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12. 新趋势 学科融合 (2024·河南改编)将盛有相同质量、相同浓度稀硫酸的两只烧杯,放在托盘天平左、右两盘上,天平平衡。向两烧杯中分别加入相等质量的镁和铝。待反应停止后,根据天平的平衡状况判断。
(1) 若天平仍保持平衡,则反应中一定无剩余的是
(2) 若天平失去平衡,则加入
(3) 若加入的镁、铝质量不相等,且稀硫酸过量,充分反应后所得两溶液的质量相等,则反应的镁与铝的质量比为
(1) 若天平仍保持平衡,则反应中一定无剩余的是
稀硫酸
;一定有剩余的是${Al}$
(填化学式,下同);可能有剩余的是${Mg}$
。(2) 若天平失去平衡,则加入
${Mg}$
的一边托盘下沉。(3) 若加入的镁、铝质量不相等,且稀硫酸过量,充分反应后所得两溶液的质量相等,则反应的镁与铝的质量比为
32:33
(填最简整数比)。答案
12. (1) 稀硫酸 ${Al}$ ${Mg}$ (2) ${Mg}$ (3) $32:33$
解析:(1) 若天平仍保持平衡,说明生成的氢气一样多,则稀硫酸全部参与反应,即金属是足量的,生成等质量的氢气,消耗镁的质量较大,则一定有剩余的是铝,可能有剩余的是镁。(2) 等质量的镁和铝与足量的稀硫酸反应,根据镁和铝与稀硫酸反应的质量关系${Mg}～{H_{2}}$、${2Al}～{3H_{2}}$可知,铝
$\quad\quad24\quad\ 2\quad54\quad6$
反应生成的氢气多,若天平失去平衡,则指针应偏向镁的一边。(3) 铝与稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气,镁与稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气。假设镁、铝反应后,溶液质量都增加$m\ \mathrm{g}$,设参加反应的镁的质量是$x$,铝的质量是$y$。
${Mg +H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} +H_{2}\uparrow}$ 溶液增加的质量
$24\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ 2\quad\quad24-2=22$
$x\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad m\ \mathrm{g}$
$\frac{24}{22}=\frac{x}{m\ \mathrm{g}}$ $x=\frac{12m}{11}\ \mathrm{g}$
${2Al +3H_{2}SO_{4}=Al_{2}(SO_{4})_{3} +3H_{2}\uparrow}$ 溶液增加的质量
$54\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ 6\quad\quad54-6=48$
$y\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad m\ \mathrm{g}$
$\frac{54}{48}=\frac{y}{m\ \mathrm{g}}$ $y=\frac{9m}{8}\ \mathrm{g}$
所以加入镁、铝的质量比为$\frac{12m}{11}\ \mathrm{g}:\frac{9m}{8}\ \mathrm{g}=32:33$。
解析:(1) 若天平仍保持平衡,说明生成的氢气一样多,则稀硫酸全部参与反应,即金属是足量的,生成等质量的氢气,消耗镁的质量较大,则一定有剩余的是铝,可能有剩余的是镁。(2) 等质量的镁和铝与足量的稀硫酸反应,根据镁和铝与稀硫酸反应的质量关系${Mg}～{H_{2}}$、${2Al}～{3H_{2}}$可知,铝
$\quad\quad24\quad\ 2\quad54\quad6$
反应生成的氢气多,若天平失去平衡,则指针应偏向镁的一边。(3) 铝与稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气,镁与稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气。假设镁、铝反应后,溶液质量都增加$m\ \mathrm{g}$,设参加反应的镁的质量是$x$,铝的质量是$y$。
${Mg +H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} +H_{2}\uparrow}$ 溶液增加的质量
$24\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ 2\quad\quad24-2=22$
$x\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad m\ \mathrm{g}$
$\frac{24}{22}=\frac{x}{m\ \mathrm{g}}$ $x=\frac{12m}{11}\ \mathrm{g}$
${2Al +3H_{2}SO_{4}=Al_{2}(SO_{4})_{3} +3H_{2}\uparrow}$ 溶液增加的质量
$54\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ 6\quad\quad54-6=48$
$y\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad m\ \mathrm{g}$
