金屬與酸反應的計算規律

在有關金屬與酸反應的計算中，經常會牽涉到反應産生氫氣質量的計算，隻要我們掌握了規律，就能夠簡單、快速的進行計算或比較，找出正确的答案。先進行下列推導：

已知質量為a的金屬M，其相對原子質量為m，化合價為n，求M與鹽酸（或稀硫酸）完全反應後産生的氫氣質量。

根據上式，我們可以知道，當金屬與酸反應時，産生氫氣的質量

由此，我們可以得出以下規律：

1、當相同質量的幾種金屬與足量的酸反應時，它們産生氫氣的質量與金屬的化合價成正比，與金屬的相對原子質量成反比。如果幾種金屬的化合價一樣，則相對原子質量越小的金屬，反應産生氫氣質量就越多。

2、當幾種金屬與足量的酸反應産生的氫氣質量相同時，消耗金屬的質量與相對原子質量成正比，與化合價成反比。如果幾種金屬的化合價一樣，則相對原子質量越大的金屬，反應消耗的質量就越多。

例1、（煙台）相同質量的鐵、鋅、鎂、鋁分别與足量的鹽酸反應，産生氫氣的質量與反應時間的關系如圖所示，圖中曲線①②③④對應的金屬是（ ）

A．鋁、鎂、鋅、鐵

B．鐵、鋅、鎂、鋁

C．鋁、鎂、鐵、鋅

D．鋅、鎂、鐵、鋁

分析：題中鎂、鋅、鐵的化合價都是“＋2”價，隻有鋁的化合價式“＋3”價，如果将鋁的化合價轉換成“＋2”價，則轉換後鋁的相對原子質量為18，根據規律1，當金屬化合價相同時，相對原子質量越小的金屬，反應産生氫氣質量就越多，隻需要将鋁、鎂、鐵、鋅的相對原子質量由小到大排列，即為圖中曲線①②③④對應的金屬。答案為C。

例2、(黃岡) 将質量相等的A、B、C三種金屬，同時分别放入三份溶質質量分數相同且足量的稀鹽酸中，反應生成H2的質量與反應時間的關系如圖所示。根據圖中所提供的信息，得出的結論正确的是。(已知：A、B、C在生成物中均為 2價)

A．放出H2的質量是A＞B＞C

B．金屬活動性順序是A＞B＞C

C．反應速率最大的是A

D．相對原子質量是C＞B＞A

分析：從圖中不難看出，反應放出H2的質量是A＞B＞C，故答案A正确。金屬活動性順序與金屬和酸反應的速率有關，金屬越活潑，反應放出氫氣的速度就越快，故正确的順序為B＞A＞C，同理也可知道B的反應速率最大。根據規律1，當金屬化合價相同時，反應産生氫氣質量越多，該金屬的相對原子質量越小，故答案D正确。本題正确答案為A、D。

練習、(青島)在已調平的托盤天平兩邊各放一個等質量的燒杯，向燒杯中各加入質量相等、質量分數也相等的稀硫酸，然後在左右兩盤的燒杯中分别放入等質量的鋅粒和鐵粉。下列現象不可能觀察到的是

A. 天平指針最終偏向放鋅粒的燒杯一邊

B．隻有鋅粒有剩餘

C．天平指針開始偏向放鐵粉的燒杯一邊

D．隻有鐵粉有剩餘

答案：B

天平題中與金屬有關的題型和解法探究

題型一：平衡天平兩托盤上燒杯中盛同體積同質量分數的稀鹽酸或稀硫酸，向兩燒杯中各加入一種質量相等的不同種金屬，反應完畢後，分析金屬或酸剩餘情況、産生H₂的多少以及天平平衡情況。

例1．（曲靖中考）在托盤天平的兩托盤上各放一隻燒杯，分别注入溶質質量分數和體積都相等的稀硫酸，調節至平衡。在左、右兩個燒杯中分别投入質量相等的鋅粒和鋁粒（如圖所示）。充分反應後發現鋁有剩餘，鋅沒有剩餘。則下列說法中不正确的是（）

A．右燒杯中産生的氫氣可能比左燒杯中的多

B．左燒杯中産生的氫氣可能比右燒杯中的多

C．天平指針可能指向分度盤中間

D．天平指針不可能偏向右邊

解析：為方便計算，設硫酸溶液中溶質H2SO₄為98g，Zn、Al質量均為mg。由于Al有剩餘，右燒杯中H2SO₄完全消耗掉；Zn無剩餘，左燒杯中Zn完全消耗掉。有：

