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2013-2014学年高中化学人教版必修一精品课件(激情入题+预习探究+名师讲堂) 3-1金属的化学性质-2_图文

第三章
金属及其化合物

第三章
第一节 金属的化学性质(共3课时)

第一节
第2课时 金属与酸和水的反应 与氢氧化钠溶液的反应 铝

新情境·激趣入题

新考题·随堂自测 方法警示探究
新知识·预习探究

新提升·达标作业 新思维·名师讲堂

新情境· 激趣入题

广州日报电子版曾有一篇《金属钠“水雷”惊现珠江》 的报道: 据现场一位围观的群众讲,早上10时多,石溪水域内突 然冒起一股白烟,从漂在水面上的一个铁桶内窜出亮红色的 火苗,紧接着一声巨响,蘑菇状的水柱冲天而起。“没想到 水里的东西也能着火爆炸。”一位妇女惊讶地说。随后,直 到中午,这个铁桶又连续爆炸了多次。爆炸腾起的白色烟雾 有近10米高,还有许多白烟飘到了旁边的正大公司里面。

正大公司的一名保安说,飘进公司的白烟内还有许多没 有燃烧的残渣,这些灰白色的物体一遇到水就不停地冒泡, 有时甚至还会突然着火,为了防止引起火灾,公司的人只好 在烟尘降落的地域喷了许多水,以便引燃这些仍然没有燃烧 的东西。“平常我们都是用水灭火,今天却要用水引火。” 一位保安笑着说。

这起惊人事件与我们要探究的金属钠的性质密切相关。 那么,你知道以Na、Al、Fe为代表的金属可与哪些类物质反 应呢?

新知识· 预习探究

●学习目标 1.掌握钠与水反应的原理,会描述实验现象。 2.掌握铁与水反应的原理,了解气体产物的检验方法。 3.了解铝与酸及NaOH溶液的反应。

●新知预习 1.金属与酸的反应 位于金属活动性顺序中氢以前的金属与酸反应生成盐和 H2,如Zn、Fe和稀H2SO4反应的离子方程式分别为: 1 □____________________________________________, 2 □____________________________________________。

2.金属与水的反应 (1)钠与水的反应

8 反应的化学方程式: □ ____________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________

(2)铁与水蒸气的反应 方 法 实 验 装 置 方法一 方法二

3.铝与氢氧化钠溶液的反应 铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的对比实验 实验 装置 及操 作

参考答案:

●自主探究 1.钠、铝、铁在自然界中都以化合态形式存在。这主要 与它们的金属活动性有关,那么你能用几种方法检验它们的 活动性顺序?

提示:四种方法:方法一:从钠、铝、铁的燃烧实验来 说明钠、铝、铁的金属性强弱。钠在空气中用火柴即可点 燃,而铝在空气中需要高温点燃,铁在空气中很难点燃,说 明金属性:Na>Al>Fe。常温时4Na+O2===2Na2O,加热时 点燃 2Na+O2 ===== Na2O2,铝常温表面生成氧化膜,在氧气中点 燃生成Al2O3,Fe在干燥的空气中很难反应,在潮湿的空气中 易生锈,在纯氧中能燃烧,生成Fe3O4。从反应的条件、反应 的难易、反应的产物都说明了金属性:Na>Al>Fe。

方法二:与水的反应:钠在冷水中剧烈反应,铝在沸水 中缓慢反应,铁不能与冷、热水反应。 方法三:与酸的反应;钠与酸反应放出大量的H2,反应 很快,铝与酸反应产生氢气较快,铁与酸反应产生氢气较 慢。 方法四:把Al分别放到Na2SO4与FeSO4的溶液中,不能 置换出Na,能置换出Fe,说明金属性Na>Al>Fe。

2.铝既能与酸反应,又能与碱反应,是两性物质吗?

