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化学第一节 金属的化学性质第2课时导学案
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这是一份化学第一节 金属的化学性质第2课时导学案，共15页。学案主要包含了金属与酸的反应，金属与水的反应，铝与盐酸等内容，欢迎下载使用。
一、金属与酸的反应
1．反应实质：金属与酸电离出的H＋发生置换反应。
2．反应条件：金属活动性顺序表中H之前的金属与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸发生反应，生成盐和__H2。
3．反应实例(写离子方程式)
(1)镁条放入稀硫酸中Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
(2)金属铝溶于盐酸中2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(1)金属越活泼，该金属与酸或水发生置换反应越容易吗？
提示：金属越活泼，还原性越强，与酸或水发生置换反应越容易。
(2)(知识前后串联)我们初中学过铁和铝都能与稀硫酸反应，那么，1 ml Fe和1 ml Al分别与足量的稀硫酸反应转移的电子数分别是多少？
提示：2NA、3NA。铁和铝与足量的稀硫酸反应后的价态不同，分别变为＋2和＋3，故1 ml Fe和1 ml Al转移电子的数目分别为2 NA、3 NA。
二、金属与水的反应
1．钠与水的反应
(1)实验探究
(2)实验结论：钠与水反应剧烈，生成NaOH，化学方程式是2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
2．铁与水蒸气的反应
(1)据报道，郑州市某小区地下停车场内曾发生火灾，起因是蜡烛照明而引起地下室内放置的固体钠燃烧，主人不知钠的特性而用水灭火，结果产生急速化学反应，起火并引燃下水管道等存放物，滚滚浓烟冲出，瞬间充斥地下停车场，并弥漫整个小区。
钠着火时应如何扑灭？用水加速化学反应的原因是什么？
提示：应用沙土、石棉等盖灭。用水时Na与H2O反应放热且产生H2，燃烧加剧火势。
(2)(教材二次开发)教材中铁与水的方程式表示为“3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2”，在日常生活中为何可以用铁壶烧水？另外，“趁热打铁”是物理变化吗？
提示：铁与冷水、热水不反应，只能与水蒸气反应。趁热打铁过程中除了铁的形状发生改变外，生铁中的碳与氧气反应生成CO2，发生化学变化。
(3)(情境思考)某船员在运输盛有钠的铁桶时，不小心把盖子打开，桶内马上冒起浓浓的白烟，而且一接触桶内物质，双手立刻感到剧烈的疼痛，情急之下他将桶推到江里。一遇到水，桶立马爆炸。盛有钠的桶遇水立马爆炸的原因是什么？
提示：钠与水反应放出热量，使生成的氢气发生爆炸。
三、铝与盐酸、氢氧化钠溶液的反应
(1)若要除去铁粉中的少量铝粉，可采用什么方法？
提示：可利用铝与强碱溶液反应的原理除去铝粉，可将混合物加入过量NaOH溶液中溶解，然后过滤、洗涤、干燥可除去铁粉中的铝粉。
(2)(知识前后串联)阴离子中一定不含有金属元素吗？
提示：不一定。AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 中含有金属元素。
(3)(情境思考)生活中有这样的生活经验，铝锅可经受千蒸万煮，却难忍耐油盐酱醋，这是什么原因造成的呢？
提示：酸碱盐直接侵蚀氧化铝保护膜及铝本身。
知识点一 钠与水、酸、碱、盐溶液反应的实质
1．钠与水反应的实质
钠与水反应的化学方程式是2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，氧化剂是H2O，还原剂是Na，离子方程式是2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
2．钠与溶液反应的实质
【特别提示】(1)钠与饱和碱溶液反应时，虽然只是钠与水反应，但是因水的消耗，会使碱结晶析出。
(2)书写钠与盐反应的化学方程式时，可以分步书写，也可以写总反应的化学方程式。
(1)(思维升华)钠投入硫酸镁溶液中，能否置换出镁，为什么？(宏观辨识与微观探析)
提示：钠不能从硫酸镁溶液中置换出镁。钠与水反应生成NaOH和H2，NaOH又与MgSO4反应生成Mg(OH)2。
(2)(情境应用)某实验小组对钠与水反应的实验进行了研究，为点燃反应生成的H2，他们设计了图示装置。实验小组查阅煤油的密度为0.80 g·cm－3、水的密度为1.00 g·cm－3，并据此对实验进行改进。在改进后的实验中H2的生成速率减慢，原因是什么？(科学探究与创新意识)
提示：钠的密度比煤油大，而比水小，钠与水反应产生的H2会使钠的浮力增大而上升，进入煤油层后反应停止又下降。
【典例1】把金属钠投入下列物质的溶液中，溶液质量减轻的是( )
A．HCl B．Na2SO4
C．FeCl3 D．NaOH
【解题指南】解答本题注意以下思维流程：
(1)金属钠投入溶液中，由于Na变为离子形式溶于溶液，会使溶液质量增加。
(2)钠与水、与酸(H＋)反应放出H2，都使溶液质量减轻。且钠与水反应生成的碱还有可能和盐的离子生成难溶的碱导致溶液质量减轻，溶液质量是否减轻，就要看这一增一减的净结果。
【解析】选C。A中2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，H＋换成Na＋，溶液质量增加；B中Na与水反应，H2O中H＋换成Na＋，溶液质量增加；C中＋6H2O＋2FeCl3===＋6NaCl＋，显然溶液质量减轻；D中＋2H2O===2NaOH＋，溶液质量增加。
【母题追问】(1)将金属钠放入盛有饱和食盐水的小烧杯中，恢复常温后，产生的现象是什么？溶液质量如何变化？
提示：析出白色固体。反应消耗水，析出氯化钠，溶液质量减轻。
(2)2 ml Na与足量盐酸完全反应，溶液的质量如何改变？改变多少？
提示：2 ml Na的质量是46 g，由2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑知，46 g Na生成2 g H2，溶液的质量增加44 g。
钠的性质“五字口诀”
