沪科技版(2020)必修第二册第5章 金属及其化合物5.1金属的性质优秀第2课时导学案及答案
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知识精讲
知识点01 金属与水的反应
1.钠与水的反应
(1)化学方程式为 。
(2)实质:钠与水电离的少量H+发生的置换反应。
(3)现象及解释:
2.其他金属与水的反应
(1)铁和水的反应,化学方程式为 。
(2)铝与水的反应,化学方程式 。
【知识拓展】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。
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ Ca+2H2O = Ca(OH)2+H2↑
(2)Mg和冷水反应缓慢,与沸水迅速反应,Al与冷水很难反应,与沸水能反应,生成不溶性碱和氢气。
Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑ 2Al+6H2O2Al(OH)3 +3H2↑
(3)Zn、Fe、Sn、Pb和高温水蒸气反应,生成不溶性氧化物和H2。
3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2↑ Zn+H2O(g)ZnO+H2↑
(4)Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水反应。
说明:金属与水反应的剧烈程度除与金属活泼性有关外,还与生成碱的溶解性有关。如,虽然钙比钠的金属性强,但生成的氢氧化钙微溶于水,会覆盖在钙的表面上阻止与水的接触,反应反而比较慢。又如,氢氧化镁、氢氧化铝溶解度比较小,所以镁、铝与水反应时,生成的氢氧化物会覆盖在金属表面,使金属与水隔绝,反应很快极其缓慢,几乎停止。
【即学即练1】把钠放入滴有紫色石蕊试液的水中,下列现象不可能性出现的是
A.钠浮在水面上 B.有大量气泡放出
C.溶液变为蓝色 D.钠熔化成小球,并在水面迅速游动
知识点02 金属与酸、盐溶液的反应
1.铁、铝等金属在常温下遇 或 会发生钝化。
2.写出下列反应的化学方程式:
(1)锌和稀硫酸 。
(2)锌和硫酸铜溶液 。
(3)铜和浓硫酸 。
(4)铜和稀硝酸 。
(5)铜和浓硝酸 。
说明:
(1)常见的强氧化性酸有浓硝酸、稀硝酸、浓硫酸等,它们与金属反应时不产生氢气。
(2)在金属活动性顺序表中,越靠后,金属正离子的氧化性越强,其中Fe3+的氧化性与Ag+相当,Fe3+的还原产物一般是Fe2+。
【即学即练2】关于钠和铁分别与硫酸铜溶液反应的叙述正确的是
A.都有置换反应发生 B.没有复分解反应发生
C.都有金属铜生成 D.都有蓝色沉淀生成
知识点03 金属的冶炼
1.电解法:电解是一种强有力的氧化还原手段,基本上所有的金属都能通过电解法制取,但电解法耗能最多,不经济,因此这个方法一般用在极活泼金属的冶炼。
如,电解法冶炼钠的化学方程式为 。
2.热还原法:制取活泼性一般的金属,如金属锌,铁,铜等,工业上一般采用还原剂把金属从它的氧化物还原出来。常用的还原剂有氢气,一氧化碳,焦炭和活泼金属等。
如,用CO还原氧化铁冶炼铁的化学方程式为 。
3.热分解法:制取某些不活泼金属可以使用加热分解的方法,一般加热金属氧化物使其分解成金属单质和氧气。如加热氧化汞生成金属汞的化学方程式为 。
4.物理方法:黄金等不活泼金属以单质存在于自然界,可用某些物理方法使其与杂质分离提取。比如沙里淘金可以用在纯度较大的金矿石。如果矿石含金量较少,工业上还会使用一些化学方法,如利用氰化钠溶解含量较少金矿石,在用其它金属把黄金从溶液中置换出来。
说明:
(1)电解法冶炼的这几种金属,一般电解的是它们的熔融态,而不能电解它们的水溶液。
(2)镁的冶炼电解的是熔融的氯化镁,而不电解氧化镁,因为氧化镁熔点高;铝的冶炼电解的是熔融的氧化铝(加入冰晶石作为助熔剂),而不电解氯化铝,因为氯化铝属于共价化合物,熔融态不导电。
(3)热还原法通常使用的还原剂有:焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属等。
(4)以上方法得到的金属往往杂质较多,若得到较纯的金属,还需要进一步精制。
