水蒸气排净硬质玻璃管中的空气后，再点燃酒精喷灯，防止Fe与O2反应　酒精喷灯
(7)检验H2的纯度　防止点燃时，H2因含有O2而爆炸
解析　本题以H2的干燥、收集、检验为载体，综合考查对实验基本操作、仪器使用的掌握程度及实验设计能力。
(1)书写方程式时，注意反应的条件(高温)和产物(Fe3O4，不是Fe2O3)。
(2)应选固体干燥剂，虽然浓H2SO4可用作干燥剂，但为液体不可选用。
(3)应采用向下排空气法，作图时注意导管的位置。
(4)检验H2采用点燃“爆鸣”实验。
(5)加热水制水蒸气，控制水蒸气量不宜过大，加碎瓷片防止暴沸。
(6)石棉绒耐高温且性质稳定是铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积。实验时，应先加热烧瓶，产生水蒸气排出装置中的空气后，再加热玻璃管，防止铁粉氧化。实验结束时，撤去酒精喷灯，不提供高温条件，反应自行结束。
(7)可燃性气体点燃之前均要检验气体纯度，防止不纯气体燃烧时发生爆炸。
拓展延伸　1.Fe与H2O(g)、H2与CuO、CO与CuO反应装置均为气＋固气的装置，且都是先用气体排出装置的空气，再加热固体。Fe与H2O(g)的反应是防止Fe被氧化，H2与CuO的反应和CO与CuO的反应是防止H2、CO与O2反应发生爆炸。实验结束时，均先停止加热固体，后停止通气体。
2．实验时应注意安全，如不纯气体燃烧爆炸等。
9．某校学生课外活动小组为测定Na元素的相对原子质量，设计的装置如图，该装置(包括水和干燥剂)的总质量为a g，从实验室取出b g(不足量)的钠放入水中，塞紧瓶塞，完全反应后再称量此装置的总质量为c g。试回答：
(1)实验室取用一小块钠，需要的用品有_____________________________________。
(2)此干燥管的作用是：____________________________________________________，
若不用此干燥管，则测出的相对原子质量会比实际相对原子质量__________(填“偏大”“偏小”或“不变”，下同)，若此钠块中有极少量被氧化，则会____________。
(3)有甲同学建议在图中干燥管上再连一同样干燥管，其目的是，计算钠的相对原子质量的表达式为。
(4)有乙同学为避免由于行动不够迅速产生偏差，又建议在集气瓶中再加入一定量煤油，其目的是________________________________________________________。
答案　(1)滤纸、小刀、镊子、玻璃片
(2)吸收水蒸气，避免集气瓶中水蒸气逸出　偏小　偏大
(3)避免空气中水蒸气被干燥剂吸收　
(4)避免钠投入后，立即与水反应，来不及塞上塞子
解析　本题通过定量实验综合考查钠的取用、钠的物理、化学性质。原理是根据钠与水的反应，通过测定一定质量的钠与过量的水反应生成氢气的质量，来求出钠的相对原子质量。
10．有人设计出一种在隔绝空气下让钠与水反应的方法，利用煤油来控制反应速率。使学生能仔细观察到各种实验现象。该方法简便、完全、现象明显、有趣味性，实验装置如图所示。
如图所示将6 mm×50 mm玻璃管和长颈漏斗插入橡皮塞孔中，玻璃管外套上30 mm的乳胶管，乳胶管上再接6 mm×30 mm金属尖嘴管，乳胶管上夹上弹簧夹。
实验时，往100 mL的大试管中先加入40 mL煤油，取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过漏斗加满滴有酚酞的水。根据反应中观察到的现象，回答下列问题。
(1)金属钠变化的现象是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)大试管中溶液颜色的变化是_________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置中液面的变化分别是：大试管中_____________________________；
长颈漏斗中　　　　　　　　　　。
(4)简述检验产生气体的方法：_______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)钠在煤油中逐渐下沉，至水面时与水发生反应，熔化成银白色小球，生成的H2推动钠上浮至煤油层，当H2逸出，钠又回落至界面与水反应，如此反复多次，最后完全消失
(2)溶液从上至下逐渐由无色变为红色
(3)液面逐渐下降　液面逐渐上升
(4)当漏斗中液面上升到一定高度后，打开弹簧夹点燃气体，有淡蓝色火焰产生，即可证明有气体产生。
解析　由于钠的密度比水小，比煤油大，所以钠在煤油与水的界面处漂浮。钠与水反应产生的气体在逸出过程中把钠带入煤油层，钠在重力作用下再回到界面。反复多次，直至钠完全消失。产生的气体聚集在大试管上部，把液体反压到长颈漏斗中。
备课资源　
有人设计了如图所示的实验装置。目的是做钠与水反应的实验并验证：
①钠的物理性质；②钠与水反应的产物是什么？③铝是否能与NaOH溶液反应。
(1)当进行适当操作时还需要的仪器有______________________________________。
