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第二课时 金属与酸和水的反应铝与氢氧
化钠溶液的反应物质的量在化
学方程式计算中的应用
1．掌握钠与水反应的原理、现象。
2．了解Al与NaOH溶液的反应。
3．通过金属及其化合物性质的实验，提高对“化学是一门以实验为基础的科学”的认识，培养实验意识、操作技能、观察能力和分析问题的能力等。
4．掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
5．了解化学计算中的常用方法。
一、金属与酸或水的反应
1．金属与酸的反应
酸和金属活动性顺序表中 的金属反应生成 ，如Zn、Fe和
稀盐酸反应的化学方程式分别为：
氢气
氢前面
Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
2．金属与水的反应
(1)钠与水的反应
实验操作 实验现象 结论或解释
① ①钠的密度比水
② ②钠熔点 ，反应放热
③ ，逐渐变小，最后消失 ③反应产生的 推动小球运动
④反应后溶液的颜色逐渐变 ④反应后溶液显 性
钠浮在水面上
小
迅速熔化为小球
低
小球四处游动
氢气
红
碱
结论 钠与水剧烈反应，生成 和 ，表现 性，
化学方程式： ，
离子方程式：
NaOH
H2
还原
2Na2H2O===2NaOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
1.通过Na与水反应的现象还可说明钠的哪些物理性质？
【提示】 密度小于水，熔点低。
(2)铁与水蒸气的反应
实验装置
气体 用小试管收集一试管气体，点燃，听到 声证明生成了 用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了
实验结论 铁不能与冷水、热水反应，但高温能与水蒸气反应，化学反应方程式为：
爆鸣
H2
H2
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
2.人们常用金属器皿(如铁壶、铝壶)来盛水，但铁与水可以反应，这一问题应怎样去认识？
【提示】 铁与水反应是有条件的，铁在加热条件下与水蒸气反应，但铁与冷水、热水不反应。
二、铝与氢氧化钠溶液的反应
实验操作
实验现象 试管中 ，铝片
；点燃的木条放在试管口时发出 声 试管中 ，铝片 ；点燃的木条放在试管口时发出 声
有关化学方程式 化学方程式：
离子方程式：
化学方程式：
离子方程式：
有气泡产生
不断溶解
有气泡产生
不断溶解
爆鸣
爆鸣
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑
3.实验室制取H2的方法除了用较活泼的金属与酸反应外，还有什么方法？
【提示】 用金属铝与强碱反应可以制取H2；或将钠块用铝箔包好，上面扎些小孔，放入水中，也可制取H2。
三、化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系
2Na＋ 2H2O===2NaOH＋H2↑
质量之比 46 g 36g 80 g 2 g
计量数之比 2 2 2 1
扩大NA倍 2NA 2NA 2NA NA
物质的量之比 2 mol 2 mol 2 mol 1 mol
结论：化学方程式中化学计算数之比＝ 之比＝ 之
比＝ 之比
微粒个数
物质的量
气体体积(相同条件)
4.根据化学方程式进行计算时，已知物理量与被求的物理量是否必须一致？
【提示】 不一定。只要满足“上下一致，左右相当”即可进行求算，如上式46 g Na与22.4 L H2(标况下)就是相当的。
一、金属与酸和水的反应
哪些金属能与酸发生反应？金属与酸反应的剧烈程度相同吗？金属与酸反应的实质是什么？
[学生交流]
【提示】 金属活动顺序表中氢之前的金属能从酸溶液中置换出H2。金属越活泼，反应程度越剧烈。金属与酸反应的实质是金属失电子转移至酸溶液中的H＋，发生氧化还原反应(置换反应)产生H2。例如：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑。
在金属活动顺序表中，钠排在铜的前面，所以，将钠加入到CuSO4溶液中，会置换出金属铜。这种说法对吗？为什么？
[师生互动]
【提示】 不对。钠加入到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。钠与盐溶液反应，不能置换出盐中的金属。不过，钠能与熔融态的盐反应，可以置换出盐中的金属，如
[归纳小结]
金属与水反应的规律
(1)K、Ca、Na等金属和冷水作用，生成可溶性碱和H2。
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
