資源簡介

有關金屬的圖像問題、金屬性質
【回顧】
一、金屬(以Fe和Zn為例)與酸反應的圖像問題
橫坐 標表 示反 應的 時間 ①等質量的金屬分別和足量的同體積、同濃度的酸反應時，金屬被消耗完，相對原子質量越小的，產(chǎn)生的氫氣質量越多，曲線的拐點越高，越活潑的金屬，曲線越陡；②若酸不足，最終生成氫氣的質量相等
橫坐 標表 示金 屬的 質量 等質量的金屬分別和少量同體積、同濃度的酸反應時，起初相對原子質量越小的，生成的氫氣越多，曲線越陡。最終因為金屬過量，酸完全反應，生成氫氣的質量相等，曲線拐點相平
橫坐 標表 示酸 的質量 向等質量的不同金屬中分別加溶質質量分數(shù)相同的鹽酸至過量，金屬反應完之前，消耗稀鹽酸的質量相等，產(chǎn)生氫氣的質量也就相等，曲線重合；金屬不足時，相對原子質量小的金屬產(chǎn)生的氫氣多，曲線拐點在上方
　二、金屬活動性順序
1．金屬活動性強弱的比較
(1)與空氣(氧氣)反應的難易或劇烈程度；
(2)與酸反應的難易或劇烈程度(根據(jù)相同時間內(nèi)收集到的氣體體積或收集相同體積的氣體所需的時間來比較)；
(3)與鹽溶液的置換反應。
2．K、Ca、Na等不能和鹽溶液發(fā)生置換，而是直接與水反應生成堿和氫氣。
3．鐵與酸或鹽的置換反應都是生成＋2價的Fe2＋，F(xiàn)e3＋的活潑性很強，能和銅反應：
2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2
4．在金屬活動性順序表中，從左到右金屬活動性減弱，形成金屬離子(鐵為Fe2＋)后，從右到左金屬離子的活潑性越來越弱。活潑性Ag＋>Cu2＋，若將鐵加入到同時含有Ag＋和Cu2＋的溶液中，鐵先和Ag＋發(fā)生置換。
例1　下列圖像不能正確反映其反應過程的是(　　)
A.常溫下，足量的鎂、鐵分別同時放入少量等體積、等濃度的稀鹽酸中 B.向等體積、等濃度的稀硫酸中分別加入過量的鋅和鐵
C.向等質量的鋁和鎂中分別加入足量的稀鹽酸 D.向等質量的鋅、鐵中滴加等濃度的稀鹽酸
圖8－1
[答案] B
A屬于等濃度、等體積的某種酸溶液與足量的不同金屬反應，產(chǎn)生氫氣的質量相等，又由于鎂的活動性比鐵強，所以鎂靠近縱軸。B屬于等濃度、等體積的某種酸溶液與足量的不同金屬反應，產(chǎn)生氫氣的質量相等，又由于鋅和鐵與酸反應后的化合價相等且鐵的相對原子質量比鋅的小，所以鐵靠近縱軸。C屬于等質量的金屬與足量的等濃度的同一種酸反應，金屬完全反應，反應產(chǎn)生氫氣的質量由的大小決定。D屬于等質量的金屬與足量的等濃度的同一種酸反應，加入稀鹽酸的質量相等，產(chǎn)生氫氣的質量相等，又由于鐵和鋅與酸反應后的化合價相等且鐵的相對原子質量比鋅的小，所以等質量的鋅、鐵與足量的稀鹽酸反應，鐵產(chǎn)生的氫氣多。
[方法點撥] 此類圖形重點關注：①金屬活動性(強者靠近縱軸)。②氣體質量(a.酸足量時比較，大者生成氣體多；b.金屬足量，生成氣體一樣多)。
例2　同學們一起探究鋅、鐵、銀三種金屬的活動性，小剛設計了用銀絲、鐵絲、鋅片和稀鹽酸，只用一支試管，取一次鹽酸的探究方案。請你和他們一起完善下表的探究方案并回答有關問題。
(1)填寫下列表格。
實驗步驟 實驗現(xiàn)象 實驗結論
①取少量鹽酸于試管中，插入鐵絲，充分作用 ____________________________________________________ 金屬活動性 Zn＞Fe＞Ag
②在①所得的溶液中插入______，充分作用 無明顯現(xiàn)象
③在②所得的溶液中插入______，充分作用 ____________________________________________________
(2)小紅認為在小剛設計的方案中，只要補充一個實驗，就可得出Zn＞Fe＞H＞Ag的結論，小紅要補充的實驗是______________________。
