Question

【題目】一個興趣小組同學們在一起探究金屬及金屬礦物的性質，做了如下實驗。

（1）探究鋁、鐵、銅三種金屬的活動性，小剛同學設計了用銅絲、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問題。

實驗步驟	觀察到的現象
①在試管中取少量鹽酸，插入銅絲，充分作用。	無明顯現象
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。	_____

結論：金屬活動性由強到弱的順序_______。

（2）小明同學將鋁片、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較鋅與稀鹽酸反應快。

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

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

（設計并實驗）小明利用如圖甲所示裝置，用不同質量分數的鹽酸和相同形狀的鋁片進行如下實驗。

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

（分析數據）

實驗編號	鹽酸的濃度（均取20mL）	溫度/℃	記錄的數據
①	5%	30
②	10%	20
③	5%	20
④	10%	30

實驗中記錄的數據可能：_______________________；對比實驗②③可知____對金屬與酸反應的速率有影響。

（拓展延伸1）

小明進行鋁與稀鹽酸反應時，試管外壁發燙，并測得實驗過程中生成氫氣的體積隨時間變化的曲線如圖乙所示，根據曲線歸納鋁與稀鹽酸反應速率的變化規律：_____________。

（拓展延伸2 ）圖丙為測得的室溫下足量的鋁片與20ml 10%的稀鹽酸反應產生氫氣的量與時間關系曲線，發現實驗測得的實際值比通過計算得到的理論值偏大，請分析可能的原因（至少答兩點）。①__________________，②________________________。

（拓展延伸3 ）利用鋁與鹽酸產生的氫氣來做下列實驗，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，完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24g，計算氧化鐵樣品中氧化鐵的質量分數____________。

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

Answer 1

【答案】有氣泡產生，溶液由無色變為淺綠色 鋁絲表面有黑色固體析出，溶液由淺綠色變為無色 鋁>鐵>銅 金屬與鹽酸的接觸面積有關 相同時間內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所用的時間） 鹽酸的濃度 開始由慢變快，一段時間后，由快變慢 鋁和稀鹽酸反應放熱，使生成的氣體受熱膨脹體積偏大 鹽酸揮發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，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，鐵絲與鹽酸反應會生成氯化亞鐵和氫氣，所以會觀察到有氣泡產生，溶液由無色變成淺綠色。故填：有氣泡產生，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，溶液由淺綠色變為無色。故填：鋁絲表面有黑色固體析出，溶液由淺綠色變為無色。

結論：由①②銅不與鹽酸反應而鐵能與鹽酸反應可得，鐵的活動性強于銅；由③鋁可以置換出鐵得出，鋁的活動性強于鐵，從而得出金屬的活動性：鋁>鐵>銅。故填：鋁>鐵>銅。

（2）猜想與假設：影響化學反應速率快慢的因素有：反應物的濃度、反應溫度以及反應物的接觸面積，所以影響金屬與鹽酸反應快慢的因素，除了金屬的種類外，還可能有：鹽酸的濃度、反應時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。

交流討論：鋁與鹽酸反應生成氯化鋁和氫氣，反應的化學方程式：。故填：。

分析數據：因為要對比的是反應速率快慢，所以實驗中記錄的數據可能是：相同時間內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所用的時間）；對比實驗②③數據可知，鹽酸濃度不同導致金屬與酸反應的速率不同。故填：相同時間內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所用的時間）；鹽酸的濃度。

拓展延伸1：根據坐標曲線可以看出，反應開始由慢變快，一段時間后，由快變慢，這是因為鋅與稀鹽酸反應放出熱量使溫度升高，試管外壁發燙，開始時溫度升高對反應速率的影響較鹽酸濃度變小對反應速率的影響大，一段時間后，鹽酸濃度變小對反應速率的影響較溫度升高對反應速率的影響更大。故填：開始由慢變快，一段時間后，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%的稀鹽酸反應產生氫氣的量與時間關系曲線，發現實驗測得的實際值比通過計算得到的理論值偏大，即得到的實際氣體體積比理論值偏大，可能的原因有：鋁與鹽酸的反應放熱，放出的熱量使生成的氣體膨脹，體積偏大；反應過程中放熱，鹽酸中的氯化氫氣體可能揮發出來，混入生成的氣體中，使體積偏大。故填：鋁和稀鹽酸反應放熱，使生成的氣體受熱膨脹體積偏大；鹽酸揮發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 ：利用鋁與鹽酸產生的氫氣來做下列實驗，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，完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24g，硬質玻璃管和里面的藥品反應前后減少的質量為 ，氫氣還原氧化鐵得到鐵和水蒸氣（被濃硫酸吸收），所以硬質玻璃管和里面的藥品反應前后減少的質量就是氧化鐵中氧元素的質量即1.44g，所以氧化鐵的質量= = ，樣品中氧化鐵的質量分數= 。故填：92.3%。

拓展延伸4: 因為鹽酸過量，所以氫氧化鈉加入后先發生酸堿中和反應，此過程沒有沉淀生成，當鹽酸反應完后，鋁與鹽酸反應生成的氯化鋁與氫氧化鈉反應生成氫氧化鋁白色沉淀，沉淀的質量逐漸增加，當氯化鋁反應完，生成的氫氧化鋁沉淀與氫氧化鈉溶液反應，生成偏鋁酸鈉溶液，沉淀溶解質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。