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實驗13 同周期元素金屬性的遞變 鈉、鎂、鋁與水、酸的反應(yīng) 1、掌握鈉、鎂、鋁與水反應(yīng)的原理、現(xiàn)象 2、探究不同金屬與水反應(yīng)的快慢 3、探究第三周期元素金屬性強弱的遞變規(guī)律 2Na+H2O===2NaOH+H2 ↑ #Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑# 2Na+2HCl===2NaCl+H2↑ Mg+2HCl===MgCl2+H2↑ 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 小試管、砂紙、酒精燈、鎂帶、鋁片、1molL?1鹽酸、水 通過前面學(xué)習(xí)我們知道鈉在冷水中劇烈反應(yīng)，金屬鈉浮在水面上、熔成閃亮的小球、四處游動、發(fā)出嘶嘶的響聲、溶液變紅（加酚酞）。鈉與鹽酸反應(yīng)具有鈉與水反應(yīng)的所有現(xiàn)象，但是更為劇烈。 實驗操作 取一小段鎂帶和一小片鋁，用砂紙除去表面的氧化膜，分別放入兩支試管中。向試管中加入2ml水，并滴入2滴酚酞溶液，觀察現(xiàn)象。過一會加熱試管至水沸騰，觀察現(xiàn)象。 取一小段鎂帶和一小片鋁，用砂紙除去表面的氧化膜，分別放入兩支試管，再加入2ml1molL?1鹽酸。觀察現(xiàn)象。 實驗現(xiàn)象 加入鎂帶的試管中未加熱時無現(xiàn)象，加熱后鎂帶上產(chǎn)生氣泡，溶液變紅色。 加入鋁片的試管中，無明顯現(xiàn)象。 鎂帶劇烈反應(yīng)，有大量氣泡出現(xiàn)，放出熱量；鋁片較迅速反應(yīng)，有氣泡出現(xiàn)，放出熱量。 化學(xué)方程式 Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑ Mg+2HCl===MgCl2+H2↑ 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 實驗結(jié)論 鎂和冷水反應(yīng)較慢，與沸水反應(yīng)較快。 鋁與熱水都不反應(yīng)。 鎂與酸反應(yīng)劇烈；鋁與酸反應(yīng)較為劇烈。 金屬鎂比金屬鋁活潑 規(guī)律 綜合金屬鈉與水、酸的反應(yīng)現(xiàn)象可知，第三周期元素的金屬性的變化規(guī)律 Na Mg Al Si P S Cl 金屬性逐漸減弱 鈉、鎂、鋁的金屬性依次減弱的原因？ 三者的原子電子層數(shù)相同，隨著核電荷數(shù)的增加，原子半徑減小，核對外層電子吸引力依次增強，故失電子能力依次減弱，金屬性就逐漸減弱。 鈉、鎂、鋁的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的堿性強弱？ NaOH：強堿 Mg(OH)2：中強堿 Al(OH)3：兩性氫氧化物 金屬性越強的金屬，對應(yīng)的堿的堿性越強 由以上實驗我們可以得到的元素金屬性強弱判斷的依據(jù)有哪些？ ①金屬單質(zhì)與水（或酸）反應(yīng)置換出H2的難易程度（越易置換出氫氣，說明金屬性越強） ②最高價氧化物的水化物——氫氧化物的堿性強弱（堿性越強，則金屬性越強） ③金屬活動性順序表（位置越靠前，說明金屬性越強） 1．下列敘述正確的是（） A．鎂鋁合金的抗腐蝕能力強，不與稀硫酸反應(yīng) B．Na的金屬活動性比Mg的強，故可用Na與MgCl2溶液反應(yīng)制Mg C．鈉可與冷水劇烈反應(yīng)，而鎂與熱水才能反應(yīng)，說明鈉比鎂活潑 D．Fe在Cl2中燃燒生成FeCl3，其中Fe顯＋3價，故Fe與其他非金屬反應(yīng)的產(chǎn)物中，F(xiàn)e也顯＋3價 【答案】C 【解析】A．合金中各成分金屬仍保持原有的化學(xué)性質(zhì)，故鎂鋁合金易與稀硫酸反應(yīng)，故A錯誤；B．Na是活潑金屬，與MgCl2溶液反應(yīng)時，Na先與水反應(yīng)生成NaOH和H2，不能置換出Mg，故B錯誤；C．鈉可與冷水劇烈反應(yīng)，而鎂與熱水才能反應(yīng)，是比較鈉與鎂的金屬性的方法，故C正確；D．Fe與其他非金屬反應(yīng)的產(chǎn)物中，F(xiàn)e的化合價取決于非金屬的氧化性強弱，并不一定是＋3價，如Fe與S反應(yīng)生成的FeS中Fe顯＋2價，故D錯誤。故選C。 2．下列各組元素性質(zhì)遞變情況不正確的是（） A．N、P、F原子半徑依次增大 B．Li、Be、B原子最外層電子數(shù)依次增多 C．Na、K、Rb的金屬性依次增強 D．P、S、Cl元素最高正化合價依次升高 【答案】A 【解析】A．原子半徑F比N、P均小，故A錯誤；B．Li、Be、B在第二周期，同周期原子最外層電子數(shù)依次增多，故B正確；C．Na、K、Rb同主族元素從上到下元素的金屬性依次增強，故C正確；D．