Question

【題目】一個(gè)興趣小組同學(xué)們在一起探究金屬及金屬礦物的性質(zhì)，做了如下實(shí)驗(yàn)。

（1）探究鋁、鐵、銅三種金屬的活動性，小剛同學(xué)設(shè)計(jì)了用銅絲、鐵絲、鋁絲和稀鹽酸，只用一只試管，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(guān)問題。

實(shí)驗(yàn)步驟	觀察到的現(xiàn)象
①在試管中取少量鹽酸，插入銅絲，充分作用。	無明顯現(xiàn)象
②在①所得的溶液中，插入鐵絲，充分作用。	_____
③在②所得的溶液中插入鋁絲，充分作用。	_____

結(jié)論：金屬活動性由強(qiáng)到弱的順序_______。

（2）小明同學(xué)將鋁片、鋅片打磨后，分別投入盛有等體積、等濃度稀鹽酸的試管中，觀察到鋁與稀鹽酸反應(yīng)較鋅與稀鹽酸反應(yīng)快。

（提出問題）金屬與鹽酸反應(yīng)快慢，除與金屬的種類有關(guān)外，還受哪些因素的影響呢？

（猜想與假設(shè)）a．可能與鹽酸的濃度有關(guān)；b．可能與反應(yīng)時(shí)的溫度有關(guān)；c．你的猜想是__________________________________。

（設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)）小明利用如圖甲所示裝置，用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸和相同形狀的鋁片進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。

（交流討論）請寫出鋁與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________。

（分析數(shù)據(jù)）

實(shí)驗(yàn)編號	鹽酸的濃度（均取20mL）	溫度/℃	記錄的數(shù)據(jù)
①	5%	30
②	10%	20
③	5%	20
④	10%	30

實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)可能：_______________________；對比實(shí)驗(yàn)②③可知____對金屬與酸反應(yīng)的速率有影響。

（拓展延伸1）

小明進(jìn)行鋁與稀鹽酸反應(yīng)時(shí)，試管外壁發(fā)燙，并測得實(shí)驗(yàn)過程中生成氫氣的體積隨時(shí)間變化的曲線如圖乙所示，根據(jù)曲線歸納鋁與稀鹽酸反應(yīng)速率的變化規(guī)律：_____________。

（拓展延伸2 ）圖丙為測得的室溫下足量的鋁片與20ml 10%的稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的量與時(shí)間關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測得的實(shí)際值比通過計(jì)算得到的理論值偏大，請分析可能的原因（至少答兩點(diǎn)）。①__________________，②________________________。

（拓展延伸3 ）利用鋁與鹽酸產(chǎn)生的氫氣來做下列實(shí)驗(yàn)，稱取5.2g氧化鐵樣品，放入重48.48g的玻璃管中，按圖丁裝置連接，完全反應(yīng)后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質(zhì)量為52.24g，計(jì)算氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)____________。

（拓展延伸4）已知?dú)溲趸�鈉溶液與氫氧化鋁反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉溶液。在鋁與過量鹽酸反應(yīng)后的溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液過程中現(xiàn)象為____（下列圖像中，縱坐標(biāo)為沉淀質(zhì)量，橫坐標(biāo)為氫氧化鈉溶液質(zhì)量 ）

Answer 1

【答案】有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變?yōu)闇\綠色 鋁絲表面有黑色固體析出，溶液由淺綠色變?yōu)闊o色 鋁>鐵>銅 金屬與鹽酸的接觸面積有關(guān) 相同時(shí)間內(nèi)注射器中收集的氫氣體積（或注射器中收集相同體積的氫氣時(shí)所用的時(shí)間） 鹽酸的濃度 開始由慢變快，一段時(shí)間后，由快變慢 鋁和稀鹽酸反應(yīng)放熱，使生成的氣體受熱膨脹體積偏大 鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體混入氫氣中，使生成氣體體積偏大 92.3% D

【解析】

（1）①在試管中取少量鹽酸，插入銅絲，銅不與鹽酸反應(yīng)，試管中還是鹽酸溶液。

②在①所得的溶液中，插入鐵絲，充分作用，鐵絲與鹽酸反應(yīng)會生成氯化亞鐵和氫氣，所以會觀察到有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變成淺綠色。故填：有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變成淺綠色。