(3)小強認為要得到Zn＞Fe＞H＞Ag的結論，不必做補充實驗，只需將小剛方案中插入金屬的順序調(diào)整即可，你認為調(diào)整后插入金屬的順序是______________。
(4)若要選擇合適的試劑一次性判斷出三種金屬的活動性，你會選擇：________________________________________________________________________。
[答案] (1)鐵絲的表面產(chǎn)生氣泡，溶液由無色逐漸變?yōu)闇\綠色　銀絲　鋅片　鋅的表面變成黑色，溶液由淺綠色逐漸變?yōu)闊o色
(2)取少量稀鹽酸于試管中，插入銀絲，充分作用
(3)銀、鐵、鋅
(4)銀、硫酸亞鐵、鋅(或硝酸銀、硝酸鋅和鐵，合理即可)
(2)由上述實驗已經(jīng)得出：Zn＞Fe＞H，Zn＞Fe＞Ag，沒有比較銀與氫的關系，所以補充銀絲與鹽酸的反應即可得出Zn＞Fe＞H＞Ag的結論。
[方法點撥] 設計實驗驗證金屬的活動性，先根據(jù)金屬活動性順序排序，然后選擇中間的金屬和兩邊金屬的鹽溶液(兩頭鹽中間金)，或選擇中間金屬的鹽溶液和兩頭的金屬(兩頭金中間鹽)。
例3　向AgNO3、Cu(NO3)2和Mg(NO3)2的混合溶液中加入一些鋅粉，完全反應后過濾。下列說法正確的是(　　)
A．濾紙上一定有Ag和Cu
B．濾紙上一定有Ag，可能有Cu、Mg
C．濾液中一定含有Zn(NO3)2、Mg(NO3)2
D．濾液中可能有Cu(NO3)2，濾紙上可能有Ag
[答案] C
根據(jù)金屬活動性順序鎂＞鋅＞銅＞銀，鋅粉不和硝酸鎂反應，和硝酸銀、硝酸銅發(fā)生反應時首先與硝酸銀反應，待硝酸銀完全反應后繼續(xù)和硝酸銅進行反應，因為鋅粉的量未知，所以濾紙上一定有銀，但不一定有銅，一定無鎂；根據(jù)金屬活動性順序鎂＞鋅＞銅＞銀可知：鋅能置換出銀，所以溶液中一定含有Zn2＋，但不能置換出鎂，所以也一定含有Mg2＋，則濾液中一定含有Zn(NO3)2、Mg(NO3)2，可能含有Cu(NO3)2、AgNO3。
[方法點撥] 按金屬與金屬離子反應先后順序，采用逐量加入法分析。有兩個反應，分為五種情況。
圖8－2
A時Zn恰好與Ag＋反應
B時Zn恰好與Cu2＋反應
分析：從左到右，Zn的質量增加
①：2Ag＋＋Zn===2Ag＋Zn2＋
　　　　　 固體　　　 溶液中金屬離子
②：Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu
固體 溶液中金屬離子
③：無反應
　　　　　　　　　　　　　　　　
1．將等質量的鎂和鐵分別放入等質量、相同質量分數(shù)的稀鹽酸中，產(chǎn)生氫氣的質量與反應時間的關系如圖8－3所示，下列說法錯誤的是(　　)
圖8－3
A．反應結束后鎂一定有剩余
B．反應消耗鹽酸的總質量一定相等
C．O～t1時段，產(chǎn)生氫氣的質量鎂比鐵大
D．O～t2時段，參加反應的鎂的質量與鐵相等
2．在一定量AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入鐵粉，充分反應后，下列相關變化曲線中一定不正確的是(　　)
圖8－4
3．往200 g FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入鐵粉。已知反應的先后順序和化學方程式分別為2FeCl3＋Fe===3FeCl2，CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu 。圖8－5為加入鐵粉的質量與反應后剩余固體質量的關系。則下列說法不正確的是(　　)
圖8－5
A．B點后溶液的顏色為藍色
B．D點對應縱坐標數(shù)值為6.4
C．該200 g溶液中CuCl2的質量分數(shù)為6.75%
D．取DE兩點間的剩余固體加入鹽酸，均有氣泡產(chǎn)生