(2)Mg与冷水反应缓慢，与沸水反应快，Al与冷水很难反应，与沸水能反应，即镁和铝在除掉氧化膜后，在加热条件下能与水反应。
(4)Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水作用
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：①Zn＋盐酸；②Na＋水。为点燃上述两个反
应生成的H2，他们设计了右图装置。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，①实验获得成功，②却
失败了。他们分析认为失败的原因是Na与H2O的反应速率太快，Na的用
量太少。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 g·cm－3、
0.80 g·cm－3，1.00 g·cm－3，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__________________。
【解析】 Na与H2O反应产物是NaOH和H2，反应速率很快，并放出大量的热，Na的用量多容易产生爆炸。由于ρ(煤油)<ρ(钠)<ρ(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的反应速率。
【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
【点评】 由于实验是做Na与H2O的反应，且要保证实验的安全。本题可以从钠与H2O反应的本质，水和煤油是否互溶，密度的大小等诸多方面入手进行分析和解答，整体思维，逻辑推理，得出合理的结论。
1.将钠、镁、铝各0.3 mol分别放入100 mL 1 mol·L－1的
盐酸中，同温同压下产生的气体体积比是( )
A．1∶2∶3 B．6∶3∶2
C．3∶1∶1 D．1∶1∶1
【解析】 本题主要考查金属与水、酸反应的实质。根据金属与酸反应的实
质2M＋2nH＋===2Mn＋＋nH2↑可知三种金属都过量，而铝、镁都不与H2O反
应，按盐酸计算，两者产生气体体积都为0.05 mol，金属钠可继续与H2O反应
最终产生0.15 mol H2，即同温同压下产生气体的体积比为：
0.15 mol∶0.05 mol∶0.05 mol＝3∶1∶1。
【答案】 C
二、铝与氢氧化钠溶液的反应
铝与氢氧化钠溶液反应的原理是什么？
[师生互动]
【提示】 铝与强碱溶液反应的原理的解释
①氧化还原反应(或置换反应)：
③总反应式：将上述①、②中的反应相加，①＋②×2再整理可得：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑(氧化还原反应)。
Al(OH)3是两性氢氧化物，在强碱溶液中，Al表面生成的Al(OH)3立即与强碱溶液反应而溶解，这样，铝就不断与水反应，生成的Al(OH)3再与强碱反应，并且反应放热，因此反应速率会越来越快。
铝与酸或碱反应均能产生氢气，它们产生氢气的情况如何？
[师生互动]
【提示】 分析依据：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH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
甲∶乙＝1∶2，则加入铝粉的质量为________。
【思路点拨】 解答本题要从以下两方面考虑：
(1)等量的铝粉分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应放出H2的关系。
(2)足量的铝粉分别与盐酸和NaOH溶液反应放出H2的关系。
【解析】 解答本题的关键是由题给条件判断出哪种物质完全反应以找出
计量关系。等质量的铝粉分别与足量的HCl和NaOH溶液反应，放出H2的体
积关系为甲∶乙＝1∶1，因2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋
2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，故等物质的量的HCl和NaOH分别与足量的铝粉
反应，放出H2的体积关系为甲∶乙＝1∶3。现产生H2的体积比甲∶乙＝
1∶2，说明铝粉的量对盐酸来说是过量的，对NaOH来说是不足的，据上述
两方程式可求得：与盐酸反应的铝粉是2.7 g，与NaOH反应的铝粉是5.4 g，
所以投入铝粉的质量为5.4 g。
【答案】 5.4 g
由Al与盐酸、氢氧化钠反应原理可推知：当一定量的铝在盐酸中有剩余，而在NaOH溶液中不足时，产生氢气的体积比应存在下列关系：
2.有关Al与NaOH溶液反应的说法正确的是( )
A．Al是还原剂，NaOH及H2O均是氧化剂