提示:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐 和水一般是两性物质的特征性质,铝与酸反应生成盐和氢 气,铝和碱溶液的反应实质是铝与水反应,但铝与水反应生 成的产物氢氧化铝难溶于水,所以会阻止铝与水的进一步反 应,铝与水反应生成的氢氧化铝能溶于碱中,从而使铝与水 的反应能继续进行。 综上所述,铝不是两性物质。

新思维· 名师讲堂

金属与水的反应
●思维导图

●细品教材 1.金属钠与水的反应 向一个盛水的烧杯中滴入n滴酚酞溶液,然后把一小块钠 放入水中。 (1)反应现象:为便于记忆,可编成以下顺口溜: 钠浮于水熔成球,球儿闪亮四处游,有“嘶”声儿溶液 红。

温馨提示:①浮:钠浮在水面上。因钠的密度小于水的 密度。 ②熔:钠熔化成闪亮的小球。原因:a.钠跟水反应放热; b.钠的熔点低。 ③游:小球在水面上四处游动。钠跟水接触部位发生反 应产生气体,使小球受力不均而四处游动。

④响:有“嘶嘶”的响声发生。由于气体、小球、水相 互撞击而发出“嘶嘶”的声音。 ⑤红:溶液变红色。因为反应生成NaOH显碱性,使酚酞 试液变红。 该反应属于氧化还原反应,分析如下:

(2)钠的保存:少量钠一般保存在煤油中 温馨提示:钠很容易跟空气中的O2和H2O起反应,另 外,钠不跟煤油起反应,且密度比煤油大,钠沉在煤油下 面,使钠与氧气和水隔绝。钠不能保存在汽油、CCl4及酒精 中,因汽油易挥发,CCl4密度比钠大,而酒精能与钠反应。 钠着火时应用干燥的砂或土来灭火,不能用水灭火。

2.铁与水蒸气反应 在常温下铁与水不反应,在高温下铁与水蒸气反应。 △ 化学方程式:3Fe+4H2O(g)=====Fe3O4+4H2 实验现象: 试管中出现黑色晶体(Fe3O4),肥皂泡点燃后有爆鸣声。

温馨提示: ①试管口略向下倾斜。

②酒精灯先在放湿棉花的位置加热一会儿,待有部分水 蒸气形成时,再将酒精灯移至放铁粉的位置加热。 ③加热一会儿后再将导管插入到肥皂水中,因为先出来 的是空气。 ④肥皂水不宜太稀,否则吹起的氢气泡太小,点燃时难 以有较大的爆鸣声。 ⑤实验结束时,应先从肥皂水中撤出导管,再移去酒精 灯,以防产生倒吸现象。

3.镁、铝与水反应 去掉氧化膜后的镁条,与冷水能缓慢作用,与热水则反 应速率较快,产生H2,去掉氧化膜后的铝条,与冷水很难反 应,与沸腾的水则微弱反应生成H2。 热水 Mg+2H2O=====Mg(OH)2↓+H2↑ 沸水 2Al+6H2O=====2Al(OH)3↓+3H2↑ 由此可以看出,Mg比Al活泼。

4.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。 △ Mg+2H2O=====Mg(OH)2+H2↑

(3)Zn、Fe、Sn、Pb和高温水蒸气反应,生成不溶性氧化 物和H2。 高温 3Fe+4H2O(g)=====Fe3O4+4H2 高温 Zn+H2O(g)=====ZnO+H2 (4)Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水作用。

●典例剖析 【例1】 (2013· 试题调研)在烧杯中加水和煤油(密度:

0.88 g· -3)各50 mL,将一小粒金属钠(密度:0.97 g· -3)投 cm cm 入烧杯中,观察到的现象可能是(提示:钠与煤油不反 应)( ) A.钠在水层中反应,并四处游动 B.钠停留在煤油层中,不发生反应 C.钠在煤油的液面上反应并四处游动 D.钠在煤油与水的界面处反应并可能上、下跳动

【解析】

煤油与水互不相溶,钠的密度处于煤油和水

之间,能与水反应而不与煤油反应,另外钠与水接触的位置 是钠的底部,与水反应放出的氢气给钠一个向上的推力,同 时与钠受到的重力作用可使钠在煤油与水的界面处上、下跳 动,故正确答案为D项。

【答案】

D

【例2】

(2013· 经典习题选萃)如图在玻璃管中放入还原

铁粉和石棉绒的混合物加热并通入水蒸气,用试管收集产生 的经干燥的气体,并靠近火焰点火。

(1)所观察到的现象是_______________________________ _____________________________________________________ ___________________________________________________, 有关反应的化学方程式是__________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ __________。

(2)干燥管内可装入的试剂是____________,其作用是 ________________________。干燥管还可用________(装置)代 替。 (3)玻璃管中石棉绒的作用是________________________ _________________________________________。 实验开始时应先点燃____________,实验结束时,应先 熄灭________。

【解析】

常温下Fe不与H2O发生反应,但在高温下,

Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4和H2,故Fe是一种较活泼的金属。 因铁粉和Fe3O4均为黑色,因此实验过程中固体颜色无明显变 化,但产物H2可用点燃的方法证明。石棉绒成分为硅酸盐, 它耐高温且性质稳定,是铁粉的载体。

【答案】

(1)红热的铁与水蒸气反应,放出气体,这种

气体靠近火焰点火时,能燃烧或发出爆鸣声 △ 3Fe+4H2O(g)=====Fe3O4+4H2 (2)碱石灰(或无水CaCl2、硅胶等) 的氢气易点燃 U形管 酒精灯 吸收水蒸气,使收集

(3)铁粉的载体,增大铁粉与水蒸气的接触面积 酒精喷灯

【点拨】

注意Fe与H2O反应的条件和产物。实验时,

应先加热烧瓶,产生水蒸气后再加热玻璃管,防止铁粉氧 化。实验过程应控制水蒸气的发生量,水蒸气不宜太大。实 验结束时,撤去酒精喷灯,不提供高温条件,反应便自行结 束。

●活学巧练 1.金属钠因保管不慎造成火灾,扑灭燃着的金属钠可用 ( ) A.水 C.黄沙 B.泡沫灭火器 D.煤油

【答案】

C

【点拨】

水不能扑灭着火的钠,并且还有助燃的作

用,因为钠遇水会产生可以燃烧的氢气;B项泡沫灭火器也不 行,虽然泡沫灭火器喷射出来的是不助燃的CO2气体,能使 可燃物与氧气隔开,以达到灭火的目的,但对钠则不行,因 为燃着的钠有一部分会转化为过氧化钠,过氧化钠与二氧化 碳反应会产生助燃的氧气;C项沙子可以;D项煤油绝对不 行,因为它本身是易燃物。

有一些活泼金属由于能与灭火剂中的水和CO2反应,所 以不能用普通灭火剂灭火。

2.有关铁与水反应的说法中,正确的是( A.在任何条件下,铁与水均不发生反应

)

B.在高温时,铁与水蒸气反应生成氢氧化铁和氢气 C.在高温时,铁与水蒸气反应生成氧化铁和氢气 D.在高温时,铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气

【答案】

D

金属与酸、碱及盐溶液的反应
●思维导图

●细品教材 1.金属与稀盐酸、硫酸的反应 规 金属活动性顺序中H以前的金属单质能与酸反应 律 生成盐和H2;金属越活泼,反应越剧烈 举 例 Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑

实 金属失去电子、酸溶液中的H+得到电子的离子反 质 应

温馨提示:钠与稀硫酸、盐酸等非氧化性酸反应时,首 先是钠直接跟酸反应,过量的钠再与水反应,而不能认为是 钠先跟水反应,生成的NaOH再跟酸中和。 钠投入足量盐酸中反应的化学方程式是: 2Na+2HCl===2NaCl+H2↑。 离子方程式2Na+2H+===2Na++H2↑。