4．足量的鎂、鋅、鐵與含等質量的HCl的鹽酸反應，圖像正確的是(　　)
圖8－6
5．不純的鋅6 g(含雜質金屬M)和不純的鐵6 g(含雜質金屬N)，當它們分別與足量的稀硫酸反應，直至不再有氫氣產(chǎn)生，得到的氫氣都是0.2 g。則M、N可能是(　　)
A．M為Mg，N為Cu B．M為Fe，N為Al
C．M為Al，N為Mg D．M為Cu，N為Mg
6．在托盤天平兩盤上分別放有盛有等質量的足量稀鹽酸的燒杯，調(diào)節(jié)天平至平衡。向左邊燒杯中加入10.8 g鎂條，向右邊燒杯中加入10.8 g鋁條(兩金屬外形相同，表面均經(jīng)過砂紙打磨處理)。反應過程中指針偏轉情況正確的是(　　)
A．先偏左，最后偏右 B．先偏右，最后偏左
C．先偏左，最后平衡 D．先偏右，最后平衡
7．四川自主招生向一定質量AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入Zn，溶液質量與加入Zn的質量關系如圖8－7所示，下列說法正確的是(　　)
　圖8－7
A．a(chǎn)點溶液中的溶質有4種
B．c點溶液中的溶質為Zn(NO3)2
C．若取b～c段溶液，滴加稀鹽酸，有白色沉淀
D．取d點的固體，加入稀鹽酸，無氣泡產(chǎn)生
8．由鋅、鐵、鎂、鋁四種金屬中的兩種組成的混合物10 g，與足量鹽酸反應產(chǎn)生1.0 g氫氣，則混合物中一定含有的金屬是(　　)
A．鋅 B．鐵 C．鋁 D．鎂
9．甲、乙兩燒杯中分別盛有等體積、等濃度的硫酸。向甲杯中加入m g鎂，向乙杯中加入m g鋅。完全反應后發(fā)現(xiàn)有一燒杯中金屬有剩余。則各燒杯中原來硫酸的質量x的值是(　　)
A．x＝m B.m＞x＞m
C.m＞x≥m D.m＞x≥m
10．某學習小組擬在實驗室里利用空氣和鎂粉為原料制取少量氮化鎂(Mg3N2)。查閱資料可知Mg、Mg3N2能發(fā)生如下反應：
①2Mg＋O22MgO
②3Mg＋N2Mg3N2
③2Mg＋CO22MgO＋C
④Mg＋H2OMgO＋H2↑
⑤Mg3N2＋6H2O3Mg(OH)2↓＋2NH3↑
實驗中所用的裝置和藥品如圖8－8所示(鎂粉、鐵粉均已干燥，裝置內(nèi)所發(fā)生的反應是完全的，整套裝置的末端與干燥管相連)。
回答下列問題。
圖8－8
(1)連接并檢查實驗裝置的氣密性，實驗開始時，將空氣通入實驗裝置，則氣流流經(jīng)裝置的順序是____→____→B→____(填裝置序號)。D裝置中發(fā)生反應的化學方程式為________________________________________________________________________。
(2)通氣后，應先點燃________(填“A”或“B”)裝置的酒精燈，如果同時點燃A、B裝置的酒精燈，對實驗結果有何影響？ _____________________________________________________。
(3)設計一個實驗，驗證產(chǎn)物是氮化鎂：
實驗操作和實驗現(xiàn)象 實驗結論
______________________________________________________________________________________________________________________________________ 產(chǎn)物是 氮化鎂
(4)思維拓展：空氣中N2的含量遠高于O2的含量，而鎂條在空氣中燃燒生成的MgO的質量卻遠大于Mg3N2的質量，請給出合理的解釋：________________________________________________________________________。
11．回答以下問題。
(1)應用金屬活動性順序能幫助我們進一步學習金屬性質。已知下列各組物質間均能發(fā)生置換反應。
