Question

【题目】一个兴趣小组同学们在一起探究金属及金属矿物的性质，做了如下实验。

（1）探究铝、铁、铜三种金属的活动性，小刚同学设计了用铜丝、铁丝、铝丝和稀盐酸，只用一只试管，取一次盐酸的探究方案。请你和他们一起完善下表的探究方案并回答有关问题。

实验步骤	观察到的现象
①在试管中取少量盐酸，插入铜丝，充分作用。	无明显现象
②在①所得的溶液中，插入铁丝，充分作用。	_____
③在②所得的溶液中插入铝丝，充分作用。	_____

结论：金属活动性由强到弱的顺序_______。

（2）小明同学将铝片、锌片打磨后，分别投入盛有等体积、等浓度稀盐酸的试管中，观察到铝与稀盐酸反应较锌与稀盐酸反应快。

（提出问题）金属与盐酸反应快慢，除与金属的种类有关外，还受哪些因素的影响呢？

（猜想与假设）a．可能与盐酸的浓度有关；b．可能与反应时的温度有关；c．你的猜想是__________________________________。

（设计并实验）小明利用如图甲所示装置，用不同质量分数的盐酸和相同形状的铝片进行如下实验。

（交流讨论）请写出铝与盐酸反应的化学方程式：_________________________。

（分析数据）

实验编号	盐酸的浓度（均取20mL）	温度/℃	记录的数据
①	5%	30
②	10%	20
③	5%	20
④	10%	30

实验中记录的数据可能：_______________________；对比实验②③可知____对金属与酸反应的速率有影响。

（拓展延伸1）

小明进行铝与稀盐酸反应时，试管外壁发烫，并测得实验过程中生成氢气的体积随时间变化的曲线如图乙所示，根据曲线归纳铝与稀盐酸反应速率的变化规律：_____________。

（拓展延伸2 ）图丙为测得的室温下足量的铝片与20ml 10%的稀盐酸反应产生氢气的量与时间关系曲线，发现实验测得的实际值比通过计算得到的理论值偏大，请分析可能的原因（至少答两点）。①__________________，②________________________。

（拓展延伸3 ）利用铝与盐酸产生的氢气来做下列实验，称取5.2g氧化铁样品，放入重48.48g的玻璃管中，按图丁装置连接，完全反应后，冷却至室温，称得玻璃管和固体的总质量为52.24g，计算氧化铁样品中氧化铁的质量分数____________。

（拓展延伸4）已知氢氧化钠溶液与氢氧化铝反应，生成偏铝酸钠溶液。在铝与过量盐酸反应后的溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液过程中现象为____（下列图像中，纵坐标为沉淀质量，横坐标为氢氧化钠溶液质量 ）

Answer 1

【答案】有气泡产生，溶液由无色变为浅绿色 铝丝表面有黑色固体析出，溶液由浅绿色变为无色 铝>铁>铜 金属与盐酸的接触面积有关 相同时间内注射器中收集的氢气体积（或注射器中收集相同体积的氢气时所用的时间） 盐酸的浓度 开始由慢变快，一段时间后，由快变慢 铝和稀盐酸反应放热，使生成的气体受热膨胀体积偏大 盐酸挥发出的氯化氢气体混入氢气中，使生成气体体积偏大 92.3% D

【解析】

（1）①在试管中取少量盐酸，插入铜丝，铜不与盐酸反应，试管中还是盐酸溶液。

②在①所得的溶液中，插入铁丝，充分作用，铁丝与盐酸反应会生成氯化亚铁和氢气，所以会观察到有气泡产生，溶液由无色变成浅绿色。故填：有气泡产生，溶液由无色变成浅绿色。

③在②所得的氯化亚铁溶液中插入铝丝，充分作用，铝会置换出铁，所以会看到铝丝表面有黑色固体析出，溶液由浅绿色变为无色。故填：铝丝表面有黑色固体析出，溶液由浅绿色变为无色。

结论：由①②铜不与盐酸反应而铁能与盐酸反应可得，铁的活动性强于铜；由③铝可以置换出铁得出，铝的活动性强于铁，从而得出金属的活动性：铝>铁>铜。故填：铝>铁>铜。

（2）猜想与假设：影响化学反应速率快慢的因素有：反应物的浓度、反应温度以及反应物的接触面积，所以影响金属与盐酸反应快慢的因素，除了金属的种类外，还可能有：盐酸的浓度、反应时的温度和金属与盐酸的接触面积。故填：金属与盐酸的接触面积有关。

交流讨论：铝与盐酸反应生成氯化铝和氢气，反应的化学方程式：。故填：。

分析数据：因为要对比的是反应速率快慢，所以实验中记录的数据可能是：相同时间内注射器中收集的氢气体积（或注射器中收集相同体积的氢气时所用的时间）；对比实验②③数据可知，盐酸浓度不同导致金属与酸反应的速率不同。故填：相同时间内注射器中收集的氢气体积（或注射器中收集相同体积的氢气时所用的时间）；盐酸的浓度。

拓展延伸1：根据坐标曲线可以看出，反应开始由慢变快，一段时间后，由快变慢，这是因为锌与稀盐酸反应放出热量使温度升高，试管外壁发烫，开始时温度升高对反应速率的影响较盐酸浓度变小对反应速率的影响大，一段时间后，盐酸浓度变小对反应速率的影响较温度升高对反应速率的影响更大。故填：开始由慢变快，一段时间后，由快变慢。

拓展延伸2 ：图丙为测得的室温下足量的铝片与20ml 10%的稀盐酸反应产生氢气的量与时间关系曲线，发现实验测得的实际值比通过计算得到的理论值偏大，即得到的实际气体体积比理论值偏大，可能的原因有：铝与盐酸的反应放热，放出的热量使生成的气体膨胀，体积偏大；反应过程中放热，盐酸中的氯化氢气体可能挥发出来，混入生成的气体中，使体积偏大。故填：铝和稀盐酸反应放热，使生成的气体受热膨胀体积偏大；盐酸挥发出的氯化氢气体混入氢气中，使生成气体体积偏大。

拓展延伸3 ：利用铝与盐酸产生的氢气来做下列实验，称取5.2g氧化铁样品，放入重48.48g的玻璃管中，按图丁装置连接，完全反应后，冷却至室温，称得玻璃管和固体的总质量为52.24g，硬质玻璃管和里面的药品反应前后减少的质量为 ，氢气还原氧化铁得到铁和水蒸气（被浓硫酸吸收），所以硬质玻璃管和里面的药品反应前后减少的质量就是氧化铁中氧元素的质量即1.44g，所以氧化铁的质量= = ，样品中氧化铁的质量分数= 。故填：92.3%。

拓展延伸4: 因为盐酸过量，所以氢氧化钠加入后先发生酸碱中和反应，此过程没有沉淀生成，当盐酸反应完后，铝与盐酸反应生成的氯化铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝白色沉淀，沉淀的质量逐渐增加，当氯化铝反应完，生成的氢氧化铝沉淀与氢氧化钠溶液反应，生成偏铝酸钠溶液，沉淀溶解质量减少直到沉淀全部溶解。所以D图像符合该变化过程。故选D。