P、S、Cl原子最外層電子數(shù)分別為5、6、7，則P、S、Cl元素最高正價依次升高，故D正確；故選A。 3．下列氫氧化物中，堿性最強的是（） A．LiOH B．NaOH C．KOH D．RbOH 【答案】D 【解析】元素金屬性越強，其最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性越強。同主族元素從上而下金屬性逐漸增強，金屬性Lir(Al3+)>r(S2-)>r(Cl) ②氫化物的穩(wěn)定性：HF>HCl>H2S>PH3>SiH4 ③還原性：I>Br>Cl>Fe2+ ④氧化性：Cl2>S>Se>Te ⑤酸性：H2SO4>H3PO4>H2CO3>H3BO3 ⑥非金屬性：O>N>P>Si ⑦金屬性：BeNa>Mg。金屬性越強，對應(yīng)最高價氧化物的水化物的堿性越強，所以堿性：KOH＞NaOH＞Mg(OH)2，故A正確；B．同周期從左向右，非金屬性逐漸增強，對應(yīng)最高價氧化物的水化物的酸性越強，所以酸性：HClO4＞H2SO4＞H3PO4，故B正確；C．同周期從左向右原子半徑逐漸減小，所以原子半徑：Al鎂=鋁 【解析】（1）金屬鈉與鹽酸反應(yīng)：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑ 2 1 W/23 W/46 金屬鎂與鹽酸反應(yīng)Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ 1 1 W/24 W/24 金屬鋁與鹽酸反應(yīng)2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2 3 W/27 W/18 相同條件下，體積之比等于其物質(zhì)的量之比為W/46∶W/24∶W/18=1/23∶1/12∶1/9；（2）根據(jù)（1）中反應(yīng)方程式，產(chǎn)生氫氣物質(zhì)的量分別為：0.05、0.1、0.15，相同條件下，物質(zhì)的量之比等于其體積之比，即為0.05∶0.1∶0.15=1∶2∶3；（3）生成氫氣體積相同，即生成氫氣物質(zhì)的量相同，反應(yīng)方程式分別是2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑、Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑、2/3Al＋2HCl=2/3AlCl3＋H2↑，因此三種金屬物質(zhì)的量之比為2∶1∶2/3=6∶3∶2，其質(zhì)量比為623∶324∶227=23∶12∶9；（4）金屬鈉與鹽酸反應(yīng)：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，由題意可知鹽酸顯然不足，產(chǎn)生氫氣物質(zhì)的量為0.005mol，過量金屬鈉與水反應(yīng)：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，產(chǎn)生氫氣的量為（0.1－0.01）/2mol=0.045mol，共產(chǎn)生氫氣物質(zhì)的量為0.05mol，金屬鎂與鹽酸反應(yīng)：Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，同理鹽酸不足，但過量鎂不與水反應(yīng)，因此產(chǎn)生氫氣的量為0.005mol，金屬鋁與鹽酸反應(yīng)：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，同理鹽酸不足，過量鋁不與水反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣物質(zhì)的量為0.005mol，綜上所述，產(chǎn)生氫氣體積大小順序是鈉>鎂=鋁。 8．鹵族元素的單質(zhì)能與H2反應(yīng)，反應(yīng)情況如下表所示： F2 在暗處能劇烈化合并發(fā)生爆炸，生成的化氫很穩(wěn)定 Cl2 光照或點燃發(fā)生反應(yīng)，生成的氯化氫較穩(wěn)定 Br2 加熱至一定溫度才能反應(yīng)，生成的溴化氫不如氯化氫穩(wěn)定 I2 不斷加熱才能緩慢反應(yīng)，同一條件下，生成的HI會分解 （1）鹵族元素位于周期表中的_________族。 （2）用電子式表示HCl的形成過程________。 （3）依據(jù)上表，可以推測出：隨著核電荷數(shù)的增加，________（填字母）。 a．單質(zhì)的熔沸點逐漸升高 b．元素的非金屬性逐漸減弱 c．鹵化氫的還原性依次減弱 d．鹵化氫的穩(wěn)定性依次減弱 （4）I2與H2反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________________。 （5）不同鹵素原子之間可形成鹵素互化物，其性質(zhì)與鹵素單質(zhì)相近。BrCl和FeCl2水溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________________。 【答案】（1）VIIA （2） （3）bd （4）H2+I22HI （5）3BrCl+6FeCl2===5FeCl3+FeBr3 【解析】（1）鹵族元素的最外層電子數(shù)=元素的主族序數(shù)=7，所以鹵族元素位于周期表中的ⅦA；（2）HCl屬于共價化合物，氫原子最外層電子與Cl最外層電子形成一對共用電子對，其形成過程可寫為；（3）a．鹵族元素，隨著原子序數(shù)的遞增，單質(zhì)的熔沸點逐漸升高，但是表中數(shù)據(jù)無法判斷，故錯誤；b．根據(jù)表中的信息：單質(zhì)和氫氣化合越來越難，得到鹵族元素隨著原子序數(shù)的遞增，元素的非金屬性逐漸減弱，故正確；c．元素的非金屬性逐漸減弱，鹵化氫的還原性依次增強，故錯誤；d．元素的非金屬性逐漸減弱，所以鹵化氫的穩(wěn)定性依次減弱，故正確；答案選bd；（4）I2與H2反應(yīng)生成碘化氫是可逆反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是H2+I22HI；（5）同鹵素原子之間可形成鹵素互化物，其性質(zhì)與鹵素單質(zhì)相近，根據(jù)氯氣和FeCl2之間反應(yīng)生成FeCl3的原理，推斷：BrCl和FeCl2在水溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3BrCl+6FeCl2===5FeCl3+FeBr3。 9．某同學(xué)為驗證元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，設(shè)計了如下實驗。 I．（1）將鈉、鉀、鎂、鋁各1mol分別投入到足量的同濃度的鹽酸中，試預(yù)測實驗結(jié)果：_____與鹽酸反應(yīng)最劇烈，____與鹽酸反應(yīng)的速率最慢；_____與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體最多。 （2）向Na2S溶液中通入氯氣出現(xiàn)淡黃色渾濁，可證明Cl的非金屬性比S強，反應(yīng)的離子方程式為：___________________________________。 II．利用下圖裝置可驗證同主族非金屬性的變化規(guī)律。 （3）儀器A的名稱為__________，B為__________，干燥管D的作用為___________。 （4）若要證明非金屬性：Cl>I，則A中加濃鹽酸，B中加KMnO4(KMnO4與濃鹽酸常溫下反應(yīng)生成氯氣)，C中加淀粉碘化鉀混合溶液，觀察到混合溶液_____的現(xiàn)象，即可證明。從環(huán)境保護的觀點考慮，此裝置缺少尾氣處理裝置，可用_____溶液吸收尾氣。 （5）若要證明非金屬性：C>Si，則在A中加鹽酸、B中加CaCO3、C中加Na2SiO3溶液觀察到C中溶液____________的現(xiàn)象，即可證明。但有的同學(xué)認為鹽酸具有揮發(fā)性，應(yīng)用______溶液除去。 【答案】I．（1）鉀鋁鋁 （2）S2+Cl2===S↓+2C1 II．（3）分液漏斗錐形瓶防止倒吸 （4）變藍NaOH[或Ca(OH)2] （5）有白色沉淀生成飽和NaHCO3 【解析】I．（1）金屬活潑性順序為：鉀＞鈉＞鎂＞鋁，所以相同條件下與鹽酸反應(yīng)最激烈的是鉀，反應(yīng)速率最慢的是鋁；生成1mol氫氣需要得到2mol電子，1mol鉀、鈉都失去1mol電子，1mol鎂失去2mol電子，而1mol鋁失去3mol電子，所以生成氫氣最多的是金屬鋁；（2）氯氣氧化性強于硫單質(zhì)，所以氯氣能夠與硫離子反應(yīng)生成硫，反應(yīng)的離子方程式為：S2+Cl2===S↓+2C1，II．（1）儀器A為分液漏斗；球形干燥管D能夠防止倒吸，可以避免C中液體進入錐形瓶中，因此，本題正確答案是:分液漏斗；錐形瓶;防止倒吸；（2）濃鹽酸和高錳酸鉀反應(yīng)生成氯氣，氯氣具有強氧化性，可與碘化鉀反應(yīng)生成碘，因淀粉遇碘變藍色，則可觀察到溶液變藍，氯氣有毒，不能排放到空氣中，可與氫氧化鈉溶液反應(yīng)而被吸收，則可用氫氧化鈉溶液進行尾氣吸收，少量時，也可用石灰水吸收，（3）因碳酸比硅酸強，二氧化碳可與硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸沉淀，溶液變渾濁，氯化氫具有揮發(fā)性，干擾實驗結(jié)果，需要將二氧化碳中的氯化氫除掉，根據(jù)氯化氫與碳酸氫鈉反應(yīng)，而二氧化碳不反應(yīng)，可以在B和C之間增加裝有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶。