【学习目标】
1、了解常见金属的活动性顺序;
2、通过实验探究钠与氧气、钠与水、铝与氧气、铝与氢氧化钠溶液的反应、铁与水蒸气的反应等,能够描述相关的实验现象、书写对应的化学方程式;
3、掌握物质的量在化学方程式计算中的应用,定量研究化学反应中各物质之间的量的关系。
【知识网络】
【知识内容】
二、金属与非金属的反应
(一)钠的物理性质
①银白色金属光泽固体
②密度小(0.97g/cm3)(钠通常保存在煤油中),熔沸点低(熔点97℃,沸点882.9℃),硬度小(质软,可用刀切割)
③钠是电和热的良导体。
实验步骤:
(1)用镊子夹取一小块金属钠,用滤纸把钠块表面上的煤油擦干.
(2)将钠放在玻璃片上,用小刀切下绿豆大小的一块钠,观察新切开的钠的颜色和光泽.将此钠块在空气中停放一段时间,看其颜色和光泽是否有变化。
实验现象:用小刀轻轻一切,就能把钠块切开,新切开的钠呈银白色,像无锈的铁一样光亮,放置一段时间钠表面颜色逐渐变暗。
【注意】①取用钠要用镊子,切不可用手接触.②待用的钠要用滤纸吸净其表面的煤油.③取用的钠粒一般为绿豆粒大小,最大不超过黄豆粒大小.④切下来未用的钠要及时放回盛钠的试剂瓶.⑤吸过煤油的滤纸要妥善处理,切莫乱扔.
(二)钠与非金属的反应
1、与氧气反应
实验步骤:①将金属钠用小刀切开,在空气中放置一会儿,观察现象。
②再另取一小块金属钠,擦干表面的煤油后,放在石棉网上加热,观察现象。
【注意】①钠放在石棉网上片刻后再加热,有利于观察现象;②石棉网要干燥、石棉无破损;③石棉网的石棉要洁白,否则不易观察到Na2O2的浅黄色;④石棉网要放平,防止钠滚下石棉网.
现象:钠先熔化成小球,然后剧烈燃烧,发出黄色火焰,生成一种淡黄色固体
实验结论:
钠是非常活泼的金属,钠与氧气反应,条件不同,产物不同:不加热,生成氧化钠;点燃,生成过氧化钠.
(1)常温:钠与空气中的氧气反应生成一层氧化膜(钠通常保存在煤油或石蜡油中,以隔绝氧气)
4Na+O2=2Na2O(氧化钠 白色固体)
(2)加热或点燃:Na+O2Na2O2(淡黄色固体)特殊的氧化物——过氧化钠
【注意】
2、与氯气、硫的反应
①钠与氯气的反应:钠在氯气中剧烈燃烧,产生黄色火焰,生成大量白色的烟(白色固体小颗粒)。
2Na+Cl22NaCl
②钠与硫粉的反应:钠与硫粉混合研磨时燃烧,火星四射,发生爆炸
2Na+SNa2S
钠和其他非金属单质如Br2、I2、等在一定条件下也可直接发生反应。
3、铝与氧气反应
【科学探究:加热铝箔】空气中久置的铝箔:用坩锅钳夹住一小块铝箔在酒精灯上加热至熔化,轻轻晃动,观察现象。再取一块铝箔,用砂纸仔细打磨,除去表面的保护膜,再加热至熔化。
现象:两块铝箔都熔化,表面失去光泽,但熔化的铝并不滴落,好像有一层膜兜着。
现象解释:因为铝表面有一层氧化膜保护了铝。即使打磨过的铝箔,在空气中也会很快生成新的氧化膜。有薄膜的Al2O3的熔点(2050℃)高于Al(660℃),没有熔化,包在铝的外面使熔化的液态铝不会滴落下来。
铝容易被氧化而生成一层致密的氧化膜。
方程式:4Al + 3O22Al2O3
用途:燃烧弹、信号弹、火箭推进剂
三、金属与酸和水的反应
(一)钠与水反应
钠是非常活泼的金属,在常温下和冷水反应,产生气体。
【实验3-3】向一盛水的烧杯中滴入几滴酚酞试液,然后将一小块钠(约为1/2豌豆大小)投入烧杯中.
实验现象:钠“浮”在水面上,立即与水反应,并“熔”化成闪亮的小圆球,小圆球迅速四处“游”动,并伴有“嘶嘶”的响声且最后消失,烧杯中的溶液由无色变为红色。
口诀:浮——钠的密度比水小;熔——钠的熔点低,反应放热;游——产生气体,推动小球游动;
响——会发出嘶嘶的响声;红——使酚酞变红,生成碱性物质
钠与水反应的化学方程式 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
离子方程式 2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑
实验结论:钠浮在水面上,熔成小球,在水面上游动,有哧哧的响声,最后消失,在反应后的溶液中滴加酚酞,溶液变红。
【拓展实验】再用铝箔将一小块钠(绿豆大)包好,并在铝箔上刺些小孔,用镊子夹住,放在烧杯中试管口下面,用排水法收集一小试管气体,小心移近火焰,点燃.
