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中考总复习化学（安徽地区）第八单元金属和金属材料课件
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这是一份中考总复习化学（安徽地区）第八单元金属和金属材料课件，共60页。PPT课件主要包含了目录安徽·中考，金属材料，命题点1，铝合金或铁，塑料或油漆，铝的密度小，金属的性质，命题点2，不合理，可能成立等内容，欢迎下载使用。
命题点 1 金属材料命题点 2 金属的性质命题点 3 金属资源的利用和保护
考点 一 金属材料考点 二 金属的化学性质考点 三 金属资源的利用和保护
实验 1 一氧化碳还原氧化铁实验 2 铁制品锈蚀条件的探究
1.[2019安徽11(2)]能源与环境是社会关注的焦点。(2)太阳能电池中多处使用合金,合金与纯金属相比,有许多优良性能,如: (写出1条即可)。
抗腐蚀性能好(或密度小、硬度大等)
2.[2017安徽11(1)(3)]近年我省多地纷纷开展文明城市创建工作,垃圾分类回收是其中一项重要举措。某地街头垃圾桶如图所示,回答下列问题。 (1)图中标示的物质中,属于金属材料的是 (写出1种即可,下同),属于有机合成材料的是 。 (3)使用铝合金做内筒的优点是 (写出1点即可)。
铝合金耐腐蚀,经久耐用(其他合理答案均可)
3.[2013安徽11(1)(3)]铁锅、铝锅是生活中常用的炊具,如图是铁锅的示意图。 (1)铁锅含有的金属单质是 (写化学式),含有的有机合成材料是 。 (3)铝锅轻便、耐用,其原因是 , 。 。
铝锅表面有一层致密的氧化物保护膜,可以保护内部的铝不被腐蚀(答案合理即可)
4.[2018安徽11(3)]材料有着广泛的应用,根据下列信息回答问题。
(3)纳米铁粉还能去除废水中的重金属离子(如铜离子),写出铁粉与含硫酸铜的废水反应的化学方程式 。
5.[2017安徽11(4)](4)为比较铝和铁的金属活动性,某同学设计实验方案:将铝和铁分别放入盐酸中,比较反应的剧烈程度。你认为该方案 (填“合理”或“不合理”),理由是 。 。
方案中未说明控制其他变量不变(或金属与酸反应的剧烈程度不能作为判断金属活动性的依据)
6.[2016安徽11(3)]2015年11月,我国首架大型客机C919(如下图)正式下线,实现了我国航空领域的新突破。回答下列问题:(3)铝的金属活动性比铁 (填“强”或“弱”)。空气中,铝比铁具有更好的抗腐蚀性,原因是 。 (结合化学方程式解释)。
【解析】 在金属活动性顺序中铝排在铁之前,因此铝的金属活动性比铁强。铝的化学性质比较活泼,易和空气中的氧气反应,在其表面生成一层致密的氧化铝薄膜,从而阻止内部的铝进一步被氧化,因此,铝比铁具有更好的抗腐蚀性。
7.[2019安徽15]某兴趣小组为探究金属活动性强弱,分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。(1)比较金属活动性强弱:铝比铜 (填“强”或“弱”)。写出镁与稀盐酸反应的化学方程式: 。 (2)小芳同学做镁与稀盐酸反应的实验时,发现试管中出现灰白色沉淀,该小组同学对灰白色沉淀的成分进行如下探究:【提出假设】假设一:含有氯化镁假设二:含有镁粉假设三:含有氢氧化镁……
7.[2019安徽15]某兴趣小组为探究金属活动性强弱,分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。【查阅资料】①氯化镁易溶于水;②在一定条件下,镁可与冷水缓慢反应。【设计并进行实验】各取少量灰白色沉淀加入2支试管中,进行如下实验:
【得出结论】由实验1可知,假设 不成立;由实验2可知,沉淀中不含 。假设三 (填“成立”“可能成立”或“不成立”)。
7.[2019安徽15]某兴趣小组为探究金属活动性强弱,分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。【设计并进行实验】各取少量灰白色沉淀加入2支试管中,进行如下实验:
【实验反思】实验后同学们请教老师得知,灰白色沉淀的主要成分是碱式氯化镁,碱式氯化镁受热易分解产生氯化氢气体。于是小芳再取少量灰白色沉淀于试管中加热,并将蘸有紫色石蕊溶液的滤纸条悬于试管口,预期的实验现象是 。
注意:若答对第(3)小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。(3)为探究镁与稀盐酸反应生成碱式氯化镁的条件,该小组同学进行了如下实验:在小烧杯中加入一定量稀盐酸和去除氧化膜的镁带,观察实验现象,并测量溶液pH的变化。结果见下表:
根据表中信息回答下列问题:①请描述溶液pH变化的规律并解释原因: 。 。 。
溶液pH逐渐增大,最后呈碱性;反应前期pH变化较快,反应后期pH变化较慢,最后pH不变。因为前期盐酸浓度较大,反应较快,随着反应的进行盐酸逐渐被消耗,但镁在溶液中继续缓慢反应,生成碱性物质,最后反应完成
根据表中信息回答下列问题:②请对生成碱式氯化镁的条件提出猜想,并设计实验证明猜想: 。 。 。
猜想:金属镁过量。设计实验:取两只烧杯,各加入等量的稀盐酸,分别加入少量和过量去除氧化膜的镁带,观察现象,如果前者无沉淀而后者有沉淀,证明猜想成立。(合理即可)
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。【认识铁的腐蚀】(1)下列环境中的铁制品最容易生锈的是 (填字母序号)。 A.未擦干的铁锅 B.涂油漆的栏杆C.盛水的不锈钢水杯(2)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,其中铁元素的化合价是 。
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。 【探究铁的腐蚀】(3)该小组用下图甲装置进行实验,起始时量筒内水面处于50 mL刻度处,之后水面缓慢上升。几天后水面最终处于约 (填“40”或“10”)mL刻度处,原因是 。 甲
铁腐蚀消耗O2,且空气中的氧气含量约占1/5
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。 【拓展探究】 (4)小强同学进行如下实验:取铁钉用砂纸打磨,称其质量,按上图乙安装装置,放置3天,再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述实验,得到铁钉质量增加情况如下表。
小强同学的实验是探究 因素对铁钉腐蚀快慢的影响,结论是 。 。
在一定温度范围内,温度越高,铁腐蚀越快(其他合理答案均可)
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。
注意:若答对第(5)小题奖励3分,化学试卷总分不超过40分。(5)有同学认为小强的实验未能真实反映50 ℃以后铁钉腐蚀的快慢,理由是50 ℃以后铁钉质量没有变化。请分析铁钉质量没有变化的原因: 。 ;改进实验方案证明你的分析: 。 。
50 ℃以后,试管中的氧气耗尽,铁钉的腐蚀停止(其他合理答案均可)
用容积较大的容器代替装置乙中的试管,分别在 50 ℃、60 ℃、70 ℃下重复上述实验(其他合理答案均可)
9.[2017安徽14]某研究小组为探究“影响铁制品锈蚀快慢的因素”,取同浓度的稀氨水和稀醋酸用下图所示装置完成表中实验,回答下列问题。
(1)铁锈的主要成分是 (填化学式)。 (2)实验②和④可探究 对铁制品锈蚀快慢的影响;欲探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响,应选择的实验是 (填实验序号)。
(3)根据表中实验现象得出的结论是 。 (写出1点即可)。 (4)影响铁制品锈蚀快慢除上述因素外,还有 (写出1点即可),请设计实验方案 。 。
在相同温度下,酸性环境铁生锈更快(其他合理答案均可)
试剂浓度(其他合理答案均可)
同温下,将相同的铁钉放入等体积不同浓度的醋酸中,观察铁锈出现的时间(其他合理答案均可)
【解析】 (2)实验②和④所用试剂都是稀醋酸,但实验温度不同导致出现铁锈所需时间不同,故这两个实验探究的是温度对铁制品锈蚀快慢的影响;要探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响,应选择温度相同,但试剂酸碱性不同的两个实验,即①和②或③和④。(3)根据实验①和②或实验③和④的现象可得出铁钉在酸性环境下易生锈;根据②和④的现象可得出温度越高,铁制品越容易生锈。(4)影响铁制品锈蚀快慢的因素有很多,如试剂浓度,设计实验时应注意控制除试剂浓度不同外,其他因素如温度、试剂的量等必须相同。
10.[2019安徽11(3)(4)]能源与环境是社会关注的焦点。(3)铜暴露在潮湿的空气中会生锈,即生成铜绿[Cu2(OH)2CO3],这是铜与O2、H2O、 (填化学式)反应的产物。 (4)推广使用太阳能电池的意义是 (写出1点即可)。
【解析】 (3)由铜绿[Cu2(OH)2CO3]中含有碳元素可知,铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳反应的结果;(4)推广使用太阳能电池一方面可以减缓化石能源的消耗,另一方面可以减少环境污染。
减缓化石能源的消耗(合理即可)
11.[2015安徽11(2)(3)]自行车作为常用的代步工具,既轻便灵活,又符合环保要求。如图是一款自行车的示意图。(2)车架表面刷油漆主要是为了防锈,其原理是 ;请再提出一条可延长自行车使用寿命的建议: 。 (3)当今自行车外形美观,材质轻便、牢固,除了代步,还可作为健身工具。由此你对化学与人类生活的关系有何感想? 。
隔绝空气(或氧气)和水
不用时擦拭干净,停放在干燥通风处(合理即可)
化学材料的发展,提高了人类生活质量(合理即可)
1.金属材料包括 和 。 2.金属的物理性质
铁:目前世界年产量最高的金属;银:导电、导热性最好的金属;铝:地壳中含量最高的金属元素;钙:人体中含量最高的金属元素;铬:硬度最高的金属; 钨:熔点最高的金属;汞:熔点最低的金属; 锇:密度最大的金属;锂:密度最小的金属。
3.合金(1)定义:在金属中加热熔合某些金属或非金属形成的具有金属特性的物质。(2)性质:合金一般比组成它的纯金属,熔点 、硬度 、抗腐蚀性能强、机械性能好等。 (3)常见的合金①铁合金:主要包括 和 ,二者的主要区别是 ,生铁的含碳量为2%~4.3%,钢的含碳量为0.03%~2%。
纯铁较软,生铁、不锈钢比纯铁硬,不锈钢具有良好的抗腐蚀性能。②钛合金:熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好,与人体有很好的“相容性”,常用来制造人造骨。③铅锑合金:熔点低,常用来作 。
辨析易错易混·正误判断
1.铝、铁、铜都是银白色固体,都能够导电。( )2.铝能制成铝箔是因为铝有很好的抗腐蚀性能。( )3.合金属于有机合成材料,是纯净物。( )4.合金中可能含有非金属。( )5.赤铁矿和氧化铁都属于合金。( )
【分析】 铜呈紫红色。
【分析】 铝能制成铝箔,是因为铝有延展性。
【分析】 合金是金属材料,属于混合物。
【分析】 合金是金属融合其他金属或非金属制成的,其中可能含有非金属。
【分析】 赤铁矿的主要成分是氧化铁,其和氧化铁都不属于合金。
1.国产飞机C919机壳采用了先进的铝锂合金材料。下列有关说法错误的是( ) A.铝锂合金密度小 B.铝锂合金的硬度比纯铝大C.铝锂合金抗腐蚀性强 D.铝锂合金是合成材料
【解析】 铝锂合金属于金属材料,D错误。
2.[2020山东临沂改编]下列与金属材料有关的说法中,正确的是( )A.常温下所有的金属都是固体B.钢是纯净物,生铁是混合物C.钛合金可用来制造人造骨D.银的导电性好,大多数电线都是用银作材料
【解析】 金属汞在常温下是液体,A错误;生铁和钢都是铁合金,均属于混合物,B错误;钛合金与人体的相容性好,可用来制造人造骨,C正确;银比较贵重,生产生活中大多数电线是用铜制作的,D错误。
3.青少年一定要爱护自己的眼睛,在光线不足时看书、写字要用照明工具。右图是一种照明用台灯。(1)如图所示部件中,由金属材料制成的是 (答一种即可)。 (2)灯管后面的反光片为铝箔,铝块能制成铝箔是利用铝的 性。 (3)废弃的电器需分类回收,请简述废旧金属回收的意义 (写一条即可)。
铝箔反光片(或铁螺丝钉、铜质插头)
节约金属资源(或保护环境等)
合金和组成它们的纯金属的性质比较
1.与氧气反应(1)规律:金属+氧气 金属氧化物(2)金属与氧气的反应:大多数金属能与氧气发生反应,但反应的难易和剧烈程度不同。
2.与酸反应(1)规律:金属+酸 盐+氢气条件:在金属活动性顺序中,金属必须排在氢之前。
3.与盐溶液反应(1)规律:金属+盐新 金属+新盐条件:①必须是金属活动性顺序里,位于前面的金属置换位于其后面的金属(K、Ca、Na除外);②反应物中的盐必须能溶于水。(2)常见金属与盐溶液的反应
3.与盐溶液反应(2)常见金属与盐溶液的反应
(1)K、Ca、Na的金属活动性太强,与盐溶液接触时,先与溶液中的水反应,如2Na+2H2O 2NaOH+H2↑,所以把它们放入盐溶液中,不能将金属置换出来。如钠放入硫酸铜溶液中,现象为放出气体,产生蓝色沉淀,而不会析出红色固体。(2)金属与盐反应时,“盐”必须是溶液(即该盐能溶于水),否则不能发生置换反应,如Cu和AgCl不反应。(3)①铁单质与稀盐酸、稀硫酸或盐溶液发生置换反应,生成+2价的亚铁盐;②氧化铁与稀盐酸、稀硫酸反应,生成+3价的铁盐。
4.置换反应(1)定义:一种 与一种 反应,生成另一种 和另一种 的反应。 (2)特征:“单换单”。(3)表达式:A+BC AC+B。(4)四种基本反应类型:化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应。5.金属活动性顺序及其应用(1)金属活动性顺序
5.金属活动性顺序及其应用(2)规律①在金属活动性顺序里,金属位置越靠前,其金属活动性就越 。 ②在金属活动性顺序里,位于氢前面的金属能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢。③在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液中置换出来(K、Ca、Na除外)。(3)应用①判断置换反应能否发生a.判断金属与酸能否反应;b.判断金属与盐溶液能否反应。
5.金属活动性顺序及其应用(3)应用②根据金属活动性顺序判断金属与多种盐溶液反应后滤液、滤渣的成分。a.遵循“远距离先置换”的规律:相距越远越优先发生置换反应。b.一种金属与多种金属的盐溶液反应,反应后滤渣里面一定存在活动性最弱的金属单质,滤液里面一定存在活动性最强的金属离子。
1.铝具有良好的抗腐蚀性能,是因为铝的化学性质不活泼。( )2.经常用钢丝球擦洗铝锅。( )3.可用铁质容器来配制农药波尔多液。( )4.有单质生成的反应一定是置换反应。( )
【分析】 置换反应是由一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,有单质生成的反应不一定是置换反应,如过氧化氢分解。
【分析】 铝的化学性质比较活泼,铝具有良好的抗腐蚀性能,是因为常温下,铝与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝保护膜。
【分析】 用钢丝球擦洗铝锅会破坏铝锅表面的氧化膜。
【分析】 农业上常用硫酸铜、生石灰和水配制波尔多液,铁能和硫酸铜溶液反应,所以不能用铁质容器来配制波尔多液。
1.在学习金属的化学性质时,老师给大家演示了如图所示的实验,下列说法正确的是 ( )A.铜片表面始终没有明显变化B.一段时间后溶液由无色变为浅绿色C.反应后溶液中一定有硝酸铜,可能有硝酸银D.通过实验现象推测银和硫酸铜溶液也可以反应
2.小丽为确认所回收易拉罐的主要成分是铝还是铁,剪取金属片打磨后,设计了如图所示的两种不同方法进行检验,这样设计的依据是 ( )A.铁、铝有不同的物理性质B.活泼金属易与氧气反应C.排在氢前面的金属可以把酸中的氢置换出来D.活动性较强的金属可把活动性较弱的金属从它的盐溶液中置换出来
【解析】 金属活动性较强的金属能将金属活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来,铝、铁、锌三种金属的活动性由强到弱的顺序是铝>锌>铁。实验中将金属片放入氯化锌溶液中,金属片如果能置换出锌,则易拉罐的主要成分为铝,如果不能置换出锌,则易拉罐的主要成分为铁;将金属片放入氯化亚铁溶液中,金属片如果能置换出铁,则易拉罐的主要成分为铝,如果不能置换出铁,则易拉罐的主要成分为铁。
3.探究锌、铜、镁的金属活动性时,下列现象、分析或结论正确的是( ) A.盐酸的浓度可以不同B.铜片表面有气泡C.盛镁片的试管壁发烫D.活动性Cu>Zn>Mg
【解析】 探究锌、铜、镁的活动性时应控制金属的形状、大小等规格相同,控制盐酸的质量、浓度相同,A分析错误;铜不能与盐酸反应,铜片表面没有气泡冒出,B现象错误;镁与盐酸反应放热,盛镁片的试管壁发烫,C现象正确;三种金属的活动性顺序为 Cu
原子的最外层电子数相等
4.[2020山东潍坊]小明同学对金属的有关化学性质进行梳理和总结。请完成下列问题。(2)如图2,将一锌片投入稀硫酸中,观察到的现象是 ,该反应过程溶液中增加的粒子是 (用符号表示),溶液的pH (填“逐渐减小”“逐渐增大” 或“不变”),反应的化学方程式为 。
锌片表面有大量气泡冒出
4.[2020山东潍坊]小明同学对金属的有关化学性质进行梳理和总结。请完成下列问题。 (3)图3是将铜丝插入硝酸银溶液中反应的微观示意图,从微观粒子变化的角度分析该反应的实质是 . ,反应过程中溶液的质量变化是 (填“增大”“减小”或“不变”)。
铜原子失去电子变成铜离子,银离子得到电子变成银原子(或铜原子和银离子反应生成铜离子和银原子或Cu+2Ag+Cu2++2Ag)
【解析】 (3)铜和硝酸银溶液的反应中,每340份质量的硝酸银参加反应,生成188份质量的硝酸铜,反应过程中溶液的质量减小。
1.铁的冶炼(1)工业炼铁①主要设备:高炉②炼铁原料:铁矿石、 、石灰石和空气。 ③炼铁原理:在高温下,利用炉内反应生成的 把铁从铁矿石中还原出来,此过程涉及的反应有:C+O2 CO2、C+CO2 2CO、3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。 【归纳总结】 ①焦炭的作用是生成还原剂一氧化碳、提高高炉内的温度;②石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣;③高炉炼铁得到的是生铁。(2)一氧化碳还原氧化铁(详见实验)
2.金属的锈蚀与防护(1)铁生锈的条件:铁与空气中的 、 等共同作用,铁锈的主要成分是Fe2O3或Fe2O3·xH2O。 (2)铁制品锈蚀条件的探究(详见实验)(3)铁的防锈原理和措施①原理:隔绝空气和水。②防锈措施:a.保持铁制品表面洁净干燥;b.在铁制品表面涂保护膜,如电镀、刷漆、涂油、烤蓝等;c.改变铁的内部结构(制成合金),如制成不锈钢等。
3.金属资源的保护措施(1)防止金属锈蚀;(2)金属回收利用;(3)有计划、合理地开采矿物资源;(4)寻找金属的代用品。
1.铁在氧气中燃烧生成Fe2O3,铁生锈的主要产物是Fe3O4。( )2.高炉炼铁得到的铁是生铁。( )3.铁制品在潮湿的空气中易生锈。( )
【分析】 铁在氧气中燃烧生成Fe3O4,铁生锈的主要产物是Fe2O3。
1.[2020湖南邵阳]下图是实验室模拟工业炼铁的实验装置图,下列说法不正确的是 ( )A.B处玻璃管内发生的化学反应是氧化还原反应,还原剂是COB.在点燃酒精喷灯前,应先通入CO气体排尽装置中的空气C.该实验可以观察到B处固体从黑色逐渐变成红棕色D.该模拟实验缺少尾气处理装置,会污染空气
【解析】 Fe2O3粉末呈红棕色,生成的铁粉为黑色,B处可以观察到的现象是固体由红棕色变为黑色,C不正确。
2.[2020湖北宜昌]线上学习,居家实验。小明用三枚洁净无锈的铁钉,设计如图所示实验,探究铁生锈的条件。下列说法错误的是 ( )A.乙试管中植物油的作用是隔绝空气B.只有甲试管中的铁钉有明显锈迹C.乙、丙两支试管内的实验现象说明铁生锈需要水D.实验表明铁生锈是铁与空气和水共同作用的结果
【解析】 乙试管中的铁钉只与蒸馏水接触,丙试管中的铁钉只与空气接触,乙、丙两支试管中的铁钉均不生锈,两试管中现象对比,不能得出铁生锈需要水,C错误。
3.马踏飞燕(如图)为东汉青铜器,是我国国宝级文物。请回答下列问题。(1)马踏飞燕全身都有绿色铜锈,铜锈的化学式为Cu2(OH)2CO3,据此推断铜生锈与空气中的水蒸气、氧气、 有关。 (2)请你写出一条保护金属资源的有效方法: 。 (3)除铜锈和除铁锈的试剂相同,据此可选用 除去铜锈。 (4)青铜是 (填“纯净物”或“混合物”)。
防止生锈(或回收利用等,合理即可)
1.实验装置 2.实验原理: (用化学方程式表示)。 3.实验现象硬质玻璃管中: ; 试管中: ; 装置末端玻璃管尖嘴处: 。
红棕色粉末逐渐变成黑色
4.注意事项(1)通入一氧化碳前要先点燃右端酒精灯,目的是 。 。 (2)实验前要先通入一段时间的CO除尽装置内的空气,目的是 。 (3)实验结束后,先熄灭酒精喷灯,继续通入CO直至试管冷却,目的是 。 。 (4)一氧化碳有毒,会污染空气,实验装置中必须有尾气处理装置。
防止未反应的CO排放到空气中,造成空气污染
防止石灰水倒吸入玻璃管中,使玻璃管炸裂和防止生成的铁被空气中的氧气氧化
5.装置改进一氧化碳有毒,直接排放会造成空气污染,对尾气的处理有两种方案:方案一:利用一氧化碳的可燃性,将尾气直接在酒精喷灯处点燃,既可使一氧化碳转化为无毒的二氧化碳,又达到了节约资源的目的,如下图。 方案二:一氧化碳难溶于水,用排水法或气球将未反应的一氧化碳收集起来,如下图。
例1 某化学小组同学设计了如图所示的实验室模拟工业炼铁的实验装置,并提供所用药品。请回答问题: (1)检查装置的气密性。实验开始时,要先进行的操作是 (填“加热A处”或“通入CO”),A处发生反应的化学方程式为 。 (2)C处酒精灯的作用是 。 (3)实验结束后,应先 ,继续 。
处理尾气,防止其污染空气
例1 某化学小组同学设计了如图所示的实验室模拟工业炼铁的实验装置,并提供所用药品。请回答问题:(4)[2020河南]如图为CO还原Fe2O3的微型装置图。则A处V形管内的固体粉末由 色逐渐变黑; B处V形管内的溶液变浑浊,化学方程式为 ;将尾气点燃,化学方程式为 。
1.研究方法:控制变量法2.实验设计
(1)实验中用的水是经煮沸迅速冷却的蒸馏水,煮沸的目的是除去水中溶解的氧气,迅速冷却的目的是减少或防止空气中的氧气溶入水中。(2)试管中放入干燥剂的目的是干燥空气(或除去水蒸气),植物油的作用是隔绝空气,防止空气中的氧气溶解到水中。
3.实验分析与结论(1)对比分析①对比实验A、C可知,铁生锈需要 ; ②对比实验B、C可知,铁生锈需要 ; ③对比实验B、D可知,铁生锈需要 。 (2)结论:铁生锈的条件是铁与 同时接触。
例2 [2020江苏苏州]钢铁的腐蚀是重要研究课题。【知识回顾】用图1所示实验进行铁钉腐蚀的研究。一段时间后试管A、B中铁钉几乎没有生锈,而试管C中铁钉明显锈蚀,试管D、E中铁钉严重锈蚀。 图1(1)由A、B、C的现象可知,铁的锈蚀是铁跟 (填化学式)等物质作用的过程。 (2)试管B中使用“煮沸并迅速冷却的蒸馏水”,其目的是 。 。
除去蒸馏水中溶解的氧气且防止氧气再溶于水
例2 [2020江苏苏州]钢铁的腐蚀是重要研究课题。【知识回顾】用图1所示实验进行铁钉腐蚀的研究。一段时间后试管A、B中铁钉几乎没有生锈,而试管C中铁钉明显锈蚀,试管D、E中铁钉严重锈蚀。 图1【实验探究】向试管D中(含生锈铁钉)加入过量10%稀盐酸,浸泡。可观察到铁锈逐渐消失,铁钉表面有气泡产生,溶液呈黄色,一段时间后黄色变为浅绿色。(3)写出铁锈溶于盐酸的化学方程式: 。
例2 [2020江苏苏州]钢铁的腐蚀是重要研究课题。 (4)推测试管D中溶液由黄色变为浅绿色,可能是氯化铁与某些物质发生反应所致。现进行如下3个实验(持续10小时,已知氢气不影响该反应)。
①设计实验Ⅰ的目的是 。
探究FeCl3能否与稀盐酸反应生成FeCl2
②综合分析上述3个实验,试管D中溶液由黄色变为浅绿色的原因是 。 。
酸性条件下,FeCl3与铁钉发生反应生成FeCl2
【拓展延伸】研究水样的pH、水中溶解氧浓度与钢铁腐蚀速率的关系。查阅相关文献得到如下资料。 图2 图3(5)图2表示水样温度22 ℃、氧含量6 mL·L-1时,钢铁腐蚀速率与水样pH的关系。当pH<4时,钢铁腐蚀速率明显增大的原因是 。
钢铁与水样中的H+发生反应
【拓展延伸】研究水样的pH、水中溶解氧浓度与钢铁腐蚀速率的关系。查阅相关文献得到如下资料。 图2 图3 (6)图3表示温度22 ℃、pH=7时,钢铁腐蚀速率与水中溶解氧浓度的关系。当溶解氧浓度超过 20 mL·L-1时,钢铁腐蚀速率明显下降的原因可能是 。 。
钢铁表面生成较致密的氧化膜,阻碍O2、H2O与钢铁的接触
1.实验原理运用控制变量法借助金属与酸、可溶性盐溶液能否发生反应以及反应的速率来判断。2.探究方法方法一:金属与酸反应。能反应的金属在金属活动性顺序中位于氢(H)之前,不反应的金属在金属活动性顺序中位于氢(H)之后。方法二:金属与可溶性盐溶液反应。能发生反应,则表示该金属的活动性强于该盐溶液中的金属。
3.实验设计(1)比较两种金属的活动性强弱
(2)验证三种金属的活动性顺序(以验证铁、铜、银的活动性顺序为例) 方法一:“两金夹一盐”。即将活动性最强和最弱的两种金属单质分别插入排在中间的金属的盐溶液中。示例:将铁丝、银丝分别放入硝酸铜溶液中(如图所示),观察到试管①铁丝表面有红色固体析出,试管②中银丝表面无明显现象,说明金属活动性:铁>铜>银。方法二:“两盐夹一金”。即将排在中间的金属单质分别插入活动性最强和最弱的两种金属的盐溶液中。示例:将铜丝分别放入硝酸亚铁和硝酸银溶液中(如图所示),观察到试管③中铜丝表面无明显现象,试管④中铜丝表面有固体析出,说明金属活动性:铁>铜>银。
(3)比较四种金属的活动性强弱首先用酸将四种金属分为氢前金属和氢后金属两组,然后分别比较两组金属的活动性。4.注意事项(1)实验前必须用砂纸把金属表面打磨光亮,目的是除去表面的氧化物和污物。(2)做金属与酸反应的实验时,一般用稀盐酸或稀硫酸,不用硝酸和浓硫酸。(3)做金属与盐反应的实验时,盐必须能溶于水。(4)不是所有位于前面的金属都能将后面的金属从其盐溶液中置换出来,如K、Ca、Na。(5)要注意控制变量,如酸溶液和盐溶液的温度、浓度、体积等要相同,金属的形状、表面积等需要保持一致。
例 [2020宁夏]学习完金属的化学性质,同学们来到实验室进行锌、铜、银三种金属活动性顺序的探究活动。实验桌上老师提供的药品有:锌片、铜片、银片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、硝酸银溶液和稀硫酸。【制订计划】在老师的指导下,经过讨论,同学们设计出了以下几种实验方案:方案一:铜片、硫酸锌溶液、硝酸银溶液;方案二:锌片、银片、硫酸铜溶液;方案三:锌片、铜片、硫酸铜溶液、硝酸银溶液;你的设计方案是 。
锌片、铜片、稀硫酸、硝酸银溶液
例 [2020宁夏]学习完金属的化学性质,同学们来到实验室进行锌、铜、银三种金属活动性顺序的探究活动。实验桌上老师提供的药品有:锌片、铜片、银片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、硝酸银溶液和稀硫酸。【进行实验】小华同学选用方案三进行如下探究,请你他完成表格中的空白(注:表格中实验操作一栏用文字描述或图示表示均可):
铜片表面附着一层黑色物质,溶液由无色逐渐变为蓝色
将打磨过的锌片放入硫酸铜溶液中
例 [2020宁夏]学习完金属的化学性质,同学们来到实验室进行锌、铜、银三种金属活动性顺序的探究活动。实验桌上老师提供的药品有:锌片、铜片、银片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、硝酸银溶液和稀硫酸。
【解释与结论】根据上述实验,小华得出三种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 【反思与评价】探究活动结束后,同学们分享自己的收获与不足,并进行反思:(1)有同学提出,小华的实验中不用硫酸铜溶液也能得到相同的实验结论。简要说明其验证方法: 。 。 (2)经过讨论,大家一致认为以上实验方案中,方案 较好。
将打磨过的锌片放入铜片与硝酸银反应后的溶液中,观察锌片表面是否出现红色物质
(3)小华提出,试管中的金属可以回收再利用,这样做的意义是 . 。 【拓展与延伸】好奇的小华在老师指导下,把一定量的锌粒加入硫酸铜和硝酸银的混合溶液中,充分反应一段时间后,过滤,发现滤液呈无色。此时,滤渣中一定含有 ,溶液中离子数目增加的是 。
节约金属资源,防止造成环境污染
1.[2020甘肃平凉]有X、Y、Z三种金属,如果把X和Y分别放入稀硫酸中,X溶解并产生气泡,Y不反应;如果把Y和Z分别放入硝酸银溶液中,在Y表面有银白色物质析出,而Z没有变化。根据以上实验事实,判断这三种金属的活动性由强到弱的顺序为 ( ) A.X、Y、Z B.Z、Y、X C.Y、X、Z D.X、Z、Y
【解析】 把X和Y分别放入稀硫酸中,X溶解并产生气泡,Y不反应,说明在金属活动性顺序中X排在氢前,Y排在氢后。把Y和Z分别放入硝酸银溶液中,Y表面有银白色物质析出,而Z没有变化,说明在金属活动性顺序中Y排在银前,Z排在银后。故X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序为X、Y、Z。
2.[2020湖南岳阳]为验证铝、铜、银的金属活动性强弱,小明设计了以下四组实验,下列说法不正确的是 ( ) A.通过①②实验,可以证明金属活动性Al>CuB.通过①②③实验,可以证明金属活动性Al>Cu>AgC.若要用实验④证明金属活动性Al>Cu,X可以为Al,Y为CuSO4溶液D.若要用实验④证明金属活动性Cu>Ag,X可以为Cu,Y为AgNO3溶液
【解析】 试管①中能看到铝表面有气泡产生,②中无明显现象,可得出金属活动性Al>Cu;③中铝表面有银白色固体生成,可得出金属活动性Al>Ag。通过①②③实验,不能验证铜、银的活动性强弱,故B错误。
3.[2020山东青岛]某同学为验证镁、铁、铜、银的金属活动性顺序,设计了下图所示的四个实验(金属片均已打磨,且其形状大小相同;实验①②③所用稀盐酸的溶质质量分数和体积均相同)。 下列分析不正确的是( )A.对比实验①②反应的剧烈程度,能判断出镁和铁的金属活动性强弱B.分析实验②④的现象,能判断出铁、铜、银的金属活动性强弱C.分析实验④的现象,能判断出铜和银的金属活动性强弱D.分析四个实验的现象,能判断出镁、铁、铜、银的金属活动性顺序
4.金属材料被广泛应用于我们的生活中,不仅是因为其物理性能优良,还与它们的化学性质密切相关。下面是小明同学设计的探究金属铁、铜和镁的活动性强弱的实验过程和实验记录,请你一起探究。【实验目的】探究金属铁、铜和镁的活动性强弱。【所用试剂】稀硫酸、硝酸银溶液、光亮薄铁片、薄铜片、薄镁片。【实验过程】步骤Ⅰ:将铁片、铜片、镁片分别在空气中点燃,观察现象;步骤Ⅱ:将铁片、铜片、镁片分别放入三支盛有溶质质量分数相同、体积相同的稀硫酸的试管中;步骤Ⅲ:将铁片、铜片、镁片分别放入三支盛有溶质质量分数相同、体积相同的硝酸银溶液的试管中。
【实验记录】用“+”表示能观察到实验现象,用“-”表示观察不到实验现象(见下表)。 实验现象记录表
(1)通过步骤Ⅰ可以得出三种金属中镁的金属活动性最强,判断依据是 。 。 (2)运用“控制变量法”设计实验方案是化学研究的重要方法。步骤Ⅱ和步骤Ⅲ中,需要控制的实验条件除了溶液的体积、溶质质量分数以外,还需要控制的条件是 。 。写出镁与稀硫酸反应的化学方程式: ,此反应属于 (填基本反应类型)。
在空气中,镁与氧气的反应最剧烈
金属的规格(合理即可)
【实验记录】用“+”表示能观察到实验现象,用“-”表示观察不到实验现象(见下表)。 实验现象记录表
【实验结论】金属铁、铜和镁的活动性由强到弱的顺序是 (用元素符号表示)。 【反思交流】若利用上述试剂制取氢气,小明认为应该选用金属铁和稀硫酸反应,而不选用金属镁和稀硫酸反应,他的理由是 。
Mg和稀硫酸反应速率太快,不易控制
金属与酸、盐溶液反应的分析
突破点 1 金属与酸反应的分析
2.金属与酸反应的坐标曲线(1)横坐标表示反应时间,纵坐标表示氢气质量 该图像表示等质量的镁、铝、锌、铁分别与足量稀盐酸或稀硫酸反应时,生成氢气的质量与反应时间的关系。分析:①酸足量时,产生氢气的质量由金属的质量决定。②曲线越陡(先出现拐点),表示反应速率越快,金属的活动性越强;③“平台”越高,表示产生的氢气越多;④产生氢气越多,金属的相对原子质量越小(铝的Ar看成18)。
2.金属与酸反应的坐标曲线 该图像表示过量的镁、铝、锌、铁分别与等质量等质量分数的稀盐酸或稀硫酸反应时,生成氢气的质量与反应时间的关系。分析:酸不足时,产生的氢气质量由酸的质量决定。
2.金属与酸反应的坐标曲线 (2)横坐标表示酸的质量,纵坐标表示氢气质量 该图像表示向等质量的镁、铝、锌、铁中分别加入等浓度的稀盐酸或稀硫酸时,酸的质量与生成氢气质量的关系。分析:①酸不足时,足量金属与等质量、等浓度的同种酸反应,产生氢气的质量相等;②等质量的Mg、Al、Zn、Fe与足量酸反应时,产生H2的质量关系为Al>Mg>Fe>Zn。【特别提醒】 该图像的拐点不能表示金属的活动性强弱,平台越高,表示产生氢气的质量越大,消耗的酸越多。
例1 [2020山东滨州]现有质量相等的甲、乙、丙三种金属,分别放入三份溶质质量分数相同的足量稀硫酸中,生成氢气的质量与反应时间的关系如图所示(已知甲、乙、丙在生成物中均显+2价)。则下列说法错误的是 ( )A.完全反应所需时间:丙>甲>乙B.生成氢气的质量:甲>乙>丙C.相对原子质量:乙>丙>甲D.消耗硫酸的质量:甲>乙>丙
【思路分析】 甲、乙、丙三种金属分别与三份溶质质量分数相同的足量稀硫酸反应,金属完全反应。拐点表示反应结束,对应的横坐标是反应所需时间,对应的纵坐标是生成的氢气质量,由图示可知金属完全反应所需的时间和生成的氢气质量大小关系;金属的化合价相同,则生成氢气越多,金属的相对原子质量越小;金属与酸反应生成的氢气中的氢元素全部来自硫酸,则生成的氢气质量越大,消耗的硫酸质量越大。
(1)若金属足量而酸溶液被消耗完,则生成氢气的多少由酸的量决定。若酸一样多,则生成氢气的质量相等,但生成氢气的快慢仍由金属的活动性决定。(2)如果酸不足,产生氢气的量相同,相对原子质量小的金属一定过量,相对原子质量较大的金属可能过量,也可能恰好完全反应。
3.金属与酸反应的数字化实验不同金属的活动性不同,与酸反应的速率不同,产生氢气的体积不同,在密闭容器里若安装压强、温度或其他感应器,可检测容器内某些物理量的变化。
例2 小明将未打磨的铝片和稀盐酸放入密闭容器中,用传感器探究反应过程中温度和压强的变化,如图所示。从图中所获信息不正确的是 ( )A.反应过程中有热量放出B.50 s时,溶液中的溶质为AlCl3C.0~50 s,发生的反应为Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2OD.100~140 s,压强减小是因为温度降低
突破点 2 金属与盐溶液反应后滤液、滤渣成分的分析
1.金属与盐溶液反应的规律(1)一种金属与多种盐溶液反应,遵循“远距离先置换”的原则,金属先和最不活泼的金属的盐溶液反应。(2)多种金属与一种盐溶液反应,最活泼的金属先与盐溶液反应。(3)反应停止后过滤,滤渣中一定有最不活泼的金属单质,滤液中一定有不参加反应的及生成的盐溶液。(4)滤渣与滤液中的物质不能发生反应。
2.金属与混合盐溶液反应后滤液、滤渣的判断将一定量的锌加入硝酸铜和硝酸银的混合溶液中,反应后滤液、滤渣成分分析。(1)金属活动性顺序:Zn>Cu>Ag;(2)依据优先反应原则,确定发生反应的先后顺序为:先:Zn+2AgNO3 Zn(NO3)2+2Ag后:Zn+Cu(NO3)2 Zn(NO3)2+Cu
2.金属与混合盐溶液反应后滤液、滤渣的判断(3)判断反应进行的程度。锌先置换出AgNO3中的Ag,后置换出Cu(NO3)2中的Cu。随着加入锌的质量变化,可分为以下五种情况,存在两个分界点。
3.混合金属与盐溶液反应后滤液、滤渣的判断将锌和铜的混合物加入硝酸银溶液中,反应后滤液、滤渣成分分析。(1)金属活动性顺序:Zn>Cu>Ag;(2)依据优先反应原则,确定发生反应的先后顺序为:先:Zn+2AgNO3 Zn(NO3)2+2Ag后:Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+2Ag
3.混合金属与盐溶液反应后滤液、滤渣的判断(3)判断反应进行程度。AgNO3先与Zn反应,Zn耗尽后,AgNO3再与Cu反应。随着硝酸银溶液质量的变化,可分为以下五种情况,存在两个分界点。
例3 [2020山东泰安]向AgNO3、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2的混合溶液中加入一些锌粉,完全反应后过滤。不可能存在的情况是 ( )A.滤纸上有Ag,滤液中有Ag+、Cu2+、Zn2+、Mg2+B.滤纸上有Ag、Cu,滤液中有Zn2+、Mg2+C.滤纸上有Ag、Cu、Zn、Mg,滤液中有Zn2+D.滤纸上有Ag、Cu、Zn,滤液中有Zn2+、Mg2+
【思路分析】 向AgNO3、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2的混合溶液中加入一定量的锌粉,锌不与硝酸镁反应,先与硝酸银反应生成硝酸锌和银,待硝酸银完全反应后,再和硝酸铜反应生成铜和硝酸锌。滤纸上只有银,说明向混合溶液中加入锌粉,锌粉只和硝酸银发生了反应,而硝酸银可能完全反应也可能仍有剩余,锌粉量不足,没有和硝酸铜反应,滤液中含有硝酸铜、硝酸镁、硝酸锌,可能含有硝酸银;若锌粉的量恰好将溶液中的银和铜置换出来,则滤纸上有Ag、Cu,滤液中有Zn2+、Mg2+;锌的活动性弱于镁,不能把镁置换出来,所以滤纸上不可能有镁;滤纸上有银、铜、锌,说明加入的锌粉过量,则溶液中的硝酸银、硝酸铜全部反应,滤液中只含硝酸镁和生成的硝酸锌。
1.[2020贵州毕节]向一定质量的AgNO3和Cu(NO3)2混合溶液中加入足量锌粉,先后发生反应Ⅰ、Ⅱ,对反应前后溶液质量变化的下列分析正确的是 ( ) A.Ⅰ减小、Ⅱ增大 B.Ⅰ减小、Ⅱ减小C.Ⅰ增大、Ⅱ增大 D.Ⅰ增大、Ⅱ减小
2.[2020湖北襄阳]向质量均为m的锌粉和铁粉中分别滴加100 g相同质量分数的稀硫酸,反应过程中产生气体的质量与所加稀硫酸的质量关系如图所示,下列叙述正确的是( )A.反应后均得到无色溶液B.反应结束后两种金属均有剩余C.折线b表示的是铁和稀硫酸反应的情况D.反应结束后所得溶液的质量相等
【解析】 等质量的锌粉和铁粉分别与100 g相同质量分数的稀硫酸反应,由题中图像可知,金属均完全反应,酸有剩余,B错;铁与稀硫酸反应生成的硫酸亚铁溶液显浅绿色,A错;每56份质量的铁与稀硫酸反应生成2份质量的氢气,每65份质量的锌与稀硫酸反应生成2份质量的氢气,故最终铁与稀硫酸反应生成的氢气较多,则折线b表示的是铁与稀硫酸反应的情况,C正确;所加金属与稀硫酸的质量相同,金属均完全反应,生成氢气的质量不相等,所以反应后所得溶液的质量不相等,D错误。
3.[2019广东]取一定量打磨后的铝片于某容器中,再逐渐加入稀盐酸。加入稀盐酸的质量与有关量的变化关系图错误的是 ( )
【解析】 随着稀盐酸的加入,容器中溶液的质量逐渐增大,恰好完全反应后,增加的质量为所加稀盐酸质量,与恰好完全反应前增幅不同,B项图像错误。
4.[2020湖南衡阳]向一定质量的Zn(NO3)2和AgNO3混合溶液中加入a g铜粉,充分反应后过滤,得到某温度下的不饱和溶液和滤渣。下列有关说法错误的是( )A.滤渣的质量一定大于a gB.所得溶液中可能含有AgNO3C.整个过程中Zn(NO3)2的质量不变D.滤渣中一定含有单质Cu和单质Ag
5.[2020辽宁锦州]将一定量的锌粉加入硝酸镁和硝酸铜的混合液中,充分反应后过滤,得到滤渣和滤液。下列判断正确的是 ( )A.若滤液为蓝色,则滤渣中一定有锌、镁、铜 B.若向滤渣中加入稀盐酸有气泡产生,则滤液中一定有硝酸镁、硝酸锌、硝酸铜 C.若向滤液中加入氢氧化钠溶液,则一定有氢氧化铜生成 D.滤渣中一定含有铜,滤液中一定含有硝酸镁和硝酸锌
【解析】 锌的金属活动性比铜强,比镁弱,将一定量的锌粉加入硝酸镁和硝酸铜的混合液中,锌不与硝酸镁溶液反应,与硝酸铜反应生成硝酸锌和铜。若滤液为蓝色,说明硝酸铜有剩余,则滤渣中一定有铜,一定没有锌、镁,A错误。若向滤渣中加入稀盐酸有气泡产生,说明滤渣中含有锌,即锌是过量的,则滤液中一定有硝酸镁、硝酸锌,一定没有硝酸铜,B错误。无法确定滤液中是否含有硝酸铜,若向滤液中加入氢氧化钠溶液,则不一定有氢氧化铜生成,C错误。锌不能与硝酸镁溶液反应,与硝酸铜反应生成硝酸锌和铜,则滤液中一定含有硝酸镁和硝酸锌,滤渣中一定含有铜,D正确。