B．还原产物是H2，且由H2O还原所得的H2与NaOH还原所得的H2物质的量
之比为2∶1
C．此反应说明铝具有两性，铝的活泼性比只具有金属性的金属弱
D．此反应中，只有水是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂
【解析】 Al与NaOH溶液反应产生H2的实质是：2Al＋6H2O===2Al(OH)3＋
3H2↑，NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O，总反应为：2Al＋2NaOH＋
2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
【答案】 D
三、物质的量在化学方程式计算中的应用
根据化学方程式进行计算的基本步骤如何？举例说明。
[师生互动]
【提示】
1．基本步骤
(6)答：该样品中NaOH的含量为80%
向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后，计算：
(1)参加反应的NaOH的物质的量和溶液的物质的量浓度。
(2)生成标准状况下H2的体积。
【思路点拨】
【解析】 设参加反应的NaOH的物质的量为n，生成标准状况下H2的体积为V
【答案】 (1)参加反应的NaOH的物质的量为0.4 mol
NaOH溶液的物质的量浓度为0.8 mol/L
(2)生成标准状况下的H2体积为13.44 L
(1)若NaOH溶液物质的量浓度为1 mol/L，完全反应时，可消
耗多少克铝？
(2)若产生标准状况下11.2 L的H2，转移多少 mol电子？
【点拨】 1.金属与H2O反应的实质类似于与酸反应的实质，即与水电离出的H+反应，金属越活泼，反应越剧烈，产物除氢气外，因金属的活泼性不同而不同。
2．铝是较活泼的金属，但它既能与酸反应，又能与碱反应，均能产生氢气，故铝制品不易用来蒸煮或长期储存酸性、碱性的食物。另外Cl-存在时能破坏铝制品的氧化膜，因此不能用铝制品淹制咸菜。
1．在一定条件下能与水反应生成氢气的是( )
A．Na B．Cu
C．Ag D．Fe
【解析】 Na与H2O常温下反应生成H2；Fe(红热)与H2O(g)在高温条件
下也可反应放出H2；而Cu、Ag不能与水反应。
【答案】 AD
2．金属钠分别与下列溶液反应时，既有沉淀析出，又有气体逸出的是( )
A．BaCl2溶液 B．K2SO4溶液
C．FeCl3溶液 D．饱和石灰水溶液
【解析】 Na与H2O反应生成了NaOH和H2，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，
Na投入到饱和石灰水溶液之后，与水反应溶剂减少，并且Na与水反应放
热，Ca(OH)2的溶解度降低，所以有Ca(OH)2析出。
【答案】 CD
3．用铝箔包起0.1 mol金属钠，用针扎出些小孔，放入水中，完全反应，用
排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体为(标准状况)( )
A．O2和H2的混合气体 B．1.12 L H2
C．大于1.12 L H2 D．小于1.12 L H2
【解析】 在题中隐含着一个至关重要的条件“铝箔”。0.1 mol钠与水反
应放出1.12 L H2且生成NaOH，铝能与NaOH溶液反应，也生成H2，故产
生的H2应大于1.12 L。
【答案】 C
4．下列反应的离子方程式书写正确的是( )
A．钠与H2O反应：Na＋2H2O===Na＋＋2OH－＋H2↑
B．钠与硫酸氢钾溶液反应：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑
C．过氧化钠与H2O反应：2O22－＋2H2O===4OH－＋O2↑
D．铝粉与NaOH溶液反应：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋H2↑
【解析】 A项电荷不守恒，错误。B的化学方程式为
2Na＋2KHSO4===Na2SO4＋K2SO4＋H2↑。C项Na2O2属于氧化物，书写
离子方程式应用化学式表示，不能拆分。D项质量不守恒。
【答案】 B
5．某无色透明溶液与金属铝反应放出H2。试判断下列离子：Mg2＋、Cu2＋、
Ba2＋、H＋、Ag＋、SO42－、SO32－、HCO3－、OH－、NO3－，何者能大量
存在于此溶液中？
(1)当生成Al3＋时，能大量存在___________________________________。
(2)当生成AlO2－时，能大量存在__________________________________。
【解析】 无色溶液则一定无Cu2＋，当生成Al3＋时为强酸性溶液且反应放
出H2，阴离子只能有SO42－，则一定无SO32－、HCO3－、NO3－、OH－、
