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  4. 质量守恒定律金属活动性

某兴趣小组对铁、锰(Mn)、铜的金属活动性顺序展开了探究.提供的药品:铁片、铜片、锰片、稀盐酸、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液、硫酸锰溶液.请你参与并将以下内容补充完整:提出假

一、题文

某兴趣小组对铁、锰(Mn)、铜的金属活动性顺序展开了探究.提供的药品:铁片、铜片、锰片、稀盐酸、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液、硫酸锰溶液.
请你参与并将以下内容补充完整:
提出假设:小组同学考虑到铁的活动性比铜强,对三种金属的活动性顺序提出如下假设.
假设l:锰>铁>铜    假设2:铁>锰>铜    假设3:______.
设计方案:
(1)验证假设l的实验方案是将锰片、铁片分别放入稀盐酸中,观察现象.
(2)假设2是否成立,小组同学提出了多种实验方案.
方案一是将锰片分别放入硫酸亚铁溶液和硫酸铜溶液中,观察现象;
方案二是______.
(3)验证假设3的实验方案是______.
实验及结论:小组同学通过实验交流后,确认假设1是成立的.验证假设1的实验现象是______.锰与盐酸反应的化学方程式为(反应中锰的化合价为+2价)______.
拓展研究:金属与酸的反应存在某种规律,请你分析下表中的数据,找到对应关系.
等质量(ag)的金属与足量盐酸反应
金属的相对原子质量245655
产生氢气的质量(g)a/12a/28a/27.5
找到的规律______

考点提示:质量守恒定律,金属活动性

二、答案

(1)根据假设1和假设2,除了以上两种情况,此外情况可能是铁>铜>锰
    (2)对于假设2可以设计不同的方案,只要能证明即可.比如将锰片、铁片分别放入稀盐酸中,再取锰片放入硫酸铜溶液中,观察现象(或将铁片和铜片分别放入硫酸锰溶液中,观察现象)
(3)对于假设3,我们由以上的实验可知铁的金属活动性最强,对于铜和锰可以将锰片放入硫酸铜溶液中,观察现象通过此实验来探究.由于假设1成立,锰>铁那么他们都与盐酸反应,且前者与酸反应更剧烈.生产物也是氢气和相应的盐.对于拓展研究,可以通过观察得从结论,等质量相同价态的金属与足量的酸完全反应,相对原子质量越大(小),产生的氢气的质量越少(多).
故正确答案:
【提出假设】铁>铜>锰
【设计方案】(2)将锰片、铁片分别放入稀盐酸中,再取锰片放入硫酸铜溶液中,观察现象(或将铁片和铜片分别放入硫酸锰溶液中,观察现象)
(3)将锰片放入硫酸铜溶液中,观察现象
【实验及结论】都有气泡产生,锰片的反应比铁片的反应剧烈(或产生气泡的速率锰大于铁);Mn+2HCl═MnCl2+H2
【拓展研究】等质量相同价态的金属与足量的酸完全反应,相对原子质量越大(小),产生的氢气的质量越少(多)

三、考点梳理

知名教师分析,《某兴趣小组对铁、锰(Mn)、铜的金属活动性顺序展开了探究.提供的药品:铁片、铜片、锰片、稀盐酸、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液、硫酸锰溶液.请你参与并将以下内容补充完整:提出假》这道题主要考你对 质量守恒定律金属活动性 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:质量守恒定律,金属活动性

考点名称:质量守恒定律
  • 质量守恒定律的概念及对概念的理解:
    (1)概念:参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。这个规律就叫做质量守恒定律。

    (2)对概念的理解:
    ①质量守恒定律只适用于化学反应,不能用于物理变化例如,将2g水加热变成2g水蒸气,这一变化前后质量虽然相等,但这是物理变化,不能说它遵守质量守恒定律。
    ②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒,如对反应物和生成物均是气体的反应来说,反应前后的总质量守恒,但是其体积却不一定守恒。
    ③质量守恒定律中的第一个“质量”二字,是指“参加”化学反应的反应物的质量,不是所有反应物质量的任意简单相加。
    例如,2g氢气与8g氧气在点燃的条件下,并非生成10g水,而是1g氢气与8g氧气参加反应,生成9g水
    ④很多化学反应中有气体或沉淀生成,因此“生成的各物质质量总和”包括了固态、液态和气态三种状态的物质,不能把生成的特别是逸散到空气中的气态物质计算在“总质量”之外而误认为化学反应不遵循质量守恒定律
  • 质量守恒定律的微观实质:
    (1)化学反应的实质在化学反应过程中,参加反应的各物质(反应物) 的原子,重新组合而生成其他物质(生成物)的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为:


    (2)质量守恒的原因在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子本身的质量也没有改变,所以,反应前后的质量总和必然相等。例如,水通电分解生成氢气和氧气,从微观角度看:当水分子分解时,生成氢原子和氧原子,每两个氢原子结合成一个氢分子,每两个氧原子结合成一个氧分子。

     
  • 质量守恒定律的延伸和拓展理解:

    质量守恒定律要抓住“六个不变”,“两个一定变”“两个可能变”。
    六个不变宏观反应前后的总质量不变
    元素的种类不变
    元素的质量不变
    微观原子的种类不变
    原子的数目不变
    原子的质量不变
    两个一定变物质的种类一定变
    构成物质的分子种类一定变
    两个可能变分子的总数可能变
    元素的化合价可能变

    如从水电解的微观示意图能得出的信息:
    ①在化学反应中,分子可以分成原子,原子又重新组合成新的分子;
    ②一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的,或一个氧分子由两个氧原子构成、一个氧分子由两个氢原子构成。或氢气、氧气是单质,水是化合物
    ③原子是化学变化中的最小粒子。
    ④水是由氢、氧两种元素组成的。
    ⑤在化学反应,氧元素的种类不变。
    ⑥在化学反应中,原子的种类、数目不变。
    ⑦参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
  • 质量守恒定律的发现:
    1. 早在300多年前,化学家们就对化学反应进行定量研究。1673年,英国化学家波义耳(RobertBoyle, 1627-1691)在一个敞口的容器中加热金属,结果发现反应后容器中物质的质量增加了。

    2. 1756年,俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里锻烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里物质的总质量,在锻烧前后并没有发生变化。经过反复实验,都得到同样的结果,于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。

    3. 1774年,法国化学家拉瓦锡用精确的定量实验法,在密封容器中研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系,得到的结论是:参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

    4. 后来.人们用先进的测址仪器做了大量精度极高的实验,确认拉瓦易的结论是正确的。从此,质量守恒定律被人们所认识。

    质量守恒定律的应用:
    (1)解释问题
    ①解释化学反应的本质—生成新物质,不能产生新元素(揭示伪科学的谎言问题)。
    ②解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某反应物或生成物。

    (2)确定反应物或生成物的质量
    确定反应物或生成物的质量时首先要遵循参加反应的各种物质的质量总量等于生成的各种物质的质量总和;其次各种物质的质量比等于相对分子质量与化学计量数的乘积之比。

    (3)确定物质的元素组成
    理解在化学反应前后,元素的种类不发生改变。可通过计算确定具体的元素质量。

    (4)确定反应物或生成物的化学式
    比较反应前后各种原子个数的多少,找出原子个数的差异。但不能忘记化学式前的化学计量数。

    (5)确定某物质的相对分子质量(或相对原子质量)
    运用质量守恒定律确定某物质的相对分子质量 (或相对原子质量)时,首先寻找两种已知质量的物质,再根据化学方程式中各物质间的质量成正比即可计算得出。注意观察物质化学式前面的化学计量数。

    (6)确定化学反应的类型
    判定反应的类型,首先根据质量守恒定律判断反应物、生成物的种类和质量(从数值上看,反应物质量减少,生成物质最增加)。如果是微观示意图,要对比观察减少的粒子和增加的粒子的种类和数目再进行判断。

    (7)判断化学方程式是否正确
    根据质量守恒定律判断化学方程式的对与否关键是看等号两边的原子总数是否相等,同时注意化学式书写是否有误。
考点名称:金属活动性
  • 定义:
    金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的性质。
  • 常见金属活动性顺序:
    K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

    金属活动性顺序表的意义
    (1)金属的位置越靠前,它的活动性越强
    (2)位于氢前面的金属能置换出酸中的氢(强氧化酸除外)。
    (3)位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来(K,Ca,Na除外)。
    (4)很活泼的金属,如K、Ca、Na与盐溶液反应,先与溶液中的水反应生成碱,碱再与盐溶液反应,没有金属单质生成。如:
    2Na+CuSO4+2H2O==Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2
    (5)不能用金属活动性顺序去说明非水溶液中的置换反应,如氢气在加热条件下置换氧化铁中的铁:
    Fe2O3+3H22Fe+3H2O