命题点 1 金属材料命题点 2 金属的性质命题点 3 金属资源的利用和保护
考点 一 金属材料考点 二 金属的化学性质考点 三 金属资源的利用和保护
实验 1 一氧化碳还原氧化铁实验 2 铁制品锈蚀条件的探究
1.[2019安徽11(2)]能源与环境是社会关注的焦点。(2)太阳能电池中多处使用合金,合金与纯金属相比,有许多优良性能,如: (写出1条即可)。
抗腐蚀性能好(或密度小、硬度大等)
2.[2017安徽11(1)(3)]近年我省多地纷纷开展文明城市创建工作,垃圾分类回收是其中一项重要举措。某地街头垃圾桶如图所示,回答下列问题。 (1)图中标示的物质中,属于金属材料的是 (写出1种即可,下同),属于有机合成材料的是 。 (3)使用铝合金做内筒的优点是 (写出1点即可)。
铝合金耐腐蚀,经久耐用(其他合理答案均可)
3.[2013安徽11(1)(3)]铁锅、铝锅是生活中常用的炊具,如图是铁锅的示意图。 (1)铁锅含有的金属单质是 (写化学式),含有的有机合成材料是 。 (3)铝锅轻便、耐用,其原因是 , 。 。
铝锅表面有一层致密的氧化物保护膜,可以保护内部的铝不被腐蚀(答案合理即可)
4.[2018安徽11(3)]材料有着广泛的应用,根据下列信息回答问题。
(3)纳米铁粉还能去除废水中的重金属离子(如铜离子),写出铁粉与含硫酸铜的废水反应的化学方程式 。
5.[2017安徽11(4)](4)为比较铝和铁的金属活动性,某同学设计实验方案:将铝和铁分别放入盐酸中,比较反应的剧烈程度。你认为该方案 (填“合理”或“不合理”),理由是 。 。
方案中未说明控制其他变量不变(或金属与酸反应的剧烈程度不能作为判断金属活动性的依据)
6.[2016安徽11(3)]2015年11月,我国首架大型客机C919(如下图)正式下线,实现了我国航空领域的新突破。回答下列问题:(3)铝的金属活动性比铁 (填“强”或“弱”)。空气中,铝比铁具有更好的抗腐蚀性,原因是 。 (结合化学方程式解释)。
【解析】 在金属活动性顺序中铝排在铁之前,因此铝的金属活动性比铁强。铝的化学性质比较活泼,易和空气中的氧气反应,在其表面生成一层致密的氧化铝薄膜,从而阻止内部的铝进一步被氧化,因此,铝比铁具有更好的抗腐蚀性。
7.[2019安徽15]某兴趣小组为探究金属活动性强弱,分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。(1)比较金属活动性强弱:铝比铜 (填“强”或“弱”)。写出镁与稀盐酸反应的化学方程式: 。 (2)小芳同学做镁与稀盐酸反应的实验时,发现试管中出现灰白色沉淀,该小组同学对灰白色沉淀的成分进行如下探究:【提出假设】假设一:含有氯化镁假设二:含有镁粉假设三:含有氢氧化镁……
7.[2019安徽15]某兴趣小组为探究金属活动性强弱,分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。【查阅资料】①氯化镁易溶于水;②在一定条件下,镁可与冷水缓慢反应。【设计并进行实验】各取少量灰白色沉淀加入2支试管中,进行如下实验:
【得出结论】由实验1可知,假设 不成立;由实验2可知,沉淀中不含 。假设三 (填“成立”“可能成立”或“不成立”)。
7.[2019安徽15]某兴趣小组为探究金属活动性强弱,分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。【设计并进行实验】各取少量灰白色沉淀加入2支试管中,进行如下实验:
【实验反思】实验后同学们请教老师得知,灰白色沉淀的主要成分是碱式氯化镁,碱式氯化镁受热易分解产生氯化氢气体。于是小芳再取少量灰白色沉淀于试管中加热,并将蘸有紫色石蕊溶液的滤纸条悬于试管口,预期的实验现象是 。
注意:若答对第(3)小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。(3)为探究镁与稀盐酸反应生成碱式氯化镁的条件,该小组同学进行了如下实验:在小烧杯中加入一定量稀盐酸和去除氧化膜的镁带,观察实验现象,并测量溶液pH的变化。结果见下表:
根据表中信息回答下列问题:①请描述溶液pH变化的规律并解释原因: 。 。 。
溶液pH逐渐增大,最后呈碱性;反应前期pH变化较快,反应后期pH变化较慢,最后pH不变。因为前期盐酸浓度较大,反应较快,随着反应的进行盐酸逐渐被消耗,但镁在溶液中继续缓慢反应,生成碱性物质,最后反应完成
根据表中信息回答下列问题:②请对生成碱式氯化镁的条件提出猜想,并设计实验证明猜想: 。 。 。
猜想:金属镁过量。设计实验:取两只烧杯,各加入等量的稀盐酸,分别加入少量和过量去除氧化膜的镁带,观察现象,如果前者无沉淀而后者有沉淀,证明猜想成立。(合理即可)
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。【认识铁的腐蚀】(1)下列环境中的铁制品最容易生锈的是 (填字母序号)。 A.未擦干的铁锅 B.涂油漆的栏杆C.盛水的不锈钢水杯(2)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,其中铁元素的化合价是 。
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。 【探究铁的腐蚀】(3)该小组用下图甲装置进行实验,起始时量筒内水面处于50 mL刻度处,之后水面缓慢上升。几天后水面最终处于约 (填“40”或“10”)mL刻度处,原因是 。 甲
铁腐蚀消耗O2,且空气中的氧气含量约占1/5
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。 【拓展探究】 (4)小强同学进行如下实验:取铁钉用砂纸打磨,称其质量,按上图乙安装装置,放置3天,再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述实验,得到铁钉质量增加情况如下表。
小强同学的实验是探究 因素对铁钉腐蚀快慢的影响,结论是 。 。
在一定温度范围内,温度越高,铁腐蚀越快(其他合理答案均可)
8.[2020安徽16]金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。
注意:若答对第(5)小题奖励3分,化学试卷总分不超过40分。(5)有同学认为小强的实验未能真实反映50 ℃以后铁钉腐蚀的快慢,理由是50 ℃以后铁钉质量没有变化。请分析铁钉质量没有变化的原因: 。 ;改进实验方案证明你的分析: 。 。
50 ℃以后,试管中的氧气耗尽,铁钉的腐蚀停止(其他合理答案均可)
用容积较大的容器代替装置乙中的试管,分别在 50 ℃、60 ℃、70 ℃下重复上述实验(其他合理答案均可)
9.[2017安徽14]某研究小组为探究“影响铁制品锈蚀快慢的因素”,取同浓度的稀氨水和稀醋酸用下图所示装置完成表中实验,回答下列问题。
(1)铁锈的主要成分是 (填化学式)。 (2)实验②和④可探究 对铁制品锈蚀快慢的影响;欲探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响,应选择的实验是 (填实验序号)。
(3)根据表中实验现象得出的结论是 。 (写出1点即可)。 (4)影响铁制品锈蚀快慢除上述因素外,还有 (写出1点即可),请设计实验方案 。 。
在相同温度下,酸性环境铁生锈更快(其他合理答案均可)
试剂浓度(其他合理答案均可)
同温下,将相同的铁钉放入等体积不同浓度的醋酸中,观察铁锈出现的时间(其他合理答案均可)
【解析】 (2)实验②和④所用试剂都是稀醋酸,但实验温度不同导致出现铁锈所需时间不同,故这两个实验探究的是温度对铁制品锈蚀快慢的影响;要探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响,应选择温度相同,但试剂酸碱性不同的两个实验,即①和②或③和④。(3)根据实验①和②或实验③和④的现象可得出铁钉在酸性环境下易生锈;根据②和④的现象可得出温度越高,铁制品越容易生锈。(4)影响铁制品锈蚀快慢的因素有很多,如试剂浓度,设计实验时应注意控制除试剂浓度不同外,其他因素如温度、试剂的量等必须相同。
10.[2019安徽11(3)(4)]能源与环境是社会关注的焦点。(3)铜暴露在潮湿的空气中会生锈,即生成铜绿[Cu2(OH)2CO3],这是铜与O2、H2O、 (填化学式)反应的产物。 (4)推广使用太阳能电池的意义是 (写出1点即可)。
【解析】 (3)由铜绿[Cu2(OH)2CO3]中含有碳元素可知,铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳反应的结果;(4)推广使用太阳能电池一方面可以减缓化石能源的消耗,另一方面可以减少环境污染。
减缓化石能源的消耗(合理即可)
11.[2015安徽11(2)(3)]自行车作为常用的代步工具,既轻便灵活,又符合环保要求。如图是一款自行车的示意图。(2)车架表面刷油漆主要是为了防锈,其原理是 ;请再提出一条可延长自行车使用寿命的建议: 。 (3)当今自行车外形美观,材质轻便、牢固,除了代步,还可作为健身工具。由此你对化学与人类生活的关系有何感想? 。
隔绝空气(或氧气)和水
不用时擦拭干净,停放在干燥通风处(合理即可)
化学材料的发展,提高了人类生活质量(合理即可)
1.金属材料包括 和 。 2.金属的物理性质
铁:目前世界年产量最高的金属;银:导电、导热性最好的金属;铝:地壳中含量最高的金属元素;钙:人体中含量最高的金属元素;铬:硬度最高的金属; 钨:熔点最高的金属;汞:熔点最低的金属; 锇:密度最大的金属;锂:密度最小的金属。
3.合金(1)定义:在金属中加热熔合某些金属或非金属形成的具有金属特性的物质。(2)性质:合金一般比组成它的纯金属,熔点 、硬度 、抗腐蚀性能强、机械性能好等。 (3)常见的合金①铁合金:主要包括 和 ,二者的主要区别是 ,生铁的含碳量为2%~4.3%,钢的含碳量为0.03%~2%。