2.钠与盐溶液的反应 Na放入盐溶液时,先与水反应,生成的NaOH再与盐发 生复分解反应。例如,将Na放入CuSO4溶液中,有气体和蓝 色沉淀生成,发生如下反应: 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ 2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4 总反应为: 2Na+2H2O+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑

温馨提示:①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 熔融 4Na+TiCl4=====4NaCl+Ti, 高温 Na+KCl=====NaCl+K。

②钠与盐溶液的反应可认为钠先与水反应,而钠与酸溶 液反应时可以认为先与H+反应,再与H2O反应。这样你能说 明为什么钠与酸反应比钠与水反应更剧烈了吧!

3.钠与碱溶液反应时,其实质是钠与水的反应 ●典例剖析 【例3】 (2012· 金华高一检测)将一小块钠放入下列溶液 )

中,既能产生气体又会出现白色沉淀的是( A.硝酸铜溶液 C.氯化钠溶液 B.稀硫酸 D.氯化镁溶液

【解析】

在考虑钠与酸、碱、盐水溶液反应的问题

时,注意钠与水反应的同时,还要考虑生成的NaOH与溶液中 溶质的反应。钠与四种溶液反应都生成氢气,硝酸铜溶液中 会有蓝色沉淀生成,只有氯化镁溶液中可生成白色沉淀。

【答案】

D

【例4】

(2013· 经典习题选萃)将一小块钠投入含5 mL饱 )

和石灰水的试管里,不可能观察到的现象是( A.钠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

【解析】

本题易错选D,错选的原因是忽略了钠与水反

应生成了NaOH,反应为放热反应。 将一小块钠投入到饱和澄清石灰水中,钠与水剧烈反 应,所以首先观察到钠与水反应的一系列现象;随着反应的 进行,水被消耗,溶液的温度升高,由于Ca(OH)2的溶解度随 温度的升高而降低,所以溶液中的Ca(OH)2有部分析出,可能 观察到溶液变浑浊。

【答案】

C

●活学巧练 3.(2013· 试题调研)将钠投入到滴有石蕊的水中,下列有 关现象叙述错误的是( A.水溶液变为红色 B.钠熔成闪亮的小球并在水面上四处游动 C.钠浮在水面上 D.有气体产生 )

【答案】

A

【点拨】

Na与H2O发生反应:2Na+2H2O===2NaOH

+H2↑,由于Na密度比水小,反应放热且熔点较低,故能观 察到B、C、D项中的实验现象,但反应后溶液呈碱性,可使 石蕊试液变蓝色。

4.(2013· 经典习题选萃)将小块钠投入到FeCl3的稀溶液 中,以下对有关现象的描述中最恰当的是( )

A.钠溶解;溶液里有黑色固体析出和无色气体逸出 B.钠与溶液剧烈反应;溶液里有红褐色沉淀生成,溶液 的颜色变浅 C.钠在溶液的表面上静静地消失;溶液里有红褐色沉淀 生成 D.钠迅速消失;溶液里快速地冒出很多的气泡,同时有 红褐色固体生成

【答案】

B

【点拨】

将钠块加到FeCl3溶液里,由于跟钠接触机会

最大的是水,钠又能与水剧烈反应,所以发生的化学反应 是:先2Na+2H2O===2NaOH+H2↑, 后:3NaOH+FeCl3===Fe(OH)3↓+3NaCl。

铝与氢氧化钠溶液的反应
●思维导图

●细品教材 生活中,你或许有这样的一些经验:铝制器具不能用来 盛放醋、酸梅汤和碱水等物质。如果盛放这些物质的话,铝 制器具有可能被腐蚀。当饮用水浑浊不清时,向水中加入明 矾,静置一段时间,水便变得清澈。