银白轻低软，传导热和电，遇氧产物变，颜色大改观，遇水生共性，浮熔游响红，遇酸酸优先，遇盐水在前。
【典例2】(2020·聊城高一检测)取一支大试管，加入20 mL饱和澄清石灰水(ρ＝1.6 g·cm－3)，再加入5 mL苯(ρ＝0.87 g·cm－3)，静置后缓慢加入绿豆粒大小的钠块(ρ＝0.97 g·cm－3)。下列实验现象中，能观察到的现象有( )
①钠在饱和澄清石灰水层反应并四处游动
②有气体产生
③溶液变浑浊
④钠在石灰水与苯的界面处反应并上下跳动
⑤钠停留在苯层不反应
⑥钠块最后消失
A．①②⑥ B．②③④⑥
C．⑤ D．①②③⑥
【思维建模】解答有关钠与碱、盐溶液反应的思维流程如下：
【解析】选B。根据题意，金属钠的密度小于石灰水，但大于苯，故将金属钠投入盛有石灰水和苯的大试管中，钠会处于二者的界面处；同时由于钠与水反应生成氢气，对金属钠产生推动作用，故金属钠在界面处可能上下跳动。由于有NaOH生成，并放出热量，Ca(OH)2的溶解度减小，故有Ca(OH)2析出，溶液变浑浊。
金属钠与水、酸、盐溶液反应现象分析的思维模板
①共性：浮：钠浮在液面上；熔：钠熔化成光亮的小球；游：在液面上不停地游动直至反应完；响：反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。
②差异性：与酸及能形成弱酸的金属盐溶液反应时，由于溶液中H＋浓度较大，比钠与水反应剧烈，最后钠可能在液面上燃烧；与盐溶液反应时，还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。
1．(2020·枣庄高一检测)在一定温度下，向饱和NaOH溶液中投入一小块金属钠，充分反应后恢复到原来的温度，下列叙述合理的是( )
A．NaOH溶液浓度增大，并放出H2
B．溶液中NaOH的质量分数不变，有H2放出
C．总溶液的质量增大，有H2放出
D．总溶液的质量不变，有H2放出
【解析】选B。钠投入溶液后，立即与水作用生成NaOH和H2，由于原溶液为饱和溶液，因此NaOH结晶析出后溶液仍然是饱和溶液，质量分数不变，且消耗部分原溶剂水及对应析出部分NaOH晶体，故总溶液质量减小。
2．(2020·中山高一检测)将一小块金属钠投入足量的下列溶液，既能生成气体，又能生成蓝色沉淀的是( )
A．MgCl2溶液 B．Ba(OH)2稀溶液
C．CuSO4溶液 D．CaCl2溶液
【解析】选C。A项，将一小块金属钠投入MgCl2溶液中，有气体、白色沉淀生成，不符合题意；B项，将一小块金属钠投入Ba(OH)2稀溶液中，无蓝色沉淀生成，不符合题意；C项，将一小块金属钠投入CuSO4溶液，Na先与水反应生成NaOH和H2，NaOH再与CuSO4反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀，符合题意；D项，将一小块金属钠投入CaCl2溶液中，无蓝色沉淀生成，不符合题意。
【加固训练】
1．(2019·成都高一检测)对于反应：TiCl4＋4Na===4NaCl＋Ti，下列有关说法不正确的是( )
A．该反应既属于置换反应，又属于氧化还原反应
B．该反应可以用来冶炼金属
C．该反应的条件是TiCl4为熔融状态或在水溶液中
D．该反应说明钠的金属活泼性比钛强
【解析】选C。反应的特征是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，为置换反应，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故A正确；反应可用于制备Ti，故B正确；因Na较活泼，能与水反应，故该反应不能在水溶液中进行，故C错误；该反应为置换反应，说明钠的金属活泼性比钛强，故D正确。
2．少量金属钠投入CuSO4溶液中，正确的反应方程式是( )
①2Na＋CuSO4===Na2SO4＋Cu
②Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑
③2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
④2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4
A．①③ B．①② C．③④ D．②③
【解析】选C。Na与CuSO4溶液的反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4
总反应式为2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。
3. (2020·大庆高一检测)如图所示，在烧杯中盛有100 mL蒸馏水，水中悬浮着一个表面光滑、耐碱、耐热的小球(此球稳定在水的中央)，将10 g金属钠分多次投入水中，最后使烧杯内的液体恢复到原来蒸馏水的温度。回答下列问题：
(1)10 g钠要分多次投入的主要原因是_________________________________
__________________________________________________________________。
(2)将10 g钠全部投入完毕所进行的次数可能是________。
A．5次 B．10次 C．大于10次
(3)实验结束后，从烧杯内小球的位置观察到的现象是_______________________________________________________________，
出现这种现象的主要原因是_____________________________________。
(4)实验过程中所发生反应的离子方程式是____________________________
_________________________________________________________________。
【解析】钠与水反应剧烈，易发生爆炸，使用时要严格控制用量，钠的密度小于1 g·cm－3，黄豆粒大小的一块钠的体积(立方体的边长肯定小于1 cm)小于1 cm3，则其质量小于1 g，故10 g钠全部投入完毕所进行的次数要大于10次。钠与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠溶液的密度大于水的密度，小球受到的浮力增大。
答案：(1)钠与水反应剧烈，放出的热量多，易发生爆炸 (2)C
(3)小球上升 钠与水反应生成氢氧化钠，液体的密度增大，小球受到的浮力增大
(4)2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
知识点二 铝与氢氧化钠溶液反应的深度理解
1．铝与氢氧化钠溶液反应的实质
铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与水反应生成Al(OH)3和氢气，然后Al(OH)3再与NaOH反应，所以其得失电子情况应该用下式表示：
2 eq \(A,\s\up6(0)) l＋2NaOH＋6 eq \(H,\s\up6(＋1)) 2O===2Na eq \(Al,\s\up6(＋3)) 失去2×3e－，被氧化O2＋3 eq \(H,\s\up6(0)) 得到6×e－，被还原2↑＋4H2O
氧化剂是H2O，还原剂是Al。
2．铝与酸或碱反应中的比例关系
3.铝与酸、碱反应的规律分析
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：
①生成H2的物质的量之比为1∶1。
②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①生成H2的物质的量之比为1∶3。
②消耗Al的物质的量之比为1∶3。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：若产生氢气的体积比为 eq \f(1,3) < eq \f(VHCl（H2）,VNaOH（H2）) <1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
【方法导引】
关系式法
关系式是化学计算中用来表示已知量与未知量成比例关系的式子。根据关系式确定数量关系进行化学计算的方法叫关系式法。关系式能跨越多步反应、多种物质，抓住物质变化过程中已知量与未知量之间的关系，使思路简洁，并有效提高解题速度和准确性。如Mg、Al与盐酸反应可得关系式：Mg～H2↑，2Al～3H2↑。
1．(情境应用)将两小块质量相等的金属钠，一块直接放入水中，另一块用铝箔包住，在铝箔上刺些小孔，再投入水中，试分析两者放出的氢气质量是否相等？
提示：不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的钠放入水中，钠先与水反应，产生的H2与直接把钠投入水中所产生的H2的量相同，但生成的氢氧化钠溶液会与铝箔反应产生H2，故后者产生的H2总量大于前者。
2．(思维升华)将等体积等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加入等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6。则甲、乙两烧杯中的反应情况如何？
提示：甲中Al过量，乙中Al不足。若两种情况下都是Al不足，则生成H2的体积比应为1∶1；若两种情况下Al都过量，则生成H2的体积比应为2∶3。因生成H2的体积比为5∶6，故只能是一种溶液中Al不足，另一种溶液中Al过量，等物质的量的NaOH比H2SO4消耗Al更多，因此，只能是甲中Al过量，乙中Al不足。
【典例】(2020·西安高一检测)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 ml·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比V(甲)∶V(乙)＝1∶2，求加入铝粉的质量。
【解题指南】解答要注意以下两点：
(1)根据产生H2的体积比： eq \f(1,3) ＜ eq \f(VHCl（H2）,VNaOH（H2）) ＜1判断反应的情况。
(2)根据实际产生的氢气及量的关系进行计算。
【解析】铝分别与盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3～1∶1时，必定是铝与盐酸反应中铝过量盐酸不足，铝与氢氧化钠溶液反应时铝不足，氢氧化钠过量。结合反应：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，0.3 ml盐酸完全反应产生氢气0.3 ml÷2＝0.15 ml，则乙烧杯中产生氢气0.15 ml×2＝0.3 ml，故参加反应的铝是0.3 ml÷3×2＝0.2 ml，质量是0.2 ml×27 g·ml－1＝5.4 g。
答案：5.4 g
【母题追问】(1)若反应结束后测得甲、乙两烧杯中生成的气体体积比不是1∶2而是1∶1，甲烧杯中铝是过量还是不足？
提示：铝不足。
(2)若100 mL 3 ml·L－1的氢氧化钠溶液与足量铝完全反应，则生成氢气的物质的量是多少？
提示：根据铝与氢氧化钠反应的化学方程式可知，产生氢气的物质的量是0.3 ml ×1.5＝0.45 ml。
1．镁和铝的合金的低密度使其性能提高。镁铝合金具有很好的强度、刚性和尺寸稳定性。等量镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反应，放出氢气最多的是( )
A．NaOH溶液 B．H2SO4稀溶液
C．蔗糖溶液 D．NaCl溶液
【解析】选B。镁和铝都能与稀H2SO4反应，而与NaOH溶液反应时，只有铝参加反应，故前者生成氢气多；C、D项不反应，无氢气放出。
2．常温下，把2.7 g铝投入一定量的氢氧化钠溶液中，充分反应后，下列表示正确的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)( )
【解析】选A。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。A项，转移电子0.2NA时，生成H2 0.1NA；B项，转移电子0.3NA时，溶液中的AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 为0.1NA；C项，2.7 g Al参加反应时，生成标准状况下的H2 3.36 L；D项，转移电子0.1NA时，参加反应的Al为0.9 g。
三言两语话重点
1．一个重要反应规律：金属单质与水反应时，金属都是作还原剂，水作氧化剂。金属与水反应的难易，取决于金属的活动性强弱，金属越活泼，反应就越容易。
2．一个钠与水反应的记忆口诀：浮熔游响红，遇水记五点，遇酸酸优先，遇盐水在前。