Ba2＋、Ag＋。当生成AlO2－时，为碱性溶液，阳离子只能有Ba2＋，则一定
无Mg2＋、Ag＋、HCO3－、H＋、SO42－、SO32－。
【答案】 (1)H＋、Mg2＋、SO42－
(2)OH－、Ba2＋、NO3－
6．23克钠与水反应后得到1 000 mL溶液，求该溶液中溶质的物质的量浓度和
反应后生成氢气的体积(标准状况下)。
【答案】 1 mol/L；11.2 L第三章 第一节
第二课时 金属与酸和水的反应铝与氢氧化钠溶液的反应物质的量在化学方程式计算中的应用
(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)
一、选择题
1．在烧杯中加入水和苯(密度：0.88 g/cm3)各50 mL，将一小粒金属钠(密度：0.97 g/cm3)投入烧杯中。观察到的现象可能是( )
A．钠在水层中反应并四处游动
B．钠停留在苯层中不发生反应
C．钠在苯的液面上反应并四处游动
D．钠在苯与水的界面处反应并可能作上、下跳动
【解析】 Na的密度比水的密度小，比苯的密度大，因此Na在水与苯的界面处。因Na与水反应放出H2，Na受到气体的作用往上运动，但钠与苯不反应，在重力作用下，钠又会回落到水面上，与水发生反应，重复上述现象。
【答案】 D
2．下列化学(离子)方程式正确的是( )
A．2Fe＋3H2OFe2O3＋3H2
B．Al＋2NaOH===NaAlO2＋H2↑
C．Na＋H2O===Na＋＋OH－＋H2↑
D．2Na＋Cu2＋＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2Na＋
【解析】 A项产物Fe2O3错，应为Fe3O4，B项错，应有H2O参与反应；C项原子不守恒。
【答案】 D
3．下列各组离子中，能在同一溶液中大量共存，且溶液无色，加入一小块钠粒后仍能大量共存的是( )
A．K＋、MnO4－、SO42－、H＋
B．Ba2＋、Na＋、HCO3－、NO3－
C．Na＋、NO3－、K＋、Cl－
D．Ca2＋、NO3－、Cl－、CO32－
【答案】 C
4．称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，如果放出等体积的气体(在同温同压下)，则两份铝粉的质量之比为( )
A．1∶2 B．1∶3
C．3∶2 D．1∶1
【解析】 不论铝与氢氧化钠溶液反应，还是与盐酸反应，均是Al失电子：Al－3e－===Al3＋，还原产物都是H2，则都有如下关系：2Al～6e－～3H2。两种反应虽不同，但放出H2的体积相同，所以消耗Al的质量也相同。
【答案】 D
5．用钠跟水、镁跟盐酸，铝跟氢氧化钠溶液分别进行反应，若制得相同质量的氢气，三种金属的质量之比为( )
A．23∶24∶27 B．23∶12∶9
C．1∶ 2∶3 D．6∶3∶2
【解析】 制得相同质量的H2时，转移的电子数相同，设为a mol电子，则三种金属的质量分别为：23a、24×、27×，故其比值为23∶12∶9。
【答案】 B
6．(2009年徐州高一期末)把足量的铁粉投入到硫酸和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后，剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中H＋与SO42－的物质的量浓度之比为( )
A．1∶4 B．2∶7
C．1∶2 D．3∶8
【解析】 设CuSO4、H2SO4的物质的量分别为a、b。
由CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu
a a a
H2SO4＋Fe===FeSO4＋H2↑
b b
可知，反应了的Fe的物质的量为(a＋b)，生成的Cu的物质的量为a。由反应前后金属固体的质量相等得：(a＋b)×56 g/mol＝a×64 g/mol，则＝；则原溶液中＝＝。
【答案】 A
二、非选择题
7．钠与H2在一定温度下可反应生成一种叫氢化钠(NaH)的白色化合物，该化合物在熔融状态下可导电，取少量NaH放入水中，剧烈反应放出一种无色、无味的气体，并形成一种碱性溶液。
(1)Na与H2反应的化学方程式为____________________________________________，
H2作________剂。
(2)NaH与水反应的化学方程式为__________________________________________，
NaH作________剂。
【解析】 Na与H2反应，Na失去电子，H2得到电子，生成的NaH中H元素显－1价。NaH与水反应，其中NaH中－1价的H与水中＋1价的H发生归中反应。
【答案】 (1)2Na＋H22NaH 氧化
(2)NaH＋H2O===NaOH＋H2↑ 还原