纯铁较软,生铁、不锈钢比纯铁硬,不锈钢具有良好的抗腐蚀性能。②钛合金:熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好,与人体有很好的“相容性”,常用来制造人造骨。③铅锑合金:熔点低,常用来作 。
辨析易错易混·正误判断
1.铝、铁、铜都是银白色固体,都能够导电。( )2.铝能制成铝箔是因为铝有很好的抗腐蚀性能。( )3.合金属于有机合成材料,是纯净物。( )4.合金中可能含有非金属。( )5.赤铁矿和氧化铁都属于合金。( )
【分析】 铜呈紫红色。
【分析】 铝能制成铝箔,是因为铝有延展性。
【分析】 合金是金属材料,属于混合物。
【分析】 合金是金属融合其他金属或非金属制成的,其中可能含有非金属。
【分析】 赤铁矿的主要成分是氧化铁,其和氧化铁都不属于合金。
1.国产飞机C919机壳采用了先进的铝锂合金材料。下列有关说法错误的是( ) A.铝锂合金密度小 B.铝锂合金的硬度比纯铝大C.铝锂合金抗腐蚀性强 D.铝锂合金是合成材料
【解析】 铝锂合金属于金属材料,D错误。
2.[2020山东临沂改编]下列与金属材料有关的说法中,正确的是( )A.常温下所有的金属都是固体B.钢是纯净物,生铁是混合物C.钛合金可用来制造人造骨D.银的导电性好,大多数电线都是用银作材料
【解析】 金属汞在常温下是液体,A错误;生铁和钢都是铁合金,均属于混合物,B错误;钛合金与人体的相容性好,可用来制造人造骨,C正确;银比较贵重,生产生活中大多数电线是用铜制作的,D错误。
3.青少年一定要爱护自己的眼睛,在光线不足时看书、写字要用照明工具。右图是一种照明用台灯。(1)如图所示部件中,由金属材料制成的是 (答一种即可)。 (2)灯管后面的反光片为铝箔,铝块能制成铝箔是利用铝的 性。 (3)废弃的电器需分类回收,请简述废旧金属回收的意义 (写一条即可)。
铝箔反光片(或铁螺丝钉、铜质插头)
节约金属资源(或保护环境等)
合金和组成它们的纯金属的性质比较
1.与氧气反应(1)规律:金属+氧气 金属氧化物(2)金属与氧气的反应:大多数金属能与氧气发生反应,但反应的难易和剧烈程度不同。
2.与酸反应(1)规律:金属+酸 盐+氢气条件:在金属活动性顺序中,金属必须排在氢之前。
3.与盐溶液反应(1)规律:金属+盐新 金属+新盐条件:①必须是金属活动性顺序里,位于前面的金属置换位于其后面的金属(K、Ca、Na除外);②反应物中的盐必须能溶于水。(2)常见金属与盐溶液的反应
3.与盐溶液反应(2)常见金属与盐溶液的反应
(1)K、Ca、Na的金属活动性太强,与盐溶液接触时,先与溶液中的水反应,如2Na+2H2O 2NaOH+H2↑,所以把它们放入盐溶液中,不能将金属置换出来。如钠放入硫酸铜溶液中,现象为放出气体,产生蓝色沉淀,而不会析出红色固体。(2)金属与盐反应时,“盐”必须是溶液(即该盐能溶于水),否则不能发生置换反应,如Cu和AgCl不反应。(3)①铁单质与稀盐酸、稀硫酸或盐溶液发生置换反应,生成+2价的亚铁盐;②氧化铁与稀盐酸、稀硫酸反应,生成+3价的铁盐。
4.置换反应(1)定义:一种 与一种 反应,生成另一种 和另一种 的反应。 (2)特征:“单换单”。(3)表达式:A+BC AC+B。(4)四种基本反应类型:化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应。5.金属活动性顺序及其应用(1)金属活动性顺序
5.金属活动性顺序及其应用(2)规律①在金属活动性顺序里,金属位置越靠前,其金属活动性就越 。 ②在金属活动性顺序里,位于氢前面的金属能置换出稀盐酸、稀硫酸中的氢。③在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液中置换出来(K、Ca、Na除外)。(3)应用①判断置换反应能否发生a.判断金属与酸能否反应;b.判断金属与盐溶液能否反应。
5.金属活动性顺序及其应用(3)应用②根据金属活动性顺序判断金属与多种盐溶液反应后滤液、滤渣的成分。a.遵循“远距离先置换”的规律:相距越远越优先发生置换反应。b.一种金属与多种金属的盐溶液反应,反应后滤渣里面一定存在活动性最弱的金属单质,滤液里面一定存在活动性最强的金属离子。
1.铝具有良好的抗腐蚀性能,是因为铝的化学性质不活泼。( )2.经常用钢丝球擦洗铝锅。( )3.可用铁质容器来配制农药波尔多液。( )4.有单质生成的反应一定是置换反应。( )
【分析】 置换反应是由一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,有单质生成的反应不一定是置换反应,如过氧化氢分解。
【分析】 铝的化学性质比较活泼,铝具有良好的抗腐蚀性能,是因为常温下,铝与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝保护膜。
【分析】 用钢丝球擦洗铝锅会破坏铝锅表面的氧化膜。
【分析】 农业上常用硫酸铜、生石灰和水配制波尔多液,铁能和硫酸铜溶液反应,所以不能用铁质容器来配制波尔多液。
1.在学习金属的化学性质时,老师给大家演示了如图所示的实验,下列说法正确的是 ( )A.铜片表面始终没有明显变化B.一段时间后溶液由无色变为浅绿色C.反应后溶液中一定有硝酸铜,可能有硝酸银D.通过实验现象推测银和硫酸铜溶液也可以反应
2.小丽为确认所回收易拉罐的主要成分是铝还是铁,剪取金属片打磨后,设计了如图所示的两种不同方法进行检验,这样设计的依据是 ( )A.铁、铝有不同的物理性质B.活泼金属易与氧气反应C.排在氢前面的金属可以把酸中的氢置换出来D.活动性较强的金属可把活动性较弱的金属从它的盐溶液中置换出来
【解析】 金属活动性较强的金属能将金属活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来,铝、铁、锌三种金属的活动性由强到弱的顺序是铝>锌>铁。实验中将金属片放入氯化锌溶液中,金属片如果能置换出锌,则易拉罐的主要成分为铝,如果不能置换出锌,则易拉罐的主要成分为铁;将金属片放入氯化亚铁溶液中,金属片如果能置换出铁,则易拉罐的主要成分为铝,如果不能置换出铁,则易拉罐的主要成分为铁。
3.探究锌、铜、镁的金属活动性时,下列现象、分析或结论正确的是( ) A.盐酸的浓度可以不同B.铜片表面有气泡C.盛镁片的试管壁发烫D.活动性Cu>Zn>Mg
【解析】 探究锌、铜、镁的活动性时应控制金属的形状、大小等规格相同,控制盐酸的质量、浓度相同,A分析错误;铜不能与盐酸反应,铜片表面没有气泡冒出,B现象错误;镁与盐酸反应放热,盛镁片的试管壁发烫,C现象正确;三种金属的活动性顺序为 Cu
原子的最外层电子数相等
4.[2020山东潍坊]小明同学对金属的有关化学性质进行梳理和总结。请完成下列问题。(2)如图2,将一锌片投入稀硫酸中,观察到的现象是 ,该反应过程溶液中增加的粒子是 (用符号表示),溶液的pH (填“逐渐减小”“逐渐增大” 或“不变”),反应的化学方程式为 。
锌片表面有大量气泡冒出
4.[2020山东潍坊]小明同学对金属的有关化学性质进行梳理和总结。请完成下列问题。 (3)图3是将铜丝插入硝酸银溶液中反应的微观示意图,从微观粒子变化的角度分析该反应的实质是 . ,反应过程中溶液的质量变化是 (填“增大”“减小”或“不变”)。
铜原子失去电子变成铜离子,银离子得到电子变成银原子(或铜原子和银离子反应生成铜离子和银原子或Cu+2Ag+Cu2++2Ag)
【解析】 (3)铜和硝酸银溶液的反应中,每340份质量的硝酸银参加反应,生成188份质量的硝酸铜,反应过程中溶液的质量减小。
1.铁的冶炼(1)工业炼铁①主要设备:高炉②炼铁原料:铁矿石、 、石灰石和空气。 ③炼铁原理:在高温下,利用炉内反应生成的 把铁从铁矿石中还原出来,此过程涉及的反应有:C+O2 CO2、C+CO2 2CO、3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。 【归纳总结】 ①焦炭的作用是生成还原剂一氧化碳、提高高炉内的温度;②石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣;③高炉炼铁得到的是生铁。(2)一氧化碳还原氧化铁(详见实验)
2.金属的锈蚀与防护(1)铁生锈的条件:铁与空气中的 、 等共同作用,铁锈的主要成分是Fe2O3或Fe2O3·xH2O。 (2)铁制品锈蚀条件的探究(详见实验)(3)铁的防锈原理和措施①原理:隔绝空气和水。②防锈措施:a.保持铁制品表面洁净干燥;b.在铁制品表面涂保护膜,如电镀、刷漆、涂油、烤蓝等;c.改变铁的内部结构(制成合金),如制成不锈钢等。
3.金属资源的保护措施(1)防止金属锈蚀;(2)金属回收利用;(3)有计划、合理地开采矿物资源;(4)寻找金属的代用品。
1.铁在氧气中燃烧生成Fe2O3,铁生锈的主要产物是Fe3O4。( )2.高炉炼铁得到的铁是生铁。( )3.铁制品在潮湿的空气中易生锈。( )
【分析】 铁在氧气中燃烧生成Fe3O4,铁生锈的主要产物是Fe2O3。
1.[2020湖南邵阳]下图是实验室模拟工业炼铁的实验装置图,下列说法不正确的是 ( )A.B处玻璃管内发生的化学反应是氧化还原反应,还原剂是COB.在点燃酒精喷灯前,应先通入CO气体排尽装置中的空气C.该实验可以观察到B处固体从黑色逐渐变成红棕色D.该模拟实验缺少尾气处理装置,会污染空气
【解析】 Fe2O3粉末呈红棕色,生成的铁粉为黑色,B处可以观察到的现象是固体由红棕色变为黑色,C不正确。
2.[2020湖北宜昌]线上学习,居家实验。小明用三枚洁净无锈的铁钉,设计如图所示实验,探究铁生锈的条件。下列说法错误的是 ( )A.乙试管中植物油的作用是隔绝空气B.只有甲试管中的铁钉有明显锈迹C.乙、丙两支试管内的实验现象说明铁生锈需要水D.实验表明铁生锈是铁与空气和水共同作用的结果
【解析】 乙试管中的铁钉只与蒸馏水接触,丙试管中的铁钉只与空气接触,乙、丙两支试管中的铁钉均不生锈,两试管中现象对比,不能得出铁生锈需要水,C错误。
3.马踏飞燕(如图)为东汉青铜器,是我国国宝级文物。请回答下列问题。(1)马踏飞燕全身都有绿色铜锈,铜锈的化学式为Cu2(OH)2CO3,据此推断铜生锈与空气中的水蒸气、氧气、 有关。 (2)请你写出一条保护金属资源的有效方法: 。 (3)除铜锈和除铁锈的试剂相同,据此可选用 除去铜锈。 (4)青铜是 (填“纯净物”或“混合物”)。