实验现象:点燃气体,可听到轻微的爆鸣声。
【注意】1.在包裹钠块的铝箔上要多刺几个小孔,钠粒不能过大,否则,铝箔包会因内部气压大、温度高而发生爆炸;在将盛有氢气的试管移向酒精灯点火的过程中,要将试管口用手的拇指堵严,防止氢气逸出使实验效果不明显; 2.保存钠的无色液体不能为水,钠保存在石蜡油或煤油中;
3.钠着火后不能用水灭火(因为钠会与水反应),也不能用含有CO2或水的灭火器来灭火,因为钠的燃烧产物过氧化钠会和二氧化碳、水反应产生氧气,使燃烧的火焰更剧烈,应该用干燥的沙土扑灭。
(二)钠与酸的反应
钠与酸的反应比与水的反应更剧烈,极易爆炸,要特别小心.
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2↑
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Na放入稀盐酸中,是先与酸反应,置换出酸中的氢,酸不足再与水反应。因此Na放入到酸溶液中Na是不可能过量的。同时Na与H2的物质的量比始终是2:1。当然反应要比钠与水的反应剧烈多(酸中氢离子的浓度大于水中氢离子的浓度)。
【注意】钠和水反应就是钠与水电离出来的氢离子反应,酸在水中电离出氢离子,所以钠和酸直接反应,而不是先和水反应生成氢氧化钠后再和酸反应。
一般规律:
钠与酸溶液反应时,钠直接与溶液中的酸反应,但当钠与其它溶液反应时,一般是钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气,然后再看生成的氢氧化钠是否与原溶液中的溶质反应!
(三)钠与碱反应
钠与碱溶液反应:实质是钠与水反应。
(四)钠与盐溶液反应
1、钠与硫酸铜溶液的反应
判断对错:Na+CuSO4=Na2SO4+Cu
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4
总反应方程式:
2Na + CuSO4 + 2H2O = Cu(OH)2 ↓+Na2SO4 + H2 ↑
现象:有蓝色沉淀生成,有气泡放出
【由于Na与H2O反应是放热反应,放出的热量可使少量的氢氧化铜分解Cu(OH)2CuO+H2O。所以会有少量的黑色物质CuO。】
钠投入到NaCl溶液中只与水反应:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
(六)铁与水蒸气反应方法方法一方法二方法三实验装置
a.水蒸气的发生装置;b.水蒸气与铁粉反应装置;c.产物的检验(收集)装置气体用小试管收集一试管气体,点燃,听到轻微噗声,证明生成了H2用火柴点燃肥皂泡,听到爆鸣声,证明生成了H2实验结论方程式:3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2(注意产物是Fe3O4)
注意:
①该实验所用铁粉为还原铁粉(即刚用还原的方法得到的铁粉)。
②实验中收集气体,并通过爆鸣实验来验证氢气的产生。
四、铝与氢氧化钠溶液的反应
【实验 3-4】在2支试管里分别加入5mL盐酸和5mLNaOH溶液,再分别放入一小段铝片。观察实验现象。过一段时间后,将点燃的木条分别放在2支试管口,你看到什么现象?
1、与酸(非氧化性酸)反应
现象:Al片放入盐酸、NaOH溶液中,铝片溶解,都有气泡产生,点燃气体观察到蓝色火焰。
化学方程式:2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
离子方程式:2Al+6H+=2Al3++3H2↑
2、★与强碱溶液反应
Na、Mg、Fe都能与稀盐酸、稀硫酸反应,不能与NaOH溶液反应。
化学方程式:2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
离子方程式:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2- +3H2↑
要点诠释:
①Al与NaOH溶液反应的实质
铝是一种较活泼的金属,它并不直接与碱反应,铝与氢氧化钠溶液的反应,实际分两步进行:
首先要铝与水反应:2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑……①
由于生成的Al(OH)3覆盖在Al的表面,故看不到H2的生成;其次是生成的Al(OH)3是两性氢氧化物,它溶于NaOH:
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O……②
所以铝与NaOH溶液反应可以看到有气体产生。将两反应式按①+②×2合并,即得总反应式:2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑。所以在上述反应中Al是还原剂,H2O是氧化剂。其电子转移情况可表示如下:
铝的特殊性:既能跟酸反应产生H2,又能跟强碱溶液反应产生H2。
②Al与酸、碱反应产生同量的H2,消耗Al的物质的量之比为1∶1,消耗盐酸和NaOH的物质的量之比为3∶1。
③酸、碱、盐可直接侵蚀铝的保护膜(氧化铝也能与酸或碱反应)以及铝制品本身,因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。
④Al只与强碱反应,与弱碱如氨水不反应
五、物质的量在化学方程式计算中的应用
(1)公式
N= m /M N = n · NAV =n ·Vm CB=nB/ V液
(2)原理:
2Na + 2H2O= 2NaOH + H2↑
质量之比46g:36g:80g:2g
化学计量数之比2:2:2:1
扩大6.02×1023倍2×6.02×1023:2×6.02×1023:2×6.02×1023:6.02×1023
物质的量之比2mol : 2mol : 2mol : 1mol
【结论】化学方程式中各物质的化学计量数之比=参加反应的各物质的物质的量之比。
(3)根据化学方程式进行计算的基本步骤:
1)设:设所求物质的物质的量为n(B)[或质量为m(B),或气体在标准状况下的体积为V(B)等]。
2)写:写出相关的化学方程式。
3)标:在有关物质的化学式下面标出已知量和未知量。
4)列:列出所求物质的数学表达式。
5)解:根据比例式求解。
6)答:简明地写出答案。