A．Fe和CuSO4溶液
B．Mg和MnSO4溶液
C．Mn和FeSO4溶液
①寫出Fe和CuSO4溶液反應的化學方程式：______________________________________。
②在相同條件下，四種金屬中能與鹽酸反應且最劇烈的是________。
(2)氯化鐵能腐蝕銅，工業(yè)上常用此原理生產(chǎn)印刷線路板。印刷線路板的生產(chǎn)及廢液的處理過程如圖8－9所示：
圖8－9
①步驟Ⅱ中發(fā)生了兩個反應：Fe＋2FeCl3===3FeCl2和Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu。濾渣的成分是________，濾液中的溶質是________。
②步驟Ⅲ中發(fā)生反應的化學方程式為____________________________________。
③氯化鐵能腐蝕銅的原因是_____________________________________________________(用化學方程式表示)。
答案
1．D　 最終生成的氫氣質量相等，則消耗的鹽酸質量相等，需要Mg的質量少，需要Fe的質量多。已知“等質量的鎂和鐵”，因此鐵可能恰好完全反應，而鎂有剩余；由圖可知，O～t1時段，產(chǎn)生氫氣的質量曲線鎂在鐵的上方，即鎂產(chǎn)生氫氣比鐵多；O～t2時段產(chǎn)生氫氣的質量相等，則需要Mg的質量少，需要Fe的質量多。
2．B　3.A　
4．D　 因為金屬與酸反應時氫氣來源于酸中的氫元素，所以足量的鎂、鋅、鐵與含等質量的HCl的鹽酸反應時，生成的氫氣質量相等，因此最終圖像會是水平的相同圖線，但三者的活動性不同，從強到弱依次是鎂、鋅、鐵，與酸反應時的速率也是該順序，因此消耗完酸所用的時間由少到多依次是鎂、鋅、鐵。
5．A　 假設加入的是6 g純凈的金屬鋅和鐵。
設6 g鋅全部參加反應生成氫氣的質量為x。
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
65 2
6 g x
＝　x＝ g＜0.2 g
設6 g鐵全部參加反應生成氫氣的質量為y。
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
56 2
6 g y
＝　y＝ g＞0.2 g
因為等質量的鋁、鎂、鐵、鋅產(chǎn)生氫氣的質量鋁＞鎂＞鐵＞鋅，銅不能和稀硫酸反應產(chǎn)生氫氣，所以鋅中雜質金屬產(chǎn)生的氫氣應該比等質量的金屬鋅多，鐵中雜質金屬產(chǎn)生的氫氣應比等質量的鐵少或不產(chǎn)生氫氣。
6．B　 開始時通過反應速率來判斷，開始鎂反應的速率快，產(chǎn)生的氫氣多，所以開始偏向鋁；產(chǎn)生氫氣的多少決定最后指針的偏轉，通過計算，10.8 g鎂條產(chǎn)生的氫氣少，而10.8 g鋁條產(chǎn)生的氫氣多，所以最后偏向于鎂。
7．B　 在金屬活動性順序中，Zn＞Cu＞Ag，向一定質量AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入Zn，與兩種溶質依次發(fā)生反應：
Zn＋2AgNO3===Zn(NO3)2＋2Ag
65 216
所以析出銀的過程是溶液質量減少的過程；
Zn＋Cu(NO3)2===Zn(NO3)2＋Cu
65 64
所以析出銅的過程是溶液質量增加的過程。
在a點時，硝酸銀沒有全部參加反應，溶液中含有硝酸銀、硝酸銅和生成的硝酸鋅，溶質是3種；c點時硝酸銅恰好完全反應，溶液中只有硝酸鋅；b～c段是硝酸銀全部參加反應后鋅和硝酸銅反應的過程，因此滴加稀鹽酸，不會產(chǎn)生沉淀；d點時鋅過量，因此加入稀鹽酸會產(chǎn)生氣泡。