3．四个必记化学方程式或离子方程式：
(1)2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
(2)3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2
(3)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(4)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋3H2↑
1．航空事故猛于虎，很多化学物品禁止携带：易燃易爆物品、腐蚀性物品、危险溶液及国家规定的其他禁运物品。装运金属钠的包装箱应贴的标志是( )
【解析】选C。金属钠投入水中发生剧烈反应，并有氢气生成，氢气易燃。
2．下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是( )
A．是氧化还原反应 B．铁是还原剂
C．需在高温条件下进行 D．产物是氧化铁和氢气
【解析】选D。在高温下，铁与水蒸气发生的置换反应是氧化还原反应，生成四氧化三铁和氢气，铁作还原剂。
【加固训练】
下列关于铁与水反应的描述中，不正确的是( )
A．铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3
B．红热的铁能与水蒸气反应，放出的气体点燃时能发出爆鸣声
C．铁与水蒸气的反应是氧化还原反应
D．常温下，Fe与H2O不反应，但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反应
【解析】选A。铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2，生成黑色的Fe3O4，A错误；H2在不纯的氧气中点燃时能发出爆鸣声，B正确；该反应为氧化还原反应，C正确；常温下，铁在潮湿的空气中被缓慢氧化，D正确。
3．不能正确表示下列反应的离子方程式的是( )
A．钠与水反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
B．钠与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋
C．钠与盐酸反应：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑
D．钠跟氯化钾溶液反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
【解析】选B。B中钠与CuSO4溶液反应的实质是钠与水反应生成的氢氧化钠再与CuSO4反应，总方程式：2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。
4．(教材二次开发·教材习题改编)欲除去镁粉中混有的少量铝粉，应选用的试剂是( )
A．稀盐酸 B．硫酸铜溶液
C．氨水 D．氢氧化钠溶液
【解析】选D。镁粉和铝粉均能与稀盐酸、硫酸铜溶液反应，A、B项错误；镁粉和铝粉均不能与氨水反应，C项错误；镁粉不能与氢氧化钠溶液反应，而铝粉能与氢氧化钠溶液反应，D项正确。
5．《天工开物》(宋应星著)之《作咸》中描述：“凡煎盐锅古谓之牢盆…其盆周阔数丈，径亦丈许。用铁者以铁打成叶片，铁钉栓合，其底平如盂…其下列灶燃薪……共煎此盘……滚沸延及成盐”。下列判断不正确的是( )
A．“以铁打成叶片”说明Fe具有延展性
B．铁易生锈，“铁钉栓合”最好换为铜钉
C．“其下列灶燃薪”属于加热蒸发操作
D．“滚沸延及成盐”属于蒸发结晶操作
【解析】选B。铁是金属单质，金属单质具有延展性，则“以铁打成叶片”说明Fe具有延展性，故A正确；Fe、Cu易形成原电池反应，易发生电化学腐蚀，所以不能用铜钉，故B错误；其下列灶燃薪，就是在灶下加热，属于加热蒸发操作，故C正确；盐溶液蒸发结晶析出盐，所以“滚沸延及成盐”属于蒸发结晶操作，故D正确。
素养新思维
6．水是生命之源，能和多种物质发生相互作用。
(1)金属单质与水反应中，还原产物为________(填化学式)。图甲实验中说明该反应为放热反应的实验现象为____________，该反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(2)图乙为生活中最常见的金属与水反应的装置图，反应的化学方程式为_________________________________________________________________，
其还原产物的实验证据为________________。
【解析】(1)金属与水反应都产生H2，氢元素化合价降低，H2为还原产物。钠与水反应放热使钠熔化成银白色小球。
(2)图乙为Fe与H2O(g)反应的装置。产生的H2收集在肥皂泡中，当火柴火焰靠近肥皂泡时产生爆鸣声。
答案：(1)H2 钠熔成银白色小球 2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
(2)3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2 当燃着的火柴靠近肥皂泡时产生爆鸣声物质类别
反应分析
酸
①钠与酸反应时先与酸中的H＋反应，如2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑
②如果钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反应
碱
钠与碱溶液反应其实质是钠与水的反应
盐
钠与盐溶液反应时先与水反应，如果盐中的溶质能与NaOH反应，则会发生其他反应，如Na与CuSO4溶液的反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4
方程式
比例关系
与酸
反应
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al～6HCl～2AlCl3～3H2
与碱
反应
2Al＋2NaOH＋2H2O===
2NaAlO2＋3H2↑
2Al～2NaOH～2NaAlO2～3H2
选项
转移电子数
参加反应的Al
溶液中的AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2))