1.实验探究:铝与酸和碱溶液的反应

温馨提示:①铝与氢氧化钠溶液反应的实质是:铝先与水 反应生成Al(OH)3和氢气,然后Al(OH)3再与NaOH反应,所以 其得失电子情况应该分析如下:

②当铝与酸和碱反应时,如果生成的氢气的质量相同,则 消耗的铝的质量也相同。

2.使用铝制品的注意事项: (1)铝制品不宜用来蒸煮或长时间储存酸性、碱性或咸的 食物,如果汁、醋、酱油等。 (2)忌铁、铝炊具混用,会导致铝在人体内慢性积累,对 脑功能造成危害。 (3)铝在冷的浓H2SO4、浓HNO3中也可以形成致密的氧化 膜而钝化,不再与冷的浓H2SO4、浓HNO3溶液反应。因此可 用铝制容器大量盛放、运输浓H2SO4、浓HNO3。

3.金属铝与酸、碱反应生成H2的量的关系 (1)反应原理
+ + 反应?2Al+6H ===2Al3 +3H2↑ ? ? - - 原理?2Al+2OH +2H2O===2A1O2 +3H2↑ ?

?2A1~6H+~3H ? 2 ? 定量关系 - ?2Al~2OH ~3H2 ?

(2)四种“量”的关系 ①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3:1。 ②等量的铝分别与足量的盐酸和氧氧化钠溶液反应,产 生的氢气的体积比为VHCl(H2) :VNaOH(H2)=1:1。

③足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反 应,产生的氢气的体积比为VHCl(H2) :VNaOH(H2)=1:3。 ④一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反 应,若产生的氢气的体积比为1:3<VHCl(H2) :VNaOH(H2)<1:1, 则必定是: ?铝与盐酸反应,铝过量而盐酸不足。 ? ?铝与氢氧化钠溶液反应,铝不足而氢氧化钠溶液 ? 过量。 ?

温馨提示:解答此类题目有两个关键点: ①准确写出反应物与生成物之间的关系式。 ②正确分析给定酸、碱的“量”的关系,搞清反应的具 体情况,即判定是否恰好完全反应,还是哪种酸或碱过量。

●典例精析 【例5】 (2012· 台州高一检测)将某份铁铝合金样品均分

为两份,一份加入足量盐酸,另一份加入足量NaOH溶液,同 温同压下产生的气体体积比为3:2,则样品中铁、铝物质的量 之比为( A.3:2 C.3:4 ) B.2:1 D.4:3

【解析】

有关反应的离子方程式为:

Fe+2H+===Fe2++H2↑、 2Al+6H+===2Al3++3H2↑、 2Al+2OH-+2H2O===2AlO-+3H2↑, 2 设每份中Fe、Al的物质的量分别为x、y,则与盐酸反应 时,

3y n(H2)=(x+ ) mol, 2 3y 与NaOH溶液反应时,n(H2)= mol, 2 3y x+ 2 3 所以 = ,解之得x:y=3:4。 3y 2 2

【答案】

C

●活学巧练 5.(2013· 江西新余一中高一段考)某课外活动小组做如下 实验:往一铝制易拉罐内充满CO2,然后往罐内注入足量的 NaOH溶液,立即用胶布严封罐口,过一段时间后,他们发现 罐壁内凹面瘪,再过一段时间后,瘪了的罐壁重新鼓起,解 释上述实验现象。

(1)罐壁内凹面瘪的原因是___________________________ ___________________________________________, 反应的化学方程式是_______________________________ _____________________________________________________ ___________________________________________________。

(2)罐壁再鼓起来的原因是___________________________ __________________________________________, 有关的化学方程式是_______________________________ _____________________________________________________ ___________________________________________________。 (3)实验时,将“充满CO2”改为“放入一药匙白色固 体”,其他不变,也能取得相同的实验效果。则该白色固体 是________(写名称)。