8．C　 與足量鹽酸反應產(chǎn)生1 g氫氣所需鋅的質量為＝32.5 g；所需鐵的質量為＝28 g；所需鋁的質量為＝9 g；所需鎂的質量為＝12 g；由此可知，如果兩種金屬組成的混合物10 g與足量鹽酸反應產(chǎn)生1.0 g氫氣，那么其中必定有一種金屬產(chǎn)生1 g氫氣所需質量小于10 g，故混合物中一定含有鋁。
9．D　 設m g鎂全部參加反應消耗硫酸的質量為a。
Mg　＋　H2SO4===MgSO4＋H2↑
24 98
m g a
＝　a＝ g
設m g鋅全部參加反應消耗硫酸的質量為b。
Zn　＋　H2SO4===ZnSO4＋H2↑
65 98
m g b
＝　b＝ g
a＞b，所以等質量的鎂比鋅消耗的稀硫酸多，所以等體積、等濃度的硫酸溶液完全反應后有一燒杯中金屬有剩余，則剩余的金屬是鎂。原來硫酸的質量介于 g和 g之間，但不能等于最大值，因為鎂有剩余。
10．(1)D　C　A
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
(2)B　制得的氮化鎂不純
(3)取少量產(chǎn)物于試管中，加入適量水，加熱，將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口，試紙變藍
(4)O2比N2化學性質活潑
(1)鎂可以和空氣中的氧氣、水蒸氣、氮氣和二氧化碳反應，在鎂和氮氣反應前應除去氧氣、水蒸氣和二氧化碳，氫氧化鈉可吸收二氧化碳，濃硫酸可以吸收水分，干燥氣體，鐵粉可與氧氣反應，除去氧氣，在用鐵粉除去氧氣前，應將空氣干燥，故裝置的連接順序為D→C→B→A。(2)應先點燃B裝置的酒精燈，否則A裝置中的空氣未排空就開始反應，使制得的氮化鎂純度降低。(3)氮化鎂與水在加熱條件下反應生成氫氧化鎂和氨氣，氨氣可以和水反應生成氨水，氨水顯堿性，因此氨氣可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍。驗證氮化鎂的實驗操作是取少量產(chǎn)物于試管中，加入適量水，加熱，將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口，可觀察到試紙變藍。(4)氧氣比氮氣化學性質活潑，更容易與鎂反應，因此鎂條在空氣中燃燒生成的氮化鎂量很少。
11．(1)①Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　②Mg
(2)①Fe和Cu　FeCl2
②Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
③Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2
(1)②由Fe和CuSO4溶液可以發(fā)生反應，得鐵比銅活潑；由Mg和MnSO4溶液可以發(fā)生反應，得鎂比錳活潑；由Mn和FeSO4溶液可以發(fā)生反應，得錳比鐵活潑；四種金屬活動性由強至弱的順序為Mg＞Mn＞Fe＞Cu，則四種金屬中能與鹽酸反應且最劇烈的金屬為Mg。(2)①向FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中加入過量鐵粉，鐵粉與FeCl3反應生成FeCl2、與CuCl2反應生成Cu和FeCl2，因此可知過濾所得濾渣中含有過量的Fe和生成的Cu，濾液中含F(xiàn)eCl2。②向含有Fe和Cu的濾渣中加入稀鹽酸，鐵與鹽酸反應生成FeCl2和H2，反應的化學方程式為Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。③印刷線路板的生產(chǎn)中所得廢液中含F(xiàn)eCl3、FeCl2、CuCl2，可推斷氯化鐵能腐蝕銅生成FeCl2與CuCl2，反應的化學方程式為Cu＋2FeCl3=== 2FeCl2＋CuCl2。

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