    金属原子与金属离子得失电子能力的比较



    金属活动性顺序表的应用

    (1)判断某些置换反应能否发生
    a.判断金属与酸能否反应:
    条件:
    ①金属必须排在氢前面
    ②酸一般指盐酸或稀硫酸
    b.判断金属与盐溶液能否反应:
    条件:
    ①单质必须排在盐中金属的前面
    ②盐必须可溶于水
    ③金属不包含K、Ca、Na
    (2)根据金属与盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分。如向CuSO4,AgNO3混合液中加铁粉,反应后过滤,判断滤液和滤渣成分。铁与CuSO4和AgNO3溶液反应有先后顺序,如果铁足量,先将AgNO3中的Ag完全置换后再置换CuSO4中的Cu,那么溶液中只有FeSO4;如果铁的量不足,应按照“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。
    (3)根据金属活动性顺序表判断金属与酸反应的速率或根据反应速率判断金属的活动性顺序。如镁、锌、铁三种金属与同浓度的稀H2SO4反应产生氢气的速率:Mg>Zn>Fe,则可判断金属活动性Mg>Zn>Fe,
    (4)利用金属活动性顺序表研究金属冶炼的历史。金属活动性越弱,从其矿物中还原出金属单质越容易; 金属活动性越强,从其矿物中还原出金属单质越难。所以越活泼的金属越不易冶炼,难于冶炼的金属开发利用的时间就越迟。
    (5)应用举例
    a.湿法炼铜我国劳动人民在宋代就掌握了湿法炼铜技术,即将铁放入硫酸铜溶液中置换出铜: Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。
    b.从洗相废液中回收银洗相废掖中含有大量的硝酸银,可用铁置换回收: Fe+2AgNO3==Fe(NO3)2+2Ag。
    c.处理工业废水中的铜、汞离子工业废水中常含铜、汞等金属离子,这些离子对生物有很大的危害,在排放前必须进行处理,可用铁置换回收:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu
    d.实验室选择金属与酸反应制取氢气在金属活动性顺序表中,H之前的金属都能跟稀 H2SO4、稀HCl反应产生氢气,但Zn之前的金属与酸反应太快。不便操作;Zn之后的金属与酸反应太慢,花费时间太长,从经济效益和反应速率多方而考虑,Zn是最合适的金属。
  • 金属与混合溶液的反应
    (1)将一种金属单质放入几种金属的盐溶液的混合液中时,其中排在金属活动性顺序表巾最靠后的金属最先被置换出来,然后再依次置换出稍靠后的金属。简记为“在金属活动性顺序中,距离远,先反应”。如将金属Zn。放入FeSO4和CuSO4的混合溶液中,Zn先与CuSO4发生置换反应,与CuSO4反应完后再与FeSO4 发生置换反应。根据金属锌的最不同可分为以下几种情况:
    金属锌的量析出金属滤液的成分
    锌不足(不能与CuSO4溶液完全反应)CuZnSO4、FeSO4、CuSO4
    锌不足(恰好与CuSO4溶液完全反应)CuZnSO4、FeSO4
    锌不足(不能与FeSO4溶液完全反应)Fe、CuZnSO4、FeSO4
    锌适量(恰好与FeSO4溶液完全反应)Fe、CuZnSO4
    锌足量Zn、Fe、CuZnSO4
    (2)将几种不同的金属放入同一种盐溶液中,发生反应的情况与将一种金属放入几种金属的盐溶液中相似,也是在金属活动性顺序表中,距离越远的先反应,然后是距离较远的反应。

    金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法:
    (1)等质氢图:两种金属反应产生的氢气质量相同,此图反映两种情况:

    ①酸不足,金属过虽,产生的氢气质量由酸的质量决定。
    ②酸足量,投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好相同,如6.5g锌和5.6g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。
    (2)等质等价金属图:如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都是+2价,产生氢气的速率和质量不同。此图反映出:

    ①金属越活泼,图示反应物的线越陡,如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡,说明活泼性Mg>Zn>Fe
    ②金属的相对原子质量越小。等质量时,与酸反应产生的氢气越多,曲线的拐点越高,因此,相对原子质量Zn >Fe>Mg。
    可简单概括为:越陡越活,越高越小。
    (3)等质不等价金属图:铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2,此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速率不同而且生成的氢气的质量与金属化合价有关。
    可用下面式子计算氢气质量:


    金属与酸或盐溶液反应前后溶液密度变化的判断方法:
    金属与酸的反应和金属与盐溶液的反应均为置换反应,反应后溶液的溶质发生了改变,导致溶液的溶质质量分数、溶液的密度也随之改变。反应前后溶液的密度的变化取决于反应前后溶液中溶质的相对分子质量的相对大小。
    (1)反应后溶液密度变小:如Fe+CuSO4== FeSO4+Cu,在该反应中,反应前溶液中的溶质为CuSO4,其相对分子质量为160;反应后溶液中的溶质为FeSO4,其相对分子质量为152,由于152<160,故该反应后溶液密度变小。
    (2)反应后溶液密度变大:如Zn+H2SO4== ZnSO4+H2↑,在该反应中,反应前溶液中的溶质为H2SO4,相对分子质量为98;反应后溶液中溶质为ZnSO4,相对分子质童为161,由于161>98。故该反应后溶液密度变大。
  • 真假黄金的鉴别:
    黄金是一种具有金黄色光泽的金属、化学性质极不活泼。黄铜的外形与黄金非常相似,所以不法分子常用黄铜(Zn,Cu合金)来冒充黄金。但二者之间的性质有很大差异,可用多种方法鉴别。
    方法一:取少量金黄色金属块于试管中,加入少量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生(Zn+2HCl==ZnCl2 +H2),则原试样为黄铜;若没有气泡产生,则原试样为黄金。
    方法二:取少量金黄色金属块,用天平称其质量,用量筒和水测出其体积,计算出金属块的密度与黄金的密度对照,若密度相等,则为黄金;若有较大的差异,则为黄铜。
    方法三:取少员金黄色金属块在火焰上加热,若金属块表面变黑(2Cu+O22CuO,则原试样为黄铜;若无变化,则为黄金。
    方法四:取少讨金黄色金属块于试管中,向试管中加人适量的硫酸铜溶液,若金属块表而出现红色物质且溶液颜色变浅(Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu),则原试样为黄铜;若无变化,则原试样为黄金。

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