則左右兩邊增量為：△m左=mg–(2m÷65)g=(63m÷65)g，△m右=(m–2)g。

讨論：

⑴當m≤18時，右燒杯中Al會完全消耗掉，不符合題意；

⑵當m＞65時，左燒杯中Zn完全反應掉消耗H2SO₄的質量大于98g，不符合所設情況；

⑶當m=65時，左燒杯中Zn與H2SO₄恰好完全反應，右燒杯中Al過量65g–18g=47g，H2SO₄完全消耗完。有△m左=△m右，兩燒杯中産生的氫氣一樣多，即天平仍平衡，指針指向分度盤中間；

⑷當18＜m＜65時，，左燒杯中Zn完全消耗掉，而H2SO₄有剩餘，右燒杯中Al有剩餘而H2SO₄完全消耗掉。有△m左＞△m右，右燒杯中Al産生的氫氣比左燒杯中Zn産生的多，指針指向分度盤的左邊。

綜上，可知本題選B。

小結：

1．等質量的Mg 、Zn、Fe三種金屬任意兩兩組合後分别加入平衡天平兩邊同體積同質量分數的稀鹽酸或稀硫酸中，充分反應後：

⑴若天平保持平衡，指針指向中間。當天平保持平衡，左右兩邊淨增量相等，産生氫氣的質量相等，兩邊的酸一定消耗完而無剩餘，兩金屬中至少有一種金屬過量而剩餘。結合方程式可分析出相對原子質量（用M表示，下同）小的金屬一定有剩餘，M大的金屬可能有剩餘，也可能恰好消耗掉。

⑵若天平失去平衡，指針隻會偏向加入M大的金屬的一邊。當天平失去平衡，左右兩邊淨增量不相等，即産生氫氣的質量不相等，分兩種情況：

①兩種金屬完全消耗掉而酸過量，此時消耗的兩金屬質量相同，結合方程式可分析出M大的金屬産生的氫氣較少。

②由于等質量的酸消耗的M大的金屬的質量遠大于消耗的M小的金屬的質量，所以還有可能M大的金屬完全消耗掉而酸有剩餘，M小的金屬有剩餘而酸完全消耗掉，此時，也是M大的金屬産生的氫氣較少。

2．等質量的Al與Mg 或Fe或Zn分别加入平衡天平兩邊同體積同質量分數的稀鹽酸或稀硫酸中，充分反應後：

⑴若天平保持平衡，指針指向中間。産生氫氣的質量相等，兩邊的酸一定消耗完而無剩餘。結合方程式可分析出與酸反應後顯 3價的Al一定有剩餘，Mg 或Fe或Zn可能有剩餘，也可能恰好消耗掉。

⑵若天平失去平衡，指針隻會偏向Mg 或Fe或Zn的一邊。有兩種情況：

①兩種金屬完全消耗掉而酸過量，此時消耗的兩金屬質量相同，結合方程式可分析出Al産生的氫氣較多。

②由于等質量的酸消耗的Mg 或Fe或Zn的質量遠大于消耗Al的質量，所以還有可能Mg 或Fe或Zn完全消耗掉而酸有剩餘，Al有剩餘而酸完全消耗掉，此時，也是Al産生的氫氣較多。

題型二：平衡天平兩托盤上燒杯中盛同體積同質量分數的足量稀鹽酸或稀硫酸，向兩燒杯中各加入一種或多種各不相同的物質，要求維持天平平衡，确定所加物質的質量。

例2．（哈爾濱中考）如下圖所示，在托盤天平的兩盤上各放一個盛有足量稀鹽酸的燒杯，調節天平至平衡。在左盤燒杯中加入Al和MgCO3的混合物，右盤燒杯中加入Mg和MgO的混合物，且MgCO3與MgO的質量比為21:10，充分反應後，若天平最終仍保持平衡，則加入的Al與Mg兩種物質的質量比為______。

解析：由題意知鹽酸足量，左、右兩燒杯中所加物質全部消耗掉。左燒杯中Al、MgCO3與鹽酸反應分别放出H2、CO₂，右燒杯中Mg、MgO與鹽酸反應隻有Mg與鹽酸反應放出H2。兩燒杯中的物質反應後，雖然質量都減輕，但天平最終仍保持平衡，說明左、右燒杯中物質增重的質量相等。即：△m(MgCO₃-CO₂) △m(Al-H₂)=△m(MgO) △m(Mg-H₂)。設加入的Al的質量為a，Mg的質量為b，有：

10 48a÷54=10 22b÷24，解得a÷b=33÷32，故Al與Mg質量比為33:32。

小結：

對于此類題，先假設出加入物質的質量，然後用“差量法”計算出左、右兩邊溶液增加的質量，最後據溶液增加的質量相等來求解。

題型三：平衡天平兩托盤上燒杯中盛同體積同質量分數的足量稀鹽酸或稀硫酸，向兩燒杯中各加入一種質量相等的不同種金屬，然後根據天平指針偏轉情況，确定所加的是何種金屬。

例3．（黑龍江中考）在托盤天平兩邊各放一隻燒杯，調節至平衡。在兩隻燒杯裡注入相同體積、相同質量分數的足量稀鹽酸，然後分别向左右兩燒杯中加入質量相等的鐵和金屬A。有氣體産生時，天平指針慢慢向左偏轉（如圖1）；指針偏轉到一定角度後，又慢慢向右偏轉；反應結束後，天平指針指向右端（如圖2）。則天平右端加入的金屬A可能是（）

A．Zn B．Mg C．Cu D．Al

解析：觀察所給選項，C項中Cu不與酸反應，若A為Cu，則指針始終偏向右邊。其他三個選項中，Zn、Mg、Al均比Fe活潑，與鹽酸反應産生H2的速率比Fe的快，有氣體産生時，指針首先均會偏向加入Fe的一邊。指針偏轉到一定角度後，又慢慢向右偏轉，最後指向右邊，說明Fe産生的H2的質量大于金屬A産生的H2的質量。又稀鹽酸足量，金屬全部反應完，由反應的方程式可知等質量（設為mg）的Fe、Zn、Mg、Al完全反應産生的H2的質量分别為(2m÷56)g、(2m÷65)g、(2m÷24)

g、(3m÷27)g。隻有(2m÷56)g＞(2m÷65)g，加入的金屬A隻能是Zn。故本題選A。

小結：

1．等質量的Mg 、Zn、Fe三種金屬任意兩兩組合後分别加入平衡天平兩邊同體積同質量分數的足量稀鹽酸或稀硫酸中，由于活動性強的金屬與酸反應産生H2的速率較快，天平指針首先偏向活動性相對較弱的金屬的一邊。又由于酸足量，反應結束後兩金屬全部消耗完，結合方程式可分析出M大的金屬産生的氫氣較少，指針偏向M大的金屬的一邊。

2．等質量的Al與Mg 或Fe或Zn分别加入平衡天平兩邊同體積同質量分數的足量稀鹽酸或稀硫酸中，天平指針首先偏向活動性相對較弱的金屬的一邊，反應結束後，指針偏向Mg 或Fe或Zn的一邊。

3．等質量的Cu與Al或Mg 或Fe或Zn分别加入平衡天平兩邊同體積同質量分數的足量稀鹽酸或稀硫酸中，由于Cu不與酸反應，天平指針始終偏向Cu的一邊。

金屬和金屬材料

(30分鐘　40分)

一、選擇題(本大題包括6個小題,每小題3分,共18分)

1.下列不屬于合金的是　()

A.錳鋼 B.生鐵 C.硬鋁 D.塑料

2.下列金屬的物理性質中,鋁、銅、鐵、鋅共有的是　()

A.都能被磁鐵吸引

B.都具有銀色的金屬光澤

C.密度、硬度都很大

D.都有良好的延展性、導電性和導熱性

3.物質的性質決定物質的用途,下列金屬制品的用途與其性質不存在決定關系的是　()

4.焊錫是錫鉛合金,把鉛加入錫中制成合金的主要目的是　()

A.增加強度B.降低熔點

C.增加延展性D.增大硬度

5.(廣州中考)下列說法正确的是　()

A.鋁是人類最早利用的金屬材料

B.銅是目前世界年産量最高的金屬

C.青銅不具有導電性和延展性

D.日常使用的金屬材料大多數是合金

6.金屬、金屬材料的性質在很大程度上決定了它們的用途。下列相關說法中不正确的是　()

A.钛合金與人體具有很好的“相容性”,可以用來制造人造骨

B.鐵有良好的導熱性,可以用來制炊具

C.不鏽鋼的抗腐蝕性好,常用于制造醫療器械

D.鉛銻合金的熔點較低,常用于制成發熱體

二、非選擇題(本大題包括3個小題,共22分)

7.(4分)金屬材料在生活、生産中應用十分廣泛。

(1)如圖A所示是金屬的一個應用實例,請說出利用了金屬的什麼物理性質?(答出一點即可)

。

(2)如圖B所示,兩塊金屬片互相刻劃後,在純銅片上有明顯的劃痕。該實驗探究的目的是什麼?

。

8.(8分)長期以來,人們把飛機速度達到音速2倍～3倍的區域看作是難以逾越的“熱障”。但钛合金在較高溫度時,強度仍無明顯的變化,它能勝任飛機在3倍～4倍音速下的飛行;它在航海方面也開始大顯身手。全部钛合金潛艇不僅質量輕、航速高、攻擊力強,而且無磁性,在海底不易被雷達發現,因而也就不易遭到攻擊。

根據以上材料請回答:

(1)钛合金還可能在方面有應用。文中“熱障”的意思你明白嗎?請說出你的理解: 。

(2)钛合金的突出物理性質有 。

(3)钛合金核動力潛艇在海底不易被發現的原因是 。

9.(10分)(探究創新)綜合考慮下列表格中的各方面因素,回答以下問題:

(注:表中導電性數值由大到小,表明導電性能由強到弱)

(1)導電性能最好的金屬是,為什麼室内的電線一般用銅或鋁制作而不用銀?

(2)為什麼用鋁鍋炒菜時鋁鍋的鍋底容易變形,而用鐵鍋不易變形?

(3)為什麼菜刀、錘子用鐵制而不用鉛制?

(4)鋁是制造飛機的主要材料,但它的相對強度很低。試建議如何改進鋁的強度以符合制造飛機的要求。

答案在下方

答案解析

1.【解析】選D。本題主要考查對合金的認識。錳鋼是鋼的一種,是鐵的合金;生鐵是鐵的合金;硬鋁是鋁的合金;塑料中不含有金屬元素,故不屬于合金。

2.【解析】選D。四種金屬中隻有鐵能被磁鐵吸引;銅是紅色的金屬;鋁的密度、硬度較小;四種金屬都有良好的延展性、導電性和導熱性。故選D。

3.【解析】選A。金屬制成電線主要是因為其導電性,故A選項錯誤;金屬做成刀具主要是因為其硬度大,因為刀具的使用過程是不斷磨損的過程,硬度必須大,才能切斷其他東西,故B選項正确;銅能作鏡子是因為其具有金屬光澤,故C選項正确;炊具能夠把食物煮熟,是利用了金屬的導熱性,故D選項正确。

4.【解析】選B。作為焊接金屬的金屬材料必須具有較低的熔點,以便在溫度不很高的情況下發生熔化。而合金的熔點比組成純金屬的熔點低,故選用熔點更低的錫鉛合金,而不選用純錫。

5.【解析】選D。銅是人類最早利用的金屬材料;鐵是目前世界年産量最高的金屬;青銅屬于合金,仍具有金屬的特征,即具有導電性和延展性;合金的性能往往比組成它的純金屬的性能更優越,在實際生活中的用途也更廣泛,所以日常使用的金屬材料大多數是合金。

6.【解析】選D。钛合金與人體具有很好的“相容性”,可以用來制造人造骨等;鐵有良好的導熱性,故常用鐵制炊具;不鏽鋼的抗腐蝕性好,常用于制造醫療器械、炊具等,A、B、C說法均正确。由于鉛銻合金的熔點較低,溫度較高時,該合金易熔化,所以鉛銻合金不适合用于制成發熱體,D說法不正确。

7.【解析】(1)該金屬能拉成絲,并且能導電,說明具有優良的延展性和導電性;(2)常通過相互刻劃的方法比較兩物質的硬度,有劃痕的金屬硬度較小。

答案:(1)導電性、延展性(答出一條即可)

(2)比較黃銅(或合金)和純銅(或組成純金屬)的硬度

8.【解析】由題中信息可知,钛合金在航空、航海方面有重要應用;航天飛機在空中飛行時,由于速度大,與空氣的摩擦大,因此會産生高溫,此時钛合金的強度無明顯的改變,而其他金屬材料的強度會發生改變;另外钛合金的密度小、無磁性;因為钛合金無磁性,因此不易被雷達發現。

答案:(1)航天等　物體在高速運動時與空氣摩擦産生高溫而導緻材料的性能變化(其他合理表述均可)

(2)密度小;在較高溫度時,有高強度;無磁性

(3)無磁性

9.【解析】(1)從表中信息可知,銀的導電性數值最大,故導電性能最強。雖然鋁、銅的導電性比銀差,但也能滿足導電的需求,鋁、銅的價格比銀低很多,且電線用量大,若用銀,經濟上不合算。

(2)鍋底容易變形與金屬的熔點低有關,因為鋁的熔點低,故在炒菜時容易軟化、變形,而鐵的熔點較高,故不易軟化、變形。

(3)制造菜刀、錘子所需的材料應具備硬度大的特點,鉛的硬度比鐵小,故用鉛制菜刀、錘子,在使用時易變形。

(4)合金的強度比成分金屬的強度大,故将鋁制成合金可提高強度。

答案:(1)銀　鋁、銅的導電性比銀差,但也能滿足導電的需求,鋁、銅的價格比銀低很多,且電線用量大,若用銀,經濟上不合算。

(2)鋁的熔點低,故在炒菜時容易軟化、變形;而鐵的熔點較高,不易軟化、變形。

(3)制造菜刀、錘子所需的材料應具備硬度大的特點,鐵的硬度比鉛大,用鉛制菜刀、錘子,在使用時易變形。

(4)将鋁制成合金。

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