生成的H2
A
0.2NA
0.1NA
B
0.3NA
0.3NA
C
2.7 g
3.36 L
D
0.1NA
2.7 g
一、金属与酸的反应
1．反应实质：金属与酸电离出的H＋发生置换反应。
2．反应条件：金属活动性顺序表中H之前的金属与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸发生反应，生成盐和__H2。
3．反应实例(写离子方程式)
(1)镁条放入稀硫酸中Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
(2)金属铝溶于盐酸中2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(1)金属越活泼，该金属与酸或水发生置换反应越容易吗？
提示：金属越活泼，还原性越强，与酸或水发生置换反应越容易。
(2)(知识前后串联)我们初中学过铁和铝都能与稀硫酸反应，那么，1 ml Fe和1 ml Al分别与足量的稀硫酸反应转移的电子数分别是多少？
提示：2NA、3NA。铁和铝与足量的稀硫酸反应后的价态不同，分别变为＋2和＋3，故1 ml Fe和1 ml Al转移电子的数目分别为2 NA、3 NA。
二、金属与水的反应
1．钠与水的反应
(1)实验探究
(2)实验结论：钠与水反应剧烈，生成NaOH，化学方程式是2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
2．铁与水蒸气的反应
(1)据报道，郑州市某小区地下停车场内曾发生火灾，起因是蜡烛照明而引起地下室内放置的固体钠燃烧，主人不知钠的特性而用水灭火，结果产生急速化学反应，起火并引燃下水管道等存放物，滚滚浓烟冲出，瞬间充斥地下停车场，并弥漫整个小区。
钠着火时应如何扑灭？用水加速化学反应的原因是什么？
提示：应用沙土、石棉等盖灭。用水时Na与H2O反应放热且产生H2，燃烧加剧火势。
(2)(教材二次开发)教材中铁与水的方程式表示为“3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2”，在日常生活中为何可以用铁壶烧水？另外，“趁热打铁”是物理变化吗？
提示：铁与冷水、热水不反应，只能与水蒸气反应。趁热打铁过程中除了铁的形状发生改变外，生铁中的碳与氧气反应生成CO2，发生化学变化。
(3)(情境思考)某船员在运输盛有钠的铁桶时，不小心把盖子打开，桶内马上冒起浓浓的白烟，而且一接触桶内物质，双手立刻感到剧烈的疼痛，情急之下他将桶推到江里。一遇到水，桶立马爆炸。盛有钠的桶遇水立马爆炸的原因是什么？
提示：钠与水反应放出热量，使生成的氢气发生爆炸。
三、铝与盐酸、氢氧化钠溶液的反应
(1)若要除去铁粉中的少量铝粉，可采用什么方法？
提示：可利用铝与强碱溶液反应的原理除去铝粉，可将混合物加入过量NaOH溶液中溶解，然后过滤、洗涤、干燥可除去铁粉中的铝粉。
(2)(知识前后串联)阴离子中一定不含有金属元素吗？
提示：不一定。AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 中含有金属元素。
(3)(情境思考)生活中有这样的生活经验，铝锅可经受千蒸万煮，却难忍耐油盐酱醋，这是什么原因造成的呢？
提示：酸碱盐直接侵蚀氧化铝保护膜及铝本身。
知识点一 钠与水、酸、碱、盐溶液反应的实质
1．钠与水反应的实质
钠与水反应的化学方程式是2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，氧化剂是H2O，还原剂是Na，离子方程式是2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
2．钠与溶液反应的实质
【特别提示】(1)钠与饱和碱溶液反应时，虽然只是钠与水反应，但是因水的消耗，会使碱结晶析出。
(2)书写钠与盐反应的化学方程式时，可以分步书写，也可以写总反应的化学方程式。
(1)(思维升华)钠投入硫酸镁溶液中，能否置换出镁，为什么？(宏观辨识与微观探析)
提示：钠不能从硫酸镁溶液中置换出镁。钠与水反应生成NaOH和H2，NaOH又与MgSO4反应生成Mg(OH)2。
(2)(情境应用)某实验小组对钠与水反应的实验进行了研究，为点燃反应生成的H2，他们设计了图示装置。实验小组查阅煤油的密度为0.80 g·cm－3、水的密度为1.00 g·cm－3，并据此对实验进行改进。在改进后的实验中H2的生成速率减慢，原因是什么？(科学探究与创新意识)
提示：钠的密度比煤油大，而比水小，钠与水反应产生的H2会使钠的浮力增大而上升，进入煤油层后反应停止又下降。
【典例1】把金属钠投入下列物质的溶液中，溶液质量减轻的是( )
A．HCl B．Na2SO4
C．FeCl3 D．NaOH
【解题指南】解答本题注意以下思维流程：
(1)金属钠投入溶液中，由于Na变为离子形式溶于溶液，会使溶液质量增加。
(2)钠与水、与酸(H＋)反应放出H2，都使溶液质量减轻。且钠与水反应生成的碱还有可能和盐的离子生成难溶的碱导致溶液质量减轻，溶液质量是否减轻，就要看这一增一减的净结果。
【解析】选C。A中2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，H＋换成Na＋，溶液质量增加；B中Na与水反应，H2O中H＋换成Na＋，溶液质量增加；C中＋6H2O＋2FeCl3===＋6NaCl＋，显然溶液质量减轻；D中＋2H2O===2NaOH＋，溶液质量增加。
【母题追问】(1)将金属钠放入盛有饱和食盐水的小烧杯中，恢复常温后，产生的现象是什么？溶液质量如何变化？
提示：析出白色固体。反应消耗水，析出氯化钠，溶液质量减轻。
(2)2 ml Na与足量盐酸完全反应，溶液的质量如何改变？改变多少？
提示：2 ml Na的质量是46 g，由2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑知，46 g Na生成2 g H2，溶液的质量增加44 g。
钠的性质“五字口诀”
银白轻低软，传导热和电，遇氧产物变，颜色大改观，遇水生共性，浮熔游响红，遇酸酸优先，遇盐水在前。
【典例2】(2020·聊城高一检测)取一支大试管，加入20 mL饱和澄清石灰水(ρ＝1.6 g·cm－3)，再加入5 mL苯(ρ＝0.87 g·cm－3)，静置后缓慢加入绿豆粒大小的钠块(ρ＝0.97 g·cm－3)。下列实验现象中，能观察到的现象有( )