防止生锈(或回收利用等,合理即可)
1.实验装置 2.实验原理: (用化学方程式表示)。 3.实验现象硬质玻璃管中: ; 试管中: ; 装置末端玻璃管尖嘴处: 。
红棕色粉末逐渐变成黑色
4.注意事项(1)通入一氧化碳前要先点燃右端酒精灯,目的是 。 。 (2)实验前要先通入一段时间的CO除尽装置内的空气,目的是 。 (3)实验结束后,先熄灭酒精喷灯,继续通入CO直至试管冷却,目的是 。 。 (4)一氧化碳有毒,会污染空气,实验装置中必须有尾气处理装置。
防止未反应的CO排放到空气中,造成空气污染
防止石灰水倒吸入玻璃管中,使玻璃管炸裂和防止生成的铁被空气中的氧气氧化
5.装置改进一氧化碳有毒,直接排放会造成空气污染,对尾气的处理有两种方案:方案一:利用一氧化碳的可燃性,将尾气直接在酒精喷灯处点燃,既可使一氧化碳转化为无毒的二氧化碳,又达到了节约资源的目的,如下图。 方案二:一氧化碳难溶于水,用排水法或气球将未反应的一氧化碳收集起来,如下图。
例1 某化学小组同学设计了如图所示的实验室模拟工业炼铁的实验装置,并提供所用药品。请回答问题: (1)检查装置的气密性。实验开始时,要先进行的操作是 (填“加热A处”或“通入CO”),A处发生反应的化学方程式为 。 (2)C处酒精灯的作用是 。 (3)实验结束后,应先 ,继续 。
处理尾气,防止其污染空气
例1 某化学小组同学设计了如图所示的实验室模拟工业炼铁的实验装置,并提供所用药品。请回答问题:(4)[2020河南]如图为CO还原Fe2O3的微型装置图。则A处V形管内的固体粉末由 色逐渐变黑; B处V形管内的溶液变浑浊,化学方程式为 ;将尾气点燃,化学方程式为 。
1.研究方法:控制变量法2.实验设计
(1)实验中用的水是经煮沸迅速冷却的蒸馏水,煮沸的目的是除去水中溶解的氧气,迅速冷却的目的是减少或防止空气中的氧气溶入水中。(2)试管中放入干燥剂的目的是干燥空气(或除去水蒸气),植物油的作用是隔绝空气,防止空气中的氧气溶解到水中。
3.实验分析与结论(1)对比分析①对比实验A、C可知,铁生锈需要 ; ②对比实验B、C可知,铁生锈需要 ; ③对比实验B、D可知,铁生锈需要 。 (2)结论:铁生锈的条件是铁与 同时接触。
例2 [2020江苏苏州]钢铁的腐蚀是重要研究课题。【知识回顾】用图1所示实验进行铁钉腐蚀的研究。一段时间后试管A、B中铁钉几乎没有生锈,而试管C中铁钉明显锈蚀,试管D、E中铁钉严重锈蚀。 图1(1)由A、B、C的现象可知,铁的锈蚀是铁跟 (填化学式)等物质作用的过程。 (2)试管B中使用“煮沸并迅速冷却的蒸馏水”,其目的是 。 。
除去蒸馏水中溶解的氧气且防止氧气再溶于水
例2 [2020江苏苏州]钢铁的腐蚀是重要研究课题。【知识回顾】用图1所示实验进行铁钉腐蚀的研究。一段时间后试管A、B中铁钉几乎没有生锈,而试管C中铁钉明显锈蚀,试管D、E中铁钉严重锈蚀。 图1【实验探究】向试管D中(含生锈铁钉)加入过量10%稀盐酸,浸泡。可观察到铁锈逐渐消失,铁钉表面有气泡产生,溶液呈黄色,一段时间后黄色变为浅绿色。(3)写出铁锈溶于盐酸的化学方程式: 。
例2 [2020江苏苏州]钢铁的腐蚀是重要研究课题。 (4)推测试管D中溶液由黄色变为浅绿色,可能是氯化铁与某些物质发生反应所致。现进行如下3个实验(持续10小时,已知氢气不影响该反应)。
①设计实验Ⅰ的目的是 。
探究FeCl3能否与稀盐酸反应生成FeCl2
②综合分析上述3个实验,试管D中溶液由黄色变为浅绿色的原因是 。 。
酸性条件下,FeCl3与铁钉发生反应生成FeCl2
【拓展延伸】研究水样的pH、水中溶解氧浓度与钢铁腐蚀速率的关系。查阅相关文献得到如下资料。 图2 图3(5)图2表示水样温度22 ℃、氧含量6 mL·L-1时,钢铁腐蚀速率与水样pH的关系。当pH<4时,钢铁腐蚀速率明显增大的原因是 。
钢铁与水样中的H+发生反应
【拓展延伸】研究水样的pH、水中溶解氧浓度与钢铁腐蚀速率的关系。查阅相关文献得到如下资料。 图2 图3 (6)图3表示温度22 ℃、pH=7时,钢铁腐蚀速率与水中溶解氧浓度的关系。当溶解氧浓度超过 20 mL·L-1时,钢铁腐蚀速率明显下降的原因可能是 。 。
钢铁表面生成较致密的氧化膜,阻碍O2、H2O与钢铁的接触
1.实验原理运用控制变量法借助金属与酸、可溶性盐溶液能否发生反应以及反应的速率来判断。2.探究方法方法一:金属与酸反应。能反应的金属在金属活动性顺序中位于氢(H)之前,不反应的金属在金属活动性顺序中位于氢(H)之后。方法二:金属与可溶性盐溶液反应。能发生反应,则表示该金属的活动性强于该盐溶液中的金属。
3.实验设计(1)比较两种金属的活动性强弱
(2)验证三种金属的活动性顺序(以验证铁、铜、银的活动性顺序为例) 方法一:“两金夹一盐”。即将活动性最强和最弱的两种金属单质分别插入排在中间的金属的盐溶液中。示例:将铁丝、银丝分别放入硝酸铜溶液中(如图所示),观察到试管①铁丝表面有红色固体析出,试管②中银丝表面无明显现象,说明金属活动性:铁>铜>银。方法二:“两盐夹一金”。即将排在中间的金属单质分别插入活动性最强和最弱的两种金属的盐溶液中。示例:将铜丝分别放入硝酸亚铁和硝酸银溶液中(如图所示),观察到试管③中铜丝表面无明显现象,试管④中铜丝表面有固体析出,说明金属活动性:铁>铜>银。
(3)比较四种金属的活动性强弱首先用酸将四种金属分为氢前金属和氢后金属两组,然后分别比较两组金属的活动性。4.注意事项(1)实验前必须用砂纸把金属表面打磨光亮,目的是除去表面的氧化物和污物。(2)做金属与酸反应的实验时,一般用稀盐酸或稀硫酸,不用硝酸和浓硫酸。(3)做金属与盐反应的实验时,盐必须能溶于水。(4)不是所有位于前面的金属都能将后面的金属从其盐溶液中置换出来,如K、Ca、Na。(5)要注意控制变量,如酸溶液和盐溶液的温度、浓度、体积等要相同,金属的形状、表面积等需要保持一致。
例 [2020宁夏]学习完金属的化学性质,同学们来到实验室进行锌、铜、银三种金属活动性顺序的探究活动。实验桌上老师提供的药品有:锌片、铜片、银片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、硝酸银溶液和稀硫酸。【制订计划】在老师的指导下,经过讨论,同学们设计出了以下几种实验方案:方案一:铜片、硫酸锌溶液、硝酸银溶液;方案二:锌片、银片、硫酸铜溶液;方案三:锌片、铜片、硫酸铜溶液、硝酸银溶液;你的设计方案是 。
锌片、铜片、稀硫酸、硝酸银溶液
例 [2020宁夏]学习完金属的化学性质,同学们来到实验室进行锌、铜、银三种金属活动性顺序的探究活动。实验桌上老师提供的药品有:锌片、铜片、银片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、硝酸银溶液和稀硫酸。【进行实验】小华同学选用方案三进行如下探究,请你他完成表格中的空白(注:表格中实验操作一栏用文字描述或图示表示均可):
铜片表面附着一层黑色物质,溶液由无色逐渐变为蓝色
将打磨过的锌片放入硫酸铜溶液中
例 [2020宁夏]学习完金属的化学性质,同学们来到实验室进行锌、铜、银三种金属活动性顺序的探究活动。实验桌上老师提供的药品有:锌片、铜片、银片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、硝酸银溶液和稀硫酸。
【解释与结论】根据上述实验,小华得出三种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 【反思与评价】探究活动结束后,同学们分享自己的收获与不足,并进行反思:(1)有同学提出,小华的实验中不用硫酸铜溶液也能得到相同的实验结论。简要说明其验证方法: 。 。 (2)经过讨论,大家一致认为以上实验方案中,方案 较好。
将打磨过的锌片放入铜片与硝酸银反应后的溶液中,观察锌片表面是否出现红色物质
(3)小华提出,试管中的金属可以回收再利用,这样做的意义是 . 。 【拓展与延伸】好奇的小华在老师指导下,把一定量的锌粒加入硫酸铜和硝酸银的混合溶液中,充分反应一段时间后,过滤,发现滤液呈无色。此时,滤渣中一定含有 ,溶液中离子数目增加的是 。
节约金属资源,防止造成环境污染
1.[2020甘肃平凉]有X、Y、Z三种金属,如果把X和Y分别放入稀硫酸中,X溶解并产生气泡,Y不反应;如果把Y和Z分别放入硝酸银溶液中,在Y表面有银白色物质析出,而Z没有变化。根据以上实验事实,判断这三种金属的活动性由强到弱的顺序为 ( ) A.X、Y、Z B.Z、Y、X C.Y、X、Z D.X、Z、Y
【解析】 把X和Y分别放入稀硫酸中,X溶解并产生气泡,Y不反应,说明在金属活动性顺序中X排在氢前,Y排在氢后。把Y和Z分别放入硝酸银溶液中,Y表面有银白色物质析出,而Z没有变化,说明在金属活动性顺序中Y排在银前,Z排在银后。故X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序为X、Y、Z。
2.[2020湖南岳阳]为验证铝、铜、银的金属活动性强弱,小明设计了以下四组实验,下列说法不正确的是 ( ) A.通过①②实验,可以证明金属活动性Al>CuB.通过①②③实验,可以证明金属活动性Al>Cu>AgC.若要用实验④证明金属活动性Al>Cu,X可以为Al,Y为CuSO4溶液D.若要用实验④证明金属活动性Cu>Ag,X可以为Cu,Y为AgNO3溶液
【解析】 试管①中能看到铝表面有气泡产生,②中无明显现象,可得出金属活动性Al>Cu;③中铝表面有银白色固体生成,可得出金属活动性Al>Ag。通过①②③实验,不能验证铜、银的活动性强弱,故B错误。
3.[2020山东青岛]某同学为验证镁、铁、铜、银的金属活动性顺序,设计了下图所示的四个实验(金属片均已打磨,且其形状大小相同;实验①②③所用稀盐酸的溶质质量分数和体积均相同)。 下列分析不正确的是( )A.对比实验①②反应的剧烈程度,能判断出镁和铁的金属活动性强弱B.分析实验②④的现象,能判断出铁、铜、银的金属活动性强弱C.分析实验④的现象,能判断出铜和银的金属活动性强弱D.分析四个实验的现象,能判断出镁、铁、铜、银的金属活动性顺序