【即学即练3】下列有关金属冶炼的说法中,不正确的是
A.在加热情况下利用氢气还原氧化铝得到金属铝
B.用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁
C.用热还原法炼铁
D.直接加热氧化汞得到金属汞
常见考法
常见考法一 金属钠与水溶液的反应
【例1】将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中,既有气体,又有白色沉淀产生的是
①MgSO4溶液 ②Na2SO4稀溶液 ③饱和澄清石灰水 ④Ca(HCO3)2溶液
⑤CuSO4溶液 ⑥饱和NaOH溶液 ⑦FeCl3溶液
A.①④⑤⑦ B.②④⑤⑥ C.③④⑤⑦ D.①③④⑥
必杀技
钠与酸、碱、盐溶液的反应
(1)钠与酸的反应:钠不足,直接与酸反应;钠过量,先与酸反应,再与水反应。
原因:钠与水反应的实质是与H+的反应,而在酸溶液中,H+主要来自于酸。
(2)钠与盐、碱溶液的反应:钠先与水反应,反应后的生成物再与溶液反应,或对溶液产生影响。
原因:在盐的水溶液中,金属正离子的实际存在形式是水合离子,当钠与这些水合离子接触时,先遇到的是水,便直接反应了,生成了氢氧化钠和氢气。
【同步练习1】如图向盛有饱和NaOH溶液的烧杯中,加入小块金属钠。以下说法错误的是
A.钠浮在液面上四处游动
B.钠熔化成一个光亮的小球
C.恢复到室温时,溶液中的Na+数目减小
D.恢复到室温时,NaOH溶液的浓度增大
常见考法二 铁与水蒸气反应的实验考查
【例2】如图铁与水反应的实验中,下列做法不正确的是
A.试管中的铁粉用绕成团的细铁丝代替
B.将试管底部的湿棉花移到试管口部
C.试管中的反应属于置换反应
D.点燃肥皂泡验证氢气的生成
必杀技
(1)高温下,铁和水蒸气反应,生成四氧化三铁和氢气。
(2)由于铁粉和四氧化三铁均为黑色固体,要证明该反应的发生,一般是通过点燃氢气的方法。
【同步练习2】下列关于铁与水反应的描述中不正确的是
A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3
B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声
C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应
D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反应
常见考法三 铁与不同类型酸的反应
【例3】铁在常温下遇浓硫酸或浓硝酸发生钝化,某同学将一洁净、光亮的铁片投入浓硫酸中,请设计实验方案验证铁片已被钝化。
必杀技
(1)铁与稀硫酸、稀盐酸、浓盐酸,生成Fe2+和H2:
Fe+2H+=Fe2++H2↑
(2)铁与浓硫酸
①若不加热,则发生钝化(生成致密氧化膜后反应停止)。
②若加热,则发生反应:2Fe+6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3+SO2↑+3H2O
(3)铁与硝酸
①铁与浓硝酸,若不加热,则发生钝化(生成致密氧化膜后反应停止)。
②铁与浓硝酸,若加热,则发生反应:Fe+4HNO3(浓)Fe(NO3)3+NO2↑+2H2O
③铁与稀硝酸,若加热,则发生反应:3Fe+8HNO3(稀)3Fe(NO3)3+2NO↑+4H2O
【同步练习3】将铁钉投入热的浓硝酸中,一段时间后,下列说法错误的是
A.铁钉表面形成致密的氧化膜
B.溶液可能呈棕黄色
C.铁钉会溶解
D.产生红棕色的气体
常见考法四 金属冶炼的方法
【例4】下列关于物质制备原理错误的是
A.工业制备金属钠:2NaCl2Na+Cl2↑
B.工业生产铁:Fe2O3+3COFe+3CO2
C.湿法炼铜:Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
D.工业炼铝:2AlCl32Al+3Cl2↑
必杀技
金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系:
【同步练习4】工业上制备下列金属,采用的化学反应原理正确的是
A.镁:2MgO (熔融)Mg+O2↑ B.钙:CaO+CCa+CO↑
