例析金属与酸反应的图像题.docx

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例析金属与酸反应的图像题

例析金属与酸反应的图像题

江苏省兴化楚水实验学校　陈金健

一般情况下，活泼金属可以与稀盐酸、稀硫酸等稀酸溶液发生反应生成氢气。

涉及金属与酸反应问题的图像题，侧重于考查金属的活动性、金属的相对原子质量、氢气的质量（或体积）、溶液的质量、溶质质量分数

等相关量的变化关系。

解答这类题的关键是，读懂图像本意，审清图像内涵。

准确理解并应用图像中的相关信息，正确解题。

如图1，图中横坐标代表时间，纵坐标代表生成氢气的质量。

当金属与稀酸溶液反应时，随着反应的进行，生成氢气的质量越来越大，此时在图像上表现为一条上升的直线（如图1中OA段所示），且生成氢气越快，这条直线的斜率越大（即“坡度越陡”）。

因此，从图像上看生成氢气的快慢只须看“坡度陡、坡度缓”，“坡度越陡”表示生成氢气越快，线段OA的斜率与金属的活动性强弱有关。

金属活动性越强，线段斜率越大。

“坡度越缓”表示生成氢气越慢，金属活动性越弱，线段斜率越小。

当金属与稀酸溶液充分反应后，生成氢气的质量将不再变化，此后在图像上表现为一条水平直线（如图1中的AB段所示）。

生成氢气越多，这条直线表现在图像上就越高。

因此，从图像上看生成氢气的多少，只须看“线高、线低”，“线越高”表示生成氢气越多，“线越低”表示生成氢气越少。

综上所述，解决这类问题时，一般需要用到下列规律：

1.在温度、金属颗粒大小和稀酸溶液溶质质量分数一定的条件下，金属的活动性越强，生成氢气就越快；生成氢气越快，说明金属的活动性就越强。

 2.当金属的化合价相同时，对于相同质量的金属，金属的相对原子质量越大，生成的氢气越少；生成的氢气越多，金属的相对原子质量越小。

例1.锌和稀硫酸反应生成氢气，几次实验的锌的用量不等，但稀硫酸的用量相同。

锌的用量（X轴），生在氢气的体积（Y轴）（在同温同压下测定）关系如图2，下列关于实验结果描述错误的是（   ）

A．线段AB（包括A点）表示锌过量、硫酸已耗尽

B．线段AB（不包括A点）表示锌过量、硫酸已耗尽

C．线段OA（包括A点）表示锌和过量的硫酸反应

D．线段OA（不包括A点）表示锌和过量的硫酸反应

解析：

一定质量的锌与足量的稀硫酸充分反应，图2中A点表示某一时刻，反应刚好停止。

线段OA（包括点A）表示金属和过量的稀硫酸反应。

线段AB（不包括点A）表示金属已经反应完，而稀硫酸过量。

不过，值得我们注意的是，如果是足量的锌与一定量的稀硫酸充分反应时，那么线段OA（包括点A）则表示过量的金属和稀硫酸反应。

线段AB（不包括点A）表示稀硫酸已经消耗完，而锌过量。

解答：

B、D

如图3，金属A的活动性要比金属B的活动性强。

如果金属A、B与相同质量分数的酸溶液反应后生成的化合物中元素化合价相同（如同为+2价等）那么，生成氢气的体积越多或质量越大，则该金属的相对原子质量越小。

图3中金属B的相对原子质量小于金属A的相对原子质量。

足量的A、B两种金属同时分别放入两份溶质质量分数相同的少量稀盐酸中，如果反应后出现一种金属有剩余或两种金属都有剩余，而稀盐酸完全消耗了，那么它们生成氢气的体积（或质量）相等，如图4所示。