4.金属材料被广泛应用于我们的生活中,不仅是因为其物理性能优良,还与它们的化学性质密切相关。下面是小明同学设计的探究金属铁、铜和镁的活动性强弱的实验过程和实验记录,请你一起探究。【实验目的】探究金属铁、铜和镁的活动性强弱。【所用试剂】稀硫酸、硝酸银溶液、光亮薄铁片、薄铜片、薄镁片。【实验过程】步骤Ⅰ:将铁片、铜片、镁片分别在空气中点燃,观察现象;步骤Ⅱ:将铁片、铜片、镁片分别放入三支盛有溶质质量分数相同、体积相同的稀硫酸的试管中;步骤Ⅲ:将铁片、铜片、镁片分别放入三支盛有溶质质量分数相同、体积相同的硝酸银溶液的试管中。
【实验记录】用“+”表示能观察到实验现象,用“-”表示观察不到实验现象(见下表)。 实验现象记录表
(1)通过步骤Ⅰ可以得出三种金属中镁的金属活动性最强,判断依据是 。 。 (2)运用“控制变量法”设计实验方案是化学研究的重要方法。步骤Ⅱ和步骤Ⅲ中,需要控制的实验条件除了溶液的体积、溶质质量分数以外,还需要控制的条件是 。 。写出镁与稀硫酸反应的化学方程式: ,此反应属于 (填基本反应类型)。
在空气中,镁与氧气的反应最剧烈
金属的规格(合理即可)
【实验记录】用“+”表示能观察到实验现象,用“-”表示观察不到实验现象(见下表)。 实验现象记录表
【实验结论】金属铁、铜和镁的活动性由强到弱的顺序是 (用元素符号表示)。 【反思交流】若利用上述试剂制取氢气,小明认为应该选用金属铁和稀硫酸反应,而不选用金属镁和稀硫酸反应,他的理由是 。
Mg和稀硫酸反应速率太快,不易控制
金属与酸、盐溶液反应的分析
突破点 1 金属与酸反应的分析
2.金属与酸反应的坐标曲线(1)横坐标表示反应时间,纵坐标表示氢气质量 该图像表示等质量的镁、铝、锌、铁分别与足量稀盐酸或稀硫酸反应时,生成氢气的质量与反应时间的关系。分析:①酸足量时,产生氢气的质量由金属的质量决定。②曲线越陡(先出现拐点),表示反应速率越快,金属的活动性越强;③“平台”越高,表示产生的氢气越多;④产生氢气越多,金属的相对原子质量越小(铝的Ar看成18)。
2.金属与酸反应的坐标曲线 该图像表示过量的镁、铝、锌、铁分别与等质量等质量分数的稀盐酸或稀硫酸反应时,生成氢气的质量与反应时间的关系。分析:酸不足时,产生的氢气质量由酸的质量决定。
2.金属与酸反应的坐标曲线 (2)横坐标表示酸的质量,纵坐标表示氢气质量 该图像表示向等质量的镁、铝、锌、铁中分别加入等浓度的稀盐酸或稀硫酸时,酸的质量与生成氢气质量的关系。分析:①酸不足时,足量金属与等质量、等浓度的同种酸反应,产生氢气的质量相等;②等质量的Mg、Al、Zn、Fe与足量酸反应时,产生H2的质量关系为Al>Mg>Fe>Zn。【特别提醒】 该图像的拐点不能表示金属的活动性强弱,平台越高,表示产生氢气的质量越大,消耗的酸越多。
例1 [2020山东滨州]现有质量相等的甲、乙、丙三种金属,分别放入三份溶质质量分数相同的足量稀硫酸中,生成氢气的质量与反应时间的关系如图所示(已知甲、乙、丙在生成物中均显+2价)。则下列说法错误的是 ( )A.完全反应所需时间:丙>甲>乙B.生成氢气的质量:甲>乙>丙C.相对原子质量:乙>丙>甲D.消耗硫酸的质量:甲>乙>丙
【思路分析】 甲、乙、丙三种金属分别与三份溶质质量分数相同的足量稀硫酸反应,金属完全反应。拐点表示反应结束,对应的横坐标是反应所需时间,对应的纵坐标是生成的氢气质量,由图示可知金属完全反应所需的时间和生成的氢气质量大小关系;金属的化合价相同,则生成氢气越多,金属的相对原子质量越小;金属与酸反应生成的氢气中的氢元素全部来自硫酸,则生成的氢气质量越大,消耗的硫酸质量越大。
(1)若金属足量而酸溶液被消耗完,则生成氢气的多少由酸的量决定。若酸一样多,则生成氢气的质量相等,但生成氢气的快慢仍由金属的活动性决定。(2)如果酸不足,产生氢气的量相同,相对原子质量小的金属一定过量,相对原子质量较大的金属可能过量,也可能恰好完全反应。
3.金属与酸反应的数字化实验不同金属的活动性不同,与酸反应的速率不同,产生氢气的体积不同,在密闭容器里若安装压强、温度或其他感应器,可检测容器内某些物理量的变化。
例2 小明将未打磨的铝片和稀盐酸放入密闭容器中,用传感器探究反应过程中温度和压强的变化,如图所示。从图中所获信息不正确的是 ( )A.反应过程中有热量放出B.50 s时,溶液中的溶质为AlCl3C.0~50 s,发生的反应为Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2OD.100~140 s,压强减小是因为温度降低
突破点 2 金属与盐溶液反应后滤液、滤渣成分的分析
1.金属与盐溶液反应的规律(1)一种金属与多种盐溶液反应,遵循“远距离先置换”的原则,金属先和最不活泼的金属的盐溶液反应。(2)多种金属与一种盐溶液反应,最活泼的金属先与盐溶液反应。(3)反应停止后过滤,滤渣中一定有最不活泼的金属单质,滤液中一定有不参加反应的及生成的盐溶液。(4)滤渣与滤液中的物质不能发生反应。
2.金属与混合盐溶液反应后滤液、滤渣的判断将一定量的锌加入硝酸铜和硝酸银的混合溶液中,反应后滤液、滤渣成分分析。(1)金属活动性顺序:Zn>Cu>Ag;(2)依据优先反应原则,确定发生反应的先后顺序为:先:Zn+2AgNO3 Zn(NO3)2+2Ag后:Zn+Cu(NO3)2 Zn(NO3)2+Cu
2.金属与混合盐溶液反应后滤液、滤渣的判断(3)判断反应进行的程度。锌先置换出AgNO3中的Ag,后置换出Cu(NO3)2中的Cu。随着加入锌的质量变化,可分为以下五种情况,存在两个分界点。
3.混合金属与盐溶液反应后滤液、滤渣的判断将锌和铜的混合物加入硝酸银溶液中,反应后滤液、滤渣成分分析。(1)金属活动性顺序:Zn>Cu>Ag;(2)依据优先反应原则,确定发生反应的先后顺序为:先:Zn+2AgNO3 Zn(NO3)2+2Ag后:Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+2Ag
3.混合金属与盐溶液反应后滤液、滤渣的判断(3)判断反应进行程度。AgNO3先与Zn反应,Zn耗尽后,AgNO3再与Cu反应。随着硝酸银溶液质量的变化,可分为以下五种情况,存在两个分界点。
例3 [2020山东泰安]向AgNO3、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2的混合溶液中加入一些锌粉,完全反应后过滤。不可能存在的情况是 ( )A.滤纸上有Ag,滤液中有Ag+、Cu2+、Zn2+、Mg2+B.滤纸上有Ag、Cu,滤液中有Zn2+、Mg2+C.滤纸上有Ag、Cu、Zn、Mg,滤液中有Zn2+D.滤纸上有Ag、Cu、Zn,滤液中有Zn2+、Mg2+
【思路分析】 向AgNO3、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2的混合溶液中加入一定量的锌粉,锌不与硝酸镁反应,先与硝酸银反应生成硝酸锌和银,待硝酸银完全反应后,再和硝酸铜反应生成铜和硝酸锌。滤纸上只有银,说明向混合溶液中加入锌粉,锌粉只和硝酸银发生了反应,而硝酸银可能完全反应也可能仍有剩余,锌粉量不足,没有和硝酸铜反应,滤液中含有硝酸铜、硝酸镁、硝酸锌,可能含有硝酸银;若锌粉的量恰好将溶液中的银和铜置换出来,则滤纸上有Ag、Cu,滤液中有Zn2+、Mg2+;锌的活动性弱于镁,不能把镁置换出来,所以滤纸上不可能有镁;滤纸上有银、铜、锌,说明加入的锌粉过量,则溶液中的硝酸银、硝酸铜全部反应,滤液中只含硝酸镁和生成的硝酸锌。
1.[2020贵州毕节]向一定质量的AgNO3和Cu(NO3)2混合溶液中加入足量锌粉,先后发生反应Ⅰ、Ⅱ,对反应前后溶液质量变化的下列分析正确的是 ( ) A.Ⅰ减小、Ⅱ增大 B.Ⅰ减小、Ⅱ减小C.Ⅰ增大、Ⅱ增大 D.Ⅰ增大、Ⅱ减小
2.[2020湖北襄阳]向质量均为m的锌粉和铁粉中分别滴加100 g相同质量分数的稀硫酸,反应过程中产生气体的质量与所加稀硫酸的质量关系如图所示,下列叙述正确的是( )A.反应后均得到无色溶液B.反应结束后两种金属均有剩余C.折线b表示的是铁和稀硫酸反应的情况D.反应结束后所得溶液的质量相等
【解析】 等质量的锌粉和铁粉分别与100 g相同质量分数的稀硫酸反应,由题中图像可知,金属均完全反应,酸有剩余,B错;铁与稀硫酸反应生成的硫酸亚铁溶液显浅绿色,A错;每56份质量的铁与稀硫酸反应生成2份质量的氢气,每65份质量的锌与稀硫酸反应生成2份质量的氢气,故最终铁与稀硫酸反应生成的氢气较多,则折线b表示的是铁与稀硫酸反应的情况,C正确;所加金属与稀硫酸的质量相同,金属均完全反应,生成氢气的质量不相等,所以反应后所得溶液的质量不相等,D错误。
3.[2019广东]取一定量打磨后的铝片于某容器中,再逐渐加入稀盐酸。加入稀盐酸的质量与有关量的变化关系图错误的是 ( )
【解析】 随着稀盐酸的加入,容器中溶液的质量逐渐增大,恰好完全反应后,增加的质量为所加稀盐酸质量,与恰好完全反应前增幅不同,B项图像错误。
4.[2020湖南衡阳]向一定质量的Zn(NO3)2和AgNO3混合溶液中加入a g铜粉,充分反应后过滤,得到某温度下的不饱和溶液和滤渣。下列有关说法错误的是( )A.滤渣的质量一定大于a gB.所得溶液中可能含有AgNO3C.整个过程中Zn(NO3)2的质量不变D.滤渣中一定含有单质Cu和单质Ag
5.[2020辽宁锦州]将一定量的锌粉加入硝酸镁和硝酸铜的混合液中,充分反应后过滤,得到滤渣和滤液。下列判断正确的是 ( )A.若滤液为蓝色,则滤渣中一定有锌、镁、铜 B.若向滤渣中加入稀盐酸有气泡产生,则滤液中一定有硝酸镁、硝酸锌、硝酸铜 C.若向滤液中加入氢氧化钠溶液,则一定有氢氧化铜生成 D.滤渣中一定含有铜,滤液中一定含有硝酸镁和硝酸锌
【解析】 锌的金属活动性比铜强,比镁弱,将一定量的锌粉加入硝酸镁和硝酸铜的混合液中,锌不与硝酸镁溶液反应,与硝酸铜反应生成硝酸锌和铜。若滤液为蓝色,说明硝酸铜有剩余,则滤渣中一定有铜,一定没有锌、镁,A错误。若向滤渣中加入稀盐酸有气泡产生,说明滤渣中含有锌,即锌是过量的,则滤液中一定有硝酸镁、硝酸锌,一定没有硝酸铜,B错误。无法确定滤液中是否含有硝酸铜,若向滤液中加入氢氧化钠溶液,则不一定有氢氧化铜生成,C错误。锌不能与硝酸镁溶液反应,与硝酸铜反应生成硝酸锌和铜,则滤液中一定含有硝酸镁和硝酸锌,滤渣中一定含有铜,D正确。
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