C.锰:3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3 D.汞:HgSHg+S
分层提分
题组A 基础过关练
1.下列物质受热后能生成金属单质的是
A.碳酸钙 B.氯化铝 C.硫酸铜 D.氧化汞
2.从金属被利用的历史来看,先是青铜器时代,而后是铁器时代,铝的利用是近几百年的事。下列跟这个先后顺序有关的是
①地壳中金属元素的含量 ②金属活动性顺序 ③金属的导电性
④金属冶炼的难易程度 ⑤金属的延展性
A.①③ B.②⑤ C.③⑤ D.②④
3.对A、B、C三种金属活动性的实验研究过程如下:①取大小相等的三种金属片,分别放入 CuSO4溶液中,一段时间后,A、C表面出现红色物质,B表面没有现象。②A物质的盐溶液不能用C制品的容器盛放。则A、B、C三种金属的活动性顺序是
A.A>C>B B.C>A>B C.C>B>A D.A>B>C
4.常温下,将铁片放入浓硫酸中,一段时间后
A.溶液呈棕黄色 B.铁皮质量减轻
C.有大量气泡产生 D.铁皮表面生成致密氧化膜D.铁皮表面生成致密氧化膜
5.下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是
A.Fe、CuB.Fe、AlC.K、MgD.Hg、Ag
6.下列有关金属的工业制法中正确的是
A.制钛:用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛
B.炼铁:用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物
C.制钠:用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液
D.炼铜:电解硫酸铜溶液
7.古代的“药金”外观与金相似,常被误以为是金子。冶炼方法如下:将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热至800℃得金光闪闪的“药金”。
(1)“药金”的主要成分是 。
(2)有关冶炼的化学方程式是 、 、
。
题组B 能力提升练
8.下列推理正确的是
A.铝粉在氧气中燃烧生成Al2O3,故铁丝在氧气中燃烧生成Fe2O3
B.铁能从硫酸铜溶液中置换出铜,故钠也能从硫酸铜溶液中置换出铜
C.活泼金属钠保存在煤油中,故活泼金属铝也保存在煤油中
D.钠与氧气、水等反应时钠均作还原剂,故金属单质参与反应时金属均作还原剂
9.下列有关金属的说法中不正确的是
A.钠是一种强还原剂,可以把钛、锆、铌等从其熔融盐中置换出来
B.镁燃烧发出耀眼的白光,常用于制造信号弹和焰火
C.铜能与氯化铁溶液反应,该反应可以用于印刷电路板的制作
D.铁能与硫酸发生反应,常温下不能用铁制容器贮存浓硫酸
10.向AgNO3、Cu(NO3)2的混合溶液中加入一些锌粉,完全反应后过滤。下列情况不可能存在的是
①滤纸上有Ag滤液中有Ag+、Cu2+、Zn2+
②滤纸上有Ag、Cu,滤液中有Ag+、Zn2+
③滤纸上有Ag、Cu、Zn
④滤纸上有Ag、Cu、Zn,滤液中有Ag+、Zn2+
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
11.将0.3 ml钠、0.1 ml铁分别加入到各盛有500 mL 0.2 ml·L-1稀硫酸的两个烧杯中,下列说法正确的是
A.两个烧杯中金属沉在液面下
B.两个烧杯中都没有金属剩余
C.两个烧杯中都有金属剩余
D.两个烧杯中产生氢气的质量相同
12.在一定条件下,等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气充分反应,则在相同的条件下产生氢气的体积比是
A. 1∶1 B. 3∶4 C. 2∶3 D. 4∶3
13.某学习小组进行了下图所示的实验,实验后组员之间的交流不合理的是
A.甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃,且产生淡蓝色火焰
B.乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁
C.丙同学认为将少量铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可发生该反应