练一练 将物质的量相等的铝粉和铁粉分别与同体积、同浓度的稀硫酸反应。

反应情况如图5所示。

有关叙述中正确的是（    ）

A．铝粉、铁粉和硫酸均有剩余

B．铝粉、铁粉均反应完，硫酸有剩余

C．硫酸、铝粉均反应完，铁粉有剩余

D．硫酸、铁粉均反应完，铝粉有剩余

例2.某探究小组的同学对金属的性质很感兴趣，探究金属的活泼性。

取等质量的A、B金属，分别投入溶质质量分数相同的足量的盐酸中，生成氢气的质量（m）与时间（t）的关系如图6（已知A、B元素在生成物中的化合价相同）

1.由图6分析，甲、乙、丙三位同学的对话正确的是（ ）

甲：

时间t1时，产生氢气的质量A＜B

乙：

到时间t2时，金属均有剩余

丙：

两种金属原子的相对原子质量A＜B

2.结论：

金属A、B的活泼性强弱关系是（  ）

解析：

金属与酸反应涉及的量有：

①金属的质量；②金属元素在反应中显示的化合价；③金属的相对原子质量；④金属的活动性；⑤产生氢气的量；⑥产生氢气的时间；⑦酸的量。

这些量之间存在如下关系：

1.当金属的化合价相同时，对于相同质量的金属，金属的相对原子质量越大，生成的氢气越少；生成的氢气越多，金属的相对原子质量越小。

2.在温度、金属颗粒大小和稀酸溶液溶质质量分数一定的条件下，金属的活动性越强，生成氢气就越快；生成氢气越快，说明金属的活动性就越强。

可通过曲线的斜率来判断金属的活动性，斜率越大，反应的速率越快，则金属的活动性越强。

解决这类问题有时要讨论两种情况：

1.如果酸足量，由于A、B的相对原子质量不同，则产生氢气的量不同；

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，也可能正好完全反应。

本题中等质量的A、B金属，分别投入溶质质量分数相同的足量的盐酸中。

由图示产生氢气的量不相等，属于第一种情况。

解答：

1、甲、丙 2、A＜B

练一练等质量的镁、锌、铁分别跟足量的稀硫酸在室温下起反应，图7中能够正确反映产生氢气质量m与反应时间t关系的图像为（   ）

练一练将质量相等的A、B、C三种金属，同时分别放入三份溶质质量分数相同且足量的稀盐酸中，反应生成H2的质量与反应时间的关系如图8所示。

根据图中所提供的信息，得出的结论正确的是（  ）（A、B、C在生成物中均为+2价）   

A．放出H2的质量是A＞B＞C

B．金属活动性顺序是A＞B＞C

C．反应速率最大的是A               

D．相对原子质量是C＞B＞A

练一练 将等质量的镁、铁、锌，分别放入三份溶质质量分数相同的稀盐酸中，反应生成的H2质量与反应时间的关系如图9所示。

根据图中的信息，作出的判断不正确的是（   ）

A．图线x表示镁的反应情况 

B．铁消耗的稀盐酸质量最大

C．镁、锌一定过量，铁可能反应完

D．镁一定过量，锌、铁可能反应完

我们在讨论金属与酸反应的图像问题时，一定要分清图像中X、Y轴所表示的具体含义，因为变换了X、Y轴的内容，所对应的图像就会出现不同的情形。

如果X轴表示参加反应的金属的质量，Y轴表示生成的氢气的质量，一定量的不同金属与足量的酸进行反应，如图10所示。

假设三种金属分别为铝、镁、铁，你能找出其中代表铁的线条吗？

这时，我们可采取以下方法：

1、在图像上画一条平行于X轴的直线与三个线条交于不同的三个点，比较这三个点的横坐标数值的大小，数值越大，表示产生等质量的氢气时，消耗的金属质量越多，数值越小，表示产生等质量的氢气时，消耗的金属质量越少；2、在图像上画一条平行于Y轴的直线与三个线条交于不同的三个点，比较这三个点的纵坐标数值的大小，数值越大，表示相等质量的金属完全反应后，产生的氢气越多；数值越小，表示相等质量的金属完全反应后，产生的氢气越少。