③在②所得的氯化亞鐵溶液中插入鋁絲，充分作用，鋁會置換出鐵，所以會看到鋁絲表面有黑色固體析出，溶液由淺綠色變?yōu)闊o色。故填：鋁絲表面有黑色固體析出，溶液由淺綠色變?yōu)闊o色。

結(jié)論：由①②銅不與鹽酸反應(yīng)而鐵能與鹽酸反應(yīng)可得，鐵的活動性強(qiáng)于銅；由③鋁可以置換出鐵得出，鋁的活動性強(qiáng)于鐵，從而得出金屬的活動性：鋁>鐵>銅。故填：鋁>鐵>銅。

（2）猜想與假設(shè)：影響化學(xué)反應(yīng)速率快慢的因素有：反應(yīng)物的濃度、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)物的接觸面積，所以影響金屬與鹽酸反應(yīng)快慢的因素，除了金屬的種類外，還可能有：鹽酸的濃度、反應(yīng)時(shí)的溫度和金屬與鹽酸的接觸面積。故填：金屬與鹽酸的接觸面積有關(guān)。

交流討論：鋁與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式：。故填：。

分析數(shù)據(jù)：因?yàn)橐獙Ρ鹊氖欠磻?yīng)速率快慢，所以實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)可能是：相同時(shí)間內(nèi)注射器中收集的氫氣體積（或注射器中收集相同體積的氫氣時(shí)所用的時(shí)間）；對比實(shí)驗(yàn)②③數(shù)據(jù)可知，鹽酸濃度不同導(dǎo)致金屬與酸反應(yīng)的速率不同。故填：相同時(shí)間內(nèi)注射器中收集的氫氣體積（或注射器中收集相同體積的氫氣時(shí)所用的時(shí)間）；鹽酸的濃度。

拓展延伸1：根據(jù)坐標(biāo)曲線可以看出，反應(yīng)開始由慢變快，一段時(shí)間后，由快變慢，這是因?yàn)殇\與稀鹽酸反應(yīng)放出熱量使溫度升高，試管外壁發(fā)燙，開始時(shí)溫度升高對反應(yīng)速率的影響較鹽酸濃度變小對反應(yīng)速率的影響大，一段時(shí)間后，鹽酸濃度變小對反應(yīng)速率的影響較溫度升高對反應(yīng)速率的影響更大。故填：開始由慢變快，一段時(shí)間后，由快變慢。

拓展延伸2 ：圖丙為測得的室溫下足量的鋁片與20ml 10%的稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的量與時(shí)間關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測得的實(shí)際值比通過計(jì)算得到的理論值偏大，即得到的實(shí)際氣體體積比理論值偏大，可能的原因有：鋁與鹽酸的反應(yīng)放熱，放出的熱量使生成的氣體膨脹，體積偏大；反應(yīng)過程中放熱，鹽酸中的氯化氫氣體可能揮發(fā)出來，混入生成的氣體中，使體積偏大。故填：鋁和稀鹽酸反應(yīng)放熱，使生成的氣體受熱膨脹體積偏大；鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體混入氫氣中，使生成氣體體積偏大。

拓展延伸3 ：利用鋁與鹽酸產(chǎn)生的氫氣來做下列實(shí)驗(yàn)，稱取5.2g氧化鐵樣品，放入重48.48g的玻璃管中，按圖丁裝置連接，完全反應(yīng)后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質(zhì)量為52.24g，硬質(zhì)玻璃管和里面的藥品反應(yīng)前后減少的質(zhì)量為 ，氫氣還原氧化鐵得到鐵和水蒸氣（被濃硫酸吸收），所以硬質(zhì)玻璃管和里面的藥品反應(yīng)前后減少的質(zhì)量就是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量即1.44g，所以氧化鐵的質(zhì)量= = ，樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)= 。故填：92.3%。

拓展延伸4: 因?yàn)辂}酸過量，所以氫氧化鈉加入后先發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，此過程沒有沉淀生成，當(dāng)鹽酸反應(yīng)完后，鋁與鹽酸反應(yīng)生成的氯化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁白色沉淀，沉淀的質(zhì)量逐漸增加，當(dāng)氯化鋁反應(yīng)完，生成的氫氧化鋁沉淀與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉溶液，沉淀溶解質(zhì)量減少直到沉淀全部溶解。所以D圖像符合該變化過程。故選D。