【答案】

(1)NaOH溶液吸收CO2,罐内压强减小,外界 CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O

气压将易拉罐压瘪

(2)Al表面氧化膜溶解后,Al与NaOH溶液反应产生H2 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ (3)干冰

【点拨】

开始CO2溶于NaOH溶液,罐内气压减小,外

界气压将易拉罐压瘪。之后铝制的易拉罐与NaOH溶液反应, 产生H2,罐内压强又增大,易拉罐又鼓起。

新考题· 随堂自测

1.(2012· 永州高一检测)下列反应没有氢气生成的是 ( ) A.单质钠投入水中 B.铝投入到氢氧化钠溶液中 C.氧化钠投入水中 D.往铁粉中通入水蒸气,并高温加热

【答案】

C

【点拨】

A项,发生反应2Na+2H2O===2NaOH+

H2↑;B项,发生反应2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+ 3H2↑;C项,Na2O与H2O反应生成NaOH;D项,发生反应 △ 3Fe+4H2O(g)=====Fe3O4+4H2。

2.(2013· 试题调研)分别用等质量的金属钠进行下列实 验,其中生成氢气的体积(同温同压)最大的是( A.将钠投入到足量水中 B.将钠用铝箔包好并刺一些小孔,再放入足量水中 C.将钠放入足量稀硫酸中 D.将钠放入足量氢氧化钠溶液中 )

【答案】

B

【点拨】

B中除Na与水反应产生H2外,铝与NaOH溶液

反应也产生H2。

3.(2012· 天水高一检测)某无色溶液能与铝作用产生氢 气,此溶液中可能大量共存的离子组是( A.H+、Ba2+、Mg2+、Cl-
2 B.K+、Al3+、Cl-、SO4- 2 C.K 、OH 、SO3 、MnO4 2 D.CO3-、H+、Cl-、Na+
+ - - -

)

【答案】

AB

【点拨】

A项,酸性条件下,该组离子间不反应,可以

大量共存;B项,酸性条件下,离子组可以大量共存;C项, MnO


4

为紫色,与原溶液无色相矛盾;D项,酸性条件H+与

CO 2- 因发生反应不能大量共存;碱性条件下,OH-与H+能反 3 应。

4.(2013· 经典习题选萃)将一块表面已被氧化成氧化钠的 钠块投入到一定量的水中,完全反应后收集到气体224 mL(标 准状况),得到100 mL溶液,向上述溶液中逐滴滴加1 mol· -1 L 的稀盐酸30 mL,恰好完全中和。 (1)钠块中金属钠的质量为________。 (2)所得NaOH溶液的物质的量浓度为________。

【答案】

(1)0.46 g (2)0.3 mol· -1 L

【点拨】

(1)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ 46 g m(Na) 22.4 L 0.224 L

46 g 22.4 L = ,m(Na)=0.46 g。 m?Na? 0.224 L

(2)HCl 1 mol



NaOH===NaCl+H2O 1 mol

1 mol· 1 L ×0.03 L



n(NaOH)

1 mol 1 mol = , 1 mol· -1×0.03 L n?NaOH? L n(NaOH)=0.03 mol, 0.03 mol - 则c(NaOH)= =0.3 mol· 1。 L 0.1 L

5.向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al,二者恰好完全 反应,计算: (1)Al的物质的量为________mol; (2)NaOH溶液的物质的量浓度为________mol· 1; L (3)标准状况下生成H2的体积为________L。
【答案】 (1)0.4 (2)0.8 (3)13.44


【点拨】 2Al 2 mol 0.4 mol +

n(Al)=10.8 g÷ g· 27 mol 1=0.4 mol 2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ 2 mol c×0.5 L 3×22.4 L V(H2)



2 mol 2 mol = 0.4 mol c×0.5 L 2 mol 3×22.4 L = 0.4 mol V?H2? 解得:c=0.8 mol· -1, L V(H2)=13.44 L。


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