D.丁同学认为用盐酸能溶解反应后的固体
14.如图,在玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒(石棉绒不参与化学反应,是铁粉的载体)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,并靠近酒精灯的火焰。
(1)证明反应发生的方法是____________________________________,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)实验开始时应先点燃__________,实验结束时,应先熄灭__________。
题组C 培优拔尖练
15.在蒸发皿中放一小块钠,加热至熔化时,用玻璃棒取少量无水CuSO4与熔化的钠相接触瞬间产生耀眼的火花,同时有红色物质生成。据此判下列说法中不正确的是
A.上述反应是置换反应
B.反应的生成物有硫酸钠
C.上述反应中无水CuSO4表现了还原性
D.加热且无水条件下,钠可以与CuSO4反应并生成Cu
16.在杠杆的两端分别挂着质量和体积都相同的铝球和铁球,此时杠杆平衡。然后将两球分别浸没在稀硫酸和硫酸铜溶液中片刻,如图所示,则下列说法正确的是
A.铝球一定是空心的 B.左边烧杯中的溶液质量减少了
C.去掉两烧杯杠杆仍平衡 D.右边铁球上出现红色
17.(双选)已知有反应:Cu2O+2H+=Cu+Cu2+ +H2O。检验物质的存在有以下试剂:
= 1 \* GB3 ①稀硫酸 = 2 \* GB3 ②盐酸 = 3 \* GB3 ③稀硝酸 = 4 \* GB3 ④浓硫酸
则以下检验所用试剂正确的是
A.检验Cu中是否有少量Cu2O: = 1 \* GB3 ①或 = 2 \* GB3 ②
B. 检验CuO中是否有少量Cu2O: = 1 \* GB3 ①或 = 2 \* GB3 ②或 = 3 \* GB3 ③或 = 4 \* GB3 ④
C.检验Cu2O中是否有少量Cu: = 2 \* GB3 ②或 = 3 \* GB3 ③
D. 检验Cu2O中是否有少量CuO: = 3 \* GB3 ③或 = 4 \* GB3 ④
18.金属钠能溶解于无水液氨中形成蓝色的液氨溶液,反应的化学方程式是Na+nNH3=Na++e(NH3)n-(电子的氨合物,显蓝色)。小心蒸去NH3,可得白色固体NaNH2,反应的化学方程式是2Na+2NH3=2NaNH2+H2。则下列叙述中错误的是
A.钠的液氨溶液有强还原性
B.液氨不能够发生电离
C.液氨能够发生电离,有NH4+和NH2-生成
D.蒸发钠的液氨溶液,蓝色会逐渐褪去
19.地球上的金属矿物资源是有限的,应合理开发利用。
(1)金属冶炼的实质是金属离子被______(填“氧化”或“还原”)生成金属单质。
(2)铜在自然界存在于多种矿石中,如:
请回答下列问题:
①上表所列铜化合物中,推断铜的质量百分含量最高的是_______________。
② CuFeS2其中 Cu 为+1 价、Fe 为+3 价,高温焙烧时发生的反应是CuFeS2 + O2SO2 +FeS +Cu,焙烧过程中被还原的元素有______。
③工业上以黄铜矿为原料,采用火法熔炼工艺生产铜,火法炼铜的反应为:Cu2S+O22Cu+SO2,该反应中氧化剂是_________。
④ Cu2(OH)2 CO3与稀硫酸反应的化学方程式为____________________________________。现象
解释
浮
钠浮在水面上
钠的密度比水小
熔
钠熔成光亮的小球
钠的熔点低,反应放热
游
钠球四处游动
钠与水反应产生气体,钠球在各个方向上受力不均
响
发出“嗞嗞”响声
钠与水反应剧烈
(红)
若滴加酚酞,溶液变红
钠与水反应生成碱性物质(NaOH)
金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
主要冶炼方法
电解法
热还原法
加热法
物理方法
矿石名称
黄铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu2S
Cu2(OH)2 CO3
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