8．用如图装置进行铁粉在高温下与水蒸气反应的实验，并用简单的方法收集、检验生成的氢气。请回答下列问题：
(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 。干燥管的 (填“m”或“n”)端与导管口 g 相连接。
(3)若收集到标准状况下的H2为22.4 L，则参加反应的铁粉的质量为 g。
(4)当固体质量增加32 g时，生成H2的质量为 g。
【解析】 (3)由3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
3×56 g 4×22.4 L
m＝4.2 g 22.4 L
(4)固体质量增加是因为Fe生成了Fe3O4，增加的质量为氧的质量，故氢气的质量为：
m(H2)＝×2 g＝4 g。
【答案】 (1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2
(2)无水CaCl2(或P2O5或碱石灰) m
(3)42 (4)4
9．(能力提高)用如图所示
的方法研究钠与水反应的性质，其中A是用带孔的铝箔包裹着的小钠块。
(1)从大块钠上取下的小块钠要用滤纸擦一擦，这样做的目的是________________________________________________________________________。
(2)包裹钠块的铝箔要预先刺上适当大、足够多的小孔，若孔过小或数目不够，可能出现的不良后果是 ；假如在实验刚开始后就将镊子松开拿出水面，A表现出来的现象是 ；出现这种现象的原因是____________________________________________。
(3)据预测，钠与水反应生成氢气和氢氧化钠。
①证明生成的气体是氢气的实验方法是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②证明生成氢氧化钠的实验方法和相应的现象是
________________________________________________________________________。
③钠跟水反应的化学方程式是：
________________________________________________________________________。
(4)如果用盐酸代替水做钠的性质研究的实验有一定的危险，主要原因是________________________________________________________________________。
(5)如果用饱和碳酸钠溶液代替水做钠的性质研究的实验。
①有金属钠参加的化学反应的方程式是：
________________________________________________________________________。
②其他化学反应的方程式是(假设溶液的温度保持不变)
__________________________________。
③再向烧杯中加入足量的稀盐酸，反应的化学方程式是：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 为了防止Na与氧气、水反应，实验室中一般将Na保存在煤油中。在使用Na时，为了不影响实验效果，一般要用滤纸擦净其表面的煤油。Na的化学性质活泼，常温下跟水剧烈反应生成NaOH和H2，并放出大量的热，在封闭的空间内发生这样的化学反应极易爆炸；常温下Na与盐酸反应生成NaCl和H2，反应更加剧烈，放热更多，极易爆炸。Na比水密度小，在水中浮在水面上，Na与水反应生成的H2增大了Na所受的浮力。在饱和Na2CO3溶液中Na与水反应生成NaOH和H2，反应消耗水使部分Na2CO3结晶(Na2CO3·10H2O)析出，再加盐酸后，Na2CO3、NaOH分别与盐酸发生反应。
【答案】 (1)擦去钠表面的煤油，避免影响实验效果 (2)发生爆炸 浮上水面 钠的密度小于水的密度，反应生成的氢气增大了A所受的浮力 (3)①在气体充满或基本充满试管时，在水中单手握管身、拇指封管口，管口朝下移出水面。在火焰的近处横置试管，管口靠近火焰，松开拇指点燃气体，听到轻微的“噗”声；②向烧杯内的溶液中滴入3滴酚酞试液，溶液显红色；③2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ (4)钠与盐酸反应非常剧烈，生成H2的同时放出大量热，易发生爆炸 (5)①2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ ②Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O ③NaOH＋HCl===NaCl＋H2O,2HCl＋Na2CO3===CO2↑＋H2O＋2NaCl