(2)如何进行操作？________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验现象是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)小试管和酒精灯
(2)将铝条上提，使钠块落入水中，将小试管扣在导管上收集反应产生的气体，用拇指堵住试管口移近酒精灯，松开拇指点燃试管中的气体，钠块反应完毕后，再将铝条伸入溶液中
(3)钠浮在水面上，很快熔化成闪亮的小球，并逐渐消失，水溶液由无色变成红色，点燃小试管中的气体时，有尖锐的爆鸣声，铝条伸入溶液中后，与NaOH溶液反应并有气泡放出
解析　(1)由于实验目的是做Na和水的反应实验，验证钠的物理性质并验证钠和水反应的产物是什么，所以要收集产生的气体，并验证气体的可燃性，故还需用小试管和酒精灯。(2)要由钠和水的反应来验证钠的物理性质，使钠块与水接触，就要想办法将钠块放入水中：将大头针向上提，使钠块落入水中，将小试管扣在细玻璃上收集反应产生的气体，用拇指堵住小试管口，靠近酒精灯，松开拇指点燃试管中的气体。(3)观察到的现象是钠浮在水面上很快熔化成小球，并逐渐消失，水溶液由无色变成红色；点燃小试管中的气体时，有尖锐的爆鸣声。
备课资源　利用下图装置可以测定一定质量的钠与水反应产生的H2的体积。
(1)为达到该实验目的，应选用装置B+C：__________________________________。
和。
(2)实验开始，欲使钠与水接触反应，应如何操作？。
(3)已知有关物质的密度。ρ(K)：0.86 g·cm－3，ρ(Na)：0.97 g·cm－3，ρ(煤油)：0.8 g·cm－3。如果将钠换成相同大小的钾进行上述实验，结果钾反应所用的时间比钠反应完所用的时间(填“长”或“短”)，其原因是。
答案　(1)C　(2)把大头针向下插入水中　(3)短　相同大小的钾的质量比钠小；钾比钠与水反应更快更剧烈
备课资源　在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用如下图所示的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6 mol/L的盐酸，其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。
填写下列空白：
(1)实验进行时试管B+C：_____________________________________________。
中应加入的试剂是；烧瓶B的作用是；烧瓶C的作用是；在试管D中收集得到的是。
(2)实验时，U形管H：__________________________________________________。
中应加入的试剂是________；长颈漏斗H中应加入__________。
(3)两套装置中，在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母)__________________。
(4)试管E中发生反应的化学方程式是_________________________________。
(5)为了安全，在E管中反应发生前，在F出口处必须；E管中反应开始后，在F出口处应。
答案　(1)普通铁粉　作为水蒸气发生器　防止倒吸　氢气
(2)碱石灰(固体NaOH、CaO等碱性干燥剂)
6 mol/L HCl溶液
(3)ABE　(4)Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O
(5)检验氢气的纯度　点燃氢气
解析　根据题意可知，该题中发生了三个化学反应：
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O
用6 mol/L的HCl溶液和较活泼的金属(通常用Zn)制取H2：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
在题中给出二个装置，甲图为由水蒸气和铁反应装置，因为D为集气装置，无氢气发生装置。乙图是H2还原Fe3O4装置，用于制取“引火铁”。因图中有氢气制取装置(I)，判断出这两个装置的用途后再进行解答。
(1)中有四问：由于甲装置是Fe的氧化装置，故A
中装有普通铁粉；B是制取水蒸气的装置；C的作用是安全瓶，防止水槽内水倒吸；试管D中收集的气体，当然是H2。
(2)U形管的作用是提纯、干燥氢气，应用固体NaOH或碱石灰等固体干燥剂。因制取过程H2中混有少量的HCl气体和水蒸气，在干燥H2的过程中一并去除HCl气体。
(3)需要加热的仪器有：A，Fe与水蒸气需在高温下反应；B，需加热制取水蒸气；E，H2还原Fe3O4需加热时完成。
(4)在试管E中发生H2还原Fe3O4的反应：
Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O
(5)因为H2和O2混合点燃或加热时可能爆炸，所以H2在使用时要检验纯度，多余的氢气要燃烧掉或导出室外，以避免室内空气混合爆炸。
点拨　该题解题关键在于找到哪个装置用于制什么。根据还原铁的氧化物用到H2，H2是由6 mol/L的盐酸制取，所以制“引火铁”装置中一定要有氢气制取装置，再分析各装置的作用，进行各项的解答。
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