①钠在饱和澄清石灰水层反应并四处游动
②有气体产生
③溶液变浑浊
④钠在石灰水与苯的界面处反应并上下跳动
⑤钠停留在苯层不反应
⑥钠块最后消失
A．①②⑥ B．②③④⑥
C．⑤ D．①②③⑥
【思维建模】解答有关钠与碱、盐溶液反应的思维流程如下：
【解析】选B。根据题意，金属钠的密度小于石灰水，但大于苯，故将金属钠投入盛有石灰水和苯的大试管中，钠会处于二者的界面处；同时由于钠与水反应生成氢气，对金属钠产生推动作用，故金属钠在界面处可能上下跳动。由于有NaOH生成，并放出热量，Ca(OH)2的溶解度减小，故有Ca(OH)2析出，溶液变浑浊。
金属钠与水、酸、盐溶液反应现象分析的思维模板
①共性：浮：钠浮在液面上；熔：钠熔化成光亮的小球；游：在液面上不停地游动直至反应完；响：反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。
②差异性：与酸及能形成弱酸的金属盐溶液反应时，由于溶液中H＋浓度较大，比钠与水反应剧烈，最后钠可能在液面上燃烧；与盐溶液反应时，还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。
1．(2020·枣庄高一检测)在一定温度下，向饱和NaOH溶液中投入一小块金属钠，充分反应后恢复到原来的温度，下列叙述合理的是( )
A．NaOH溶液浓度增大，并放出H2
B．溶液中NaOH的质量分数不变，有H2放出
C．总溶液的质量增大，有H2放出
D．总溶液的质量不变，有H2放出
【解析】选B。钠投入溶液后，立即与水作用生成NaOH和H2，由于原溶液为饱和溶液，因此NaOH结晶析出后溶液仍然是饱和溶液，质量分数不变，且消耗部分原溶剂水及对应析出部分NaOH晶体，故总溶液质量减小。
2．(2020·中山高一检测)将一小块金属钠投入足量的下列溶液，既能生成气体，又能生成蓝色沉淀的是( )
A．MgCl2溶液 B．Ba(OH)2稀溶液
C．CuSO4溶液 D．CaCl2溶液
【解析】选C。A项，将一小块金属钠投入MgCl2溶液中，有气体、白色沉淀生成，不符合题意；B项，将一小块金属钠投入Ba(OH)2稀溶液中，无蓝色沉淀生成，不符合题意；C项，将一小块金属钠投入CuSO4溶液，Na先与水反应生成NaOH和H2，NaOH再与CuSO4反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀，符合题意；D项，将一小块金属钠投入CaCl2溶液中，无蓝色沉淀生成，不符合题意。
【加固训练】
1．(2019·成都高一检测)对于反应：TiCl4＋4Na===4NaCl＋Ti，下列有关说法不正确的是( )
A．该反应既属于置换反应，又属于氧化还原反应
B．该反应可以用来冶炼金属
C．该反应的条件是TiCl4为熔融状态或在水溶液中
D．该反应说明钠的金属活泼性比钛强
【解析】选C。反应的特征是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，为置换反应，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故A正确；反应可用于制备Ti，故B正确；因Na较活泼，能与水反应，故该反应不能在水溶液中进行，故C错误；该反应为置换反应，说明钠的金属活泼性比钛强，故D正确。
2．少量金属钠投入CuSO4溶液中，正确的反应方程式是( )
①2Na＋CuSO4===Na2SO4＋Cu
②Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑
③2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
④2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4
A．①③ B．①② C．③④ D．②③
【解析】选C。Na与CuSO4溶液的反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4
总反应式为2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。
3. (2020·大庆高一检测)如图所示，在烧杯中盛有100 mL蒸馏水，水中悬浮着一个表面光滑、耐碱、耐热的小球(此球稳定在水的中央)，将10 g金属钠分多次投入水中，最后使烧杯内的液体恢复到原来蒸馏水的温度。回答下列问题：
(1)10 g钠要分多次投入的主要原因是_________________________________
__________________________________________________________________。
(2)将10 g钠全部投入完毕所进行的次数可能是________。
A．5次 B．10次 C．大于10次
(3)实验结束后，从烧杯内小球的位置观察到的现象是_______________________________________________________________，
出现这种现象的主要原因是_____________________________________。
(4)实验过程中所发生反应的离子方程式是____________________________
_________________________________________________________________。
【解析】钠与水反应剧烈，易发生爆炸，使用时要严格控制用量，钠的密度小于1 g·cm－3，黄豆粒大小的一块钠的体积(立方体的边长肯定小于1 cm)小于1 cm3，则其质量小于1 g，故10 g钠全部投入完毕所进行的次数要大于10次。钠与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠溶液的密度大于水的密度，小球受到的浮力增大。
答案：(1)钠与水反应剧烈，放出的热量多，易发生爆炸 (2)C
(3)小球上升 钠与水反应生成氢氧化钠，液体的密度增大，小球受到的浮力增大
(4)2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
知识点二 铝与氢氧化钠溶液反应的深度理解
1．铝与氢氧化钠溶液反应的实质
铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与水反应生成Al(OH)3和氢气，然后Al(OH)3再与NaOH反应，所以其得失电子情况应该用下式表示：
2 eq \(A,\s\up6(0)) l＋2NaOH＋6 eq \(H,\s\up6(＋1)) 2O===2Na eq \(Al,\s\up6(＋3)) 失去2×3e－，被氧化O2＋3 eq \(H,\s\up6(0)) 得到6×e－，被还原2↑＋4H2O
氧化剂是H2O，还原剂是Al。
2．铝与酸或碱反应中的比例关系
3.铝与酸、碱反应的规律分析
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：
①生成H2的物质的量之比为1∶1。
②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①生成H2的物质的量之比为1∶3。
②消耗Al的物质的量之比为1∶3。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：若产生氢气的体积比为 eq \f(1,3) < eq \f(VHCl（H2）,VNaOH（H2）) <1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
【方法导引】
关系式法
关系式是化学计算中用来表示已知量与未知量成比例关系的式子。根据关系式确定数量关系进行化学计算的方法叫关系式法。关系式能跨越多步反应、多种物质，抓住物质变化过程中已知量与未知量之间的关系，使思路简洁，并有效提高解题速度和准确性。如Mg、Al与盐酸反应可得关系式：Mg～H2↑，2Al～3H2↑。
1．(情境应用)将两小块质量相等的金属钠，一块直接放入水中，另一块用铝箔包住，在铝箔上刺些小孔，再投入水中，试分析两者放出的氢气质量是否相等？
提示：不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的钠放入水中，钠先与水反应，产生的H2与直接把钠投入水中所产生的H2的量相同，但生成的氢氧化钠溶液会与铝箔反应产生H2，故后者产生的H2总量大于前者。
2．(思维升华)将等体积等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加入等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6。则甲、乙两烧杯中的反应情况如何？
提示：甲中Al过量，乙中Al不足。若两种情况下都是Al不足，则生成H2的体积比应为1∶1；若两种情况下Al都过量，则生成H2的体积比应为2∶3。因生成H2的体积比为5∶6，故只能是一种溶液中Al不足，另一种溶液中Al过量，等物质的量的NaOH比H2SO4消耗Al更多，因此，只能是甲中Al过量，乙中Al不足。
【典例】(2020·西安高一检测)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 ml·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比V(甲)∶V(乙)＝1∶2，求加入铝粉的质量。
【解题指南】解答要注意以下两点：
(1)根据产生H2的体积比： eq \f(1,3) ＜ eq \f(VHCl（H2）,VNaOH（H2）) ＜1判断反应的情况。
(2)根据实际产生的氢气及量的关系进行计算。
【解析】铝分别与盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3～1∶1时，必定是铝与盐酸反应中铝过量盐酸不足，铝与氢氧化钠溶液反应时铝不足，氢氧化钠过量。结合反应：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，0.3 ml盐酸完全反应产生氢气0.3 ml÷2＝0.15 ml，则乙烧杯中产生氢气0.15 ml×2＝0.3 ml，故参加反应的铝是0.3 ml÷3×2＝0.2 ml，质量是0.2 ml×27 g·ml－1＝5.4 g。
答案：5.4 g
【母题追问】(1)若反应结束后测得甲、乙两烧杯中生成的气体体积比不是1∶2而是1∶1，甲烧杯中铝是过量还是不足？
提示：铝不足。
(2)若100 mL 3 ml·L－1的氢氧化钠溶液与足量铝完全反应，则生成氢气的物质的量是多少？
提示：根据铝与氢氧化钠反应的化学方程式可知，产生氢气的物质的量是0.3 ml ×1.5＝0.45 ml。
1．镁和铝的合金的低密度使其性能提高。镁铝合金具有很好的强度、刚性和尺寸稳定性。等量镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反应，放出氢气最多的是( )
A．NaOH溶液 B．H2SO4稀溶液
C．蔗糖溶液 D．NaCl溶液
【解析】选B。镁和铝都能与稀H2SO4反应，而与NaOH溶液反应时，只有铝参加反应，故前者生成氢气多；C、D项不反应，无氢气放出。
2．常温下，把2.7 g铝投入一定量的氢氧化钠溶液中，充分反应后，下列表示正确的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)( )
【解析】选A。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。A项，转移电子0.2NA时，生成H2 0.1NA；B项，转移电子0.3NA时，溶液中的AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 为0.1NA；C项，2.7 g Al参加反应时，生成标准状况下的H2 3.36 L；D项，转移电子0.1NA时，参加反应的Al为0.9 g。
三言两语话重点
1．一个重要反应规律：金属单质与水反应时，金属都是作还原剂，水作氧化剂。金属与水反应的难易，取决于金属的活动性强弱，金属越活泼，反应就越容易。
2．一个钠与水反应的记忆口诀：浮熔游响红，遇水记五点，遇酸酸优先，遇盐水在前。
3．四个必记化学方程式或离子方程式：
(1)2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
(2)3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2
(3)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(4)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋3H2↑
1．航空事故猛于虎，很多化学物品禁止携带：易燃易爆物品、腐蚀性物品、危险溶液及国家规定的其他禁运物品。装运金属钠的包装箱应贴的标志是( )
【解析】选C。金属钠投入水中发生剧烈反应，并有氢气生成，氢气易燃。
2．下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是( )
A．是氧化还原反应 B．铁是还原剂
C．需在高温条件下进行 D．产物是氧化铁和氢气
【解析】选D。在高温下，铁与水蒸气发生的置换反应是氧化还原反应，生成四氧化三铁和氢气，铁作还原剂。
【加固训练】
下列关于铁与水反应的描述中，不正确的是( )
A．铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3
B．红热的铁能与水蒸气反应，放出的气体点燃时能发出爆鸣声
C．铁与水蒸气的反应是氧化还原反应
D．常温下，Fe与H2O不反应，但在空气中的O2、H2O共同作用下能发生反应
【解析】选A。铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2，生成黑色的Fe3O4，A错误；H2在不纯的氧气中点燃时能发出爆鸣声，B正确；该反应为氧化还原反应，C正确；常温下，铁在潮湿的空气中被缓慢氧化，D正确。
3．不能正确表示下列反应的离子方程式的是( )
A．钠与水反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
B．钠与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋
C．钠与盐酸反应：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑
D．钠跟氯化钾溶液反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
【解析】选B。B中钠与CuSO4溶液反应的实质是钠与水反应生成的氢氧化钠再与CuSO4反应，总方程式：2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。
4．(教材二次开发·教材习题改编)欲除去镁粉中混有的少量铝粉，应选用的试剂是( )
A．稀盐酸 B．硫酸铜溶液
C．氨水 D．氢氧化钠溶液
【解析】选D。镁粉和铝粉均能与稀盐酸、硫酸铜溶液反应，A、B项错误；镁粉和铝粉均不能与氨水反应，C项错误；镁粉不能与氢氧化钠溶液反应，而铝粉能与氢氧化钠溶液反应，D项正确。
5．《天工开物》(宋应星著)之《作咸》中描述：“凡煎盐锅古谓之牢盆…其盆周阔数丈，径亦丈许。用铁者以铁打成叶片，铁钉栓合，其底平如盂…其下列灶燃薪……共煎此盘……滚沸延及成盐”。下列判断不正确的是( )
A．“以铁打成叶片”说明Fe具有延展性
B．铁易生锈，“铁钉栓合”最好换为铜钉
C．“其下列灶燃薪”属于加热蒸发操作
D．“滚沸延及成盐”属于蒸发结晶操作
【解析】选B。铁是金属单质，金属单质具有延展性，则“以铁打成叶片”说明Fe具有延展性，故A正确；Fe、Cu易形成原电池反应，易发生电化学腐蚀，所以不能用铜钉，故B错误；其下列灶燃薪，就是在灶下加热，属于加热蒸发操作，故C正确；盐溶液蒸发结晶析出盐，所以“滚沸延及成盐”属于蒸发结晶操作，故D正确。
素养新思维
6．水是生命之源，能和多种物质发生相互作用。
(1)金属单质与水反应中，还原产物为________(填化学式)。图甲实验中说明该反应为放热反应的实验现象为____________，该反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(2)图乙为生活中最常见的金属与水反应的装置图，反应的化学方程式为_________________________________________________________________，
其还原产物的实验证据为________________。
【解析】(1)金属与水反应都产生H2，氢元素化合价降低，H2为还原产物。钠与水反应放热使钠熔化成银白色小球。
(2)图乙为Fe与H2O(g)反应的装置。产生的H2收集在肥皂泡中，当火柴火焰靠近肥皂泡时产生爆鸣声。
答案：(1)H2 钠熔成银白色小球 2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
(2)3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2 当燃着的火柴靠近肥皂泡时产生爆鸣声物质类别
反应分析
酸
①钠与酸反应时先与酸中的H＋反应，如2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑
②如果钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反应
碱
钠与碱溶液反应其实质是钠与水的反应
盐
钠与盐溶液反应时先与水反应，如果盐中的溶质能与NaOH反应，则会发生其他反应，如Na与CuSO4溶液的反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4
方程式
比例关系
与酸
反应
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al～6HCl～2AlCl3～3H2
与碱
反应
2Al＋2NaOH＋2H2O===
2NaAlO2＋3H2↑
2Al～2NaOH～2NaAlO2～3H2
选项
转移电子数
参加反应的Al
溶液中的AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2))
生成的H2
A
0.2NA
0.1NA
B
0.3NA
0.3NA
C
2.7 g
3.36 L
D
0.1NA
2.7 g
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