通过以上分析，我们不难看出，线条C表示的金属是铁。

练一练 图11表示Fe、Zn、Mg、Al分别跟稀盐酸反应制取氢气的质量（m）与所用的金属质量（M）之间的关系图，其中正确的是（   ）

刚才提到，我们在讨论金属与酸反应的图像问题时，一定要分清图像中X、Y轴所表示的具体含义，因为变换了X、Y轴的内容，所对应的图像就会出现不同的情形。

进行变式训练时，有时还会出现如下的情况。

例3.向一定量的铁粉中逐滴加入稀硫酸至过量，图12是反应过程中某种物质的质量Y随加入稀硫酸的质量变化的关系，则Y不可能表示（    ）

A．消耗铁粉的质量    B．生成硫酸亚铁的质量

C．溶液的总质量      D．生成氢气的质量

解析：

根据金属与酸反应的原理与过程，图中确定了X轴的含义，表示稀硫酸的质量，那么一段时间后，消耗铁粉的质量从无到有，渐渐增多，完全消耗后，不再变化。

生成硫酸亚铁的质量也是从无到有，渐渐增多，反应停止后，不再变化。

生成氢气的质量也是从无到有，渐渐增多，反应停止后，不再变化。

而溶液的质量一开始不应该是0，并且反应后溶液的质量一直在增加。

所以Y轴有可能是消耗铁粉的质量、生成硫酸亚铁的质量、生成氢气的质量，Y轴不可能表示溶液的总质量。

解答：

C

练一练 如图13表示等质量的金属Mg和Al分别与足量且质量分数相等的稀硫酸反应，下列叙述正确的是（）

A．X表示反应所用时间，Y表示生成氢气的质量

B．X表示生成氢气的质量，Y表示反应所用时间

C．X表示滴加稀硫酸的质量，Y表示生成氢气的质量

D．X表示参加反应的金属的质量，Y表示生成氢气的质量

提示：

质量相等的Mg和Al与足量且质量分数相等的稀硫酸反应，Al产生氢气的质量比Mg产生氢气的质量多，同时Al消耗的硫酸质量也比Mg消耗的硫酸质量多。

因为两种金属的活动性不相同，所以它们反应所需的时间也不相同。

例4.白铁是镀锌的铁，将白铁投入到稀硫酸溶液中，反应产生氢气的质量和反应时间的关系如图14，写出不同时间的化学方程式：

1.0-t1间不产生氢气：

2.t1-t2间产生氢气速度快：

3.t2后产生氢气较慢：

解析：

因为白铁是镀锌的铁，白铁最外层的锌与空气中的氧气反应生成致密的氧化锌。

将白铁投入到稀硫酸中，刚开始应是氧化锌与硫酸反应，此时没有气泡产生。

反应的化学方程式是：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O，除去氧化锌后，锌与稀硫酸接触，快速反应产生氢气，化学方程式是：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，镀锌层消耗后，铁与稀硫酸接触，缓慢地产生氢气，反应的化学方程式是：

Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。

解答：

1.ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O  2.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 3.Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

练一练将相等质量的锌粒（X）与锌粉（Y）投入到相同体积相同质量分数的足量稀盐酸中，充分反应。

图15中能正确表示产生氢气的质量与反应的时间的关系的是（   ）

提示：

等质量的锌粒与锌粉与足量的稀盐酸充分反应后，生成的氢气的质量应该项相等。

反应物的颗粒大小影响了反应的速率，也就是反应所需的时间有区别，颗粒越小反应就越快，所需要的时间就越短。

练一练：

1、C 2、A 3、AD 4、C 5、D 6、C 7、A

将一包铜和锌混合物粉末跟足量稀盐酸反应，完全反应后，过滤，滤渣，经洗涤后在空气中充分灼烧，

将一包铜和锌混合物粉末跟足量稀盐酸反应，完全反应后，过滤，滤渣，经洗涤后在空气中充分灼烧，经测定后产物与原混合物粉末质量相等，则原混合物中铜与锌质量比为多少

设原混合物中铜的质量为x,锌的质量为y,生成CuO的质量为z

Zn+2HCl=ZnCl2+H2

2Cu+O2=2CuO

64*2/x=80*2/z

z=（5/4）x

x+y=z

y=（1/4）x

x:

y=4:

1

高中

设原混合物中铜的物质的量为x,锌物质的量为y,生成CuO的物质的量为z

Zn+2HCl=ZnCl2+H2

2Cu+O2=2CuO

x=z

64x+65y=80z

65y=16x

64x:

65z=4:

1

在托盘天平两端各放一只烧杯，调节至平衡；向烧杯中分别注入等质量、等质量分数的稀硫酸；然后向一烧杯里加入一定量的镁，向另一只烧杯里加入等质量的铜铝合金；两烧杯中的反应恰好完全，且天平仍保持平衡。

则铜铝合金中铜与铝的质量比为

那么

就是说两边放入的酸相同放入的金属质量相同

要是反应后的质量相同那么生成的H2的质量一定要相同才可以

Mg+H2S04==MgS04+H2↑

2Al+3H2S04===Al2（S04）3+3H2↑

那么反应出1MOLH2需要24gMg（1MOLM（Mg）=24g/MOL）

而Al要反应出1MOLH2只要18g

那么反应出1H2时需要Mg24g

Al18g但是平衡平衡那么就有Cu24-18=6（g）

铜铝合金中每含有18gAl就有6gCu

那么铝合金中铜与铝的质量比为6:

18=1:

3

海水中镁元素的质量分数仅次于氯元素和钠元素，居第三位。

目前世界上大部分镁都是从海水中提取的。

某校化学活动小组的同学们欲测定海水中氯化镁的含量，甲、乙、丙三位同学分别进行实验，实验数据列入下表，其中只有一位同学取用的海水样品与所加入的氢氧化钠溶液恰好完全反应。

甲

乙

丙

所取海水样品的质量/g

100

100

150

加入NaOH溶液的质量/g

20

10

10

反应后所得沉淀物的质量/g

0．29

0．29

0．29

观察分析表中数据，回答下列问题：

（1）两溶液恰好完全反应的是实验。

（填甲或乙或丙）

（2）计算海水样品中MgCl2的质量分数。

（计算结果精确到0.001）

（3）若要从海水中提取2.4t镁，至少需要海水多少吨？

1）乙刚好完全反应。

因为三人得到的沉淀物质量相同，只有一人恰好完全反应，即是两个反应物都是用最少的人（乙）恰好反应，甲的NaOH过量，丙Mg过量。

2）MgCl2+2NaOH===Mg（OH）2

9558

x0.29

x=0.475

0.475/100*100%=0.475%

3）2.4/0.475%=5.053t

低钠盐适合患有高血压、肾病、心脏病的患者服用，苹果酸钠盐（C4H5O5Na）是低钠盐的一种．请回答：

（1）苹果酸钠盐的相对分子质量是

156

156

．

（2）苹果酸钠盐中各元素的质量比为C：

H：

O：

Na=

48：

5：

80：

23

48：

5：

80：

23

．

（3）若某病人每天食用5.85g苹果酸钠盐，比食用相同质量的食盐（NaCl）少摄入钠元素多少克？

（计算结果保留一位小数）

1）根据相对分子的质量为组成分子的各原子的相对原子质量之和，进行解答；

（2）根据化合物中各元素质量比=各元素的相对原子质量×原子个数之比，进行解答；

（3）分别计算5.85g苹果酸钠盐中含的钠元素的质量和相同质量的食盐（NaCl）中含的钠元素的质量，进行比较，即可解答．

解答：

解：

（1）根据相对分子的质量为组成分子的各原子的相对原子质量之和，可得苹果酸钠盐的相对分子质量为：

12×4+5+16×5+23=156；故答案为：

156；

（2）根据化合物中各元素质量比=各元素的相对原子质量×原子个数之比，可得苹果酸钠盐中各元素的质量比为：

（12×4）：

5：

（16×5）：

23=48：

5：

80：

23；故答案为：

48：

5：

80：

23；

（3）5.85gNaCl中钠元素的质量为：

5.85g×

×l00%=2.3g

5.85gC4H5O5Na中钠元素的质量为5.85g×

×100%=0.86g

5.85gNaCl比等质量的C4H5O5Na多的钠元素的质量为：

2.3g-0.86g=1.4g

答：

该病人每天食用5.85g苹果酸钠盐比食用相同质量的NaCl少摄入钠元素1.4g．