$\frac{54}{48}=\frac{y}{m\ \mathrm{g}}$ $y=\frac{9m}{8}\ \mathrm{g}$
所以加入镁、铝的质量比为$\frac{12m}{11}\ \mathrm{g}:\frac{9m}{8}\ \mathrm{g}=32:33$。
13. 已知金属与${O_{2}}$反应生成氧化物,向一定量铜、镁混合粉末中加入足量的稀硫酸,充分反应后过滤,将洗净的滤渣在${O_{2}}$中充分灼烧。实验中固体质量的变化如图所示。下列说法正确的是(
A.$a～b$段反应得到蓝色溶液
B.混合物中铜、镁的质量比为$4:1$
C.酸溶过程放出$0.025\ \mathrm{g}$气体
D.$c～d$段上每个点的组成均为${Cu}$和${CuO}$
B
)A.$a～b$段反应得到蓝色溶液
B.混合物中铜、镁的质量比为$4:1$
C.酸溶过程放出$0.025\ \mathrm{g}$气体
D.$c～d$段上每个点的组成均为${Cu}$和${CuO}$
答案
13. B 解析:铜与稀硫酸不反应,开始加入稀硫酸只有镁与稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气。因加入足量的稀硫酸,所以过滤后的固体只有铜。$a \to b$段发生的是镁与稀硫酸的反应,铜不参加反应,所以溶液为无色,故A错误;铜与氧气在加热的条件下反应生成氧化铜,反应后固体的质量与开始时铜、镁混合粉末的质量相同,所以氧化铜中氧元素的质量与混合物中镁的质量相等,所以混合物中铜、镁的质量比为$64:16=4:1$,故B正确;由题图可知,铜的质量为$3.2\ \mathrm{g}$,铜与镁的质量比为$4:1$,则镁的质量为$0.8\ \mathrm{g}$,设生成氢气的质量为$x$,
${Mg +H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} +H_{2}\uparrow}$
$24\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ 2$
$0.8\ \mathrm{g}\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ x$
$\frac{24}{2}=\frac{0.8\ \mathrm{g}}{x}$ $x\approx0.067\ \mathrm{g}$,故C错误;$c$点还未与氧气反应,则固体中只有铜,$d$点之后固体质量不变,则$d$点铜完全反应,只有氧化铜,故D错误。
${Mg +H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} +H_{2}\uparrow}$
$24\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ 2$
$0.8\ \mathrm{g}\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\ x$
$\frac{24}{2}=\frac{0.8\ \mathrm{g}}{x}$ $x\approx0.067\ \mathrm{g}$,故C错误;$c$点还未与氧气反应,则固体中只有铜,$d$点之后固体质量不变,则$d$点铜完全反应,只有氧化铜,故D错误。
14. 新素养 科学探究与实践 小明同学在探究金属与酸反应时,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比锌与稀盐酸反应更快。
【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】(1) a. 可能与盐酸的浓度有关;b. 可能与金属与盐酸的接触面积有关;c. 可能与
【设计并实验】(2) 小明利用图甲所示装置,用不同浓度的盐酸与质量、形状相同的铝片进行实验。请写出铝与盐酸反应的化学方程式:
【分析数据、得出结论】(3) 实验中记录的数据可能是
A. 产生相同体积氢气的时间
B. 产生氢气的总质量
C. 产生氢气的总体积
D. 单位时间内产生氢气的体积
【拓展延伸】(4) 小明用足量的铝与稀盐酸反应时,发现试管外壁发烫,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,根据曲线分析$t_{2}\ \mathrm{min}$后反应速率变化的原因是
(5) 将质量、形状相同的铝、锌分别与足量的稀盐酸反应。用曲线a、b分别表示铝、锌与稀盐酸反应时生成氢气的质量随反应时间的变化情况,则下列图像正确的是
【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】(1) a. 可能与盐酸的浓度有关;b. 可能与金属与盐酸的接触面积有关;c. 可能与
金属种类、反应的温度等
有关。【设计并实验】(2) 小明利用图甲所示装置,用不同浓度的盐酸与质量、形状相同的铝片进行实验。请写出铝与盐酸反应的化学方程式:
${2Al +6HCl=2AlCl_{3} +3H_{2}\uparrow}$
。【分析数据、得出结论】(3) 实验中记录的数据可能是
AD
(填字母)。A. 产生相同体积氢气的时间
B. 产生氢气的总质量
C. 产生氢气的总体积
D. 单位时间内产生氢气的体积
【拓展延伸】(4) 小明用足量的铝与稀盐酸反应时,发现试管外壁发烫,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,根据曲线分析$t_{2}\ \mathrm{min}$后反应速率变化的原因是
随着反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,反应速率减小
。(5) 将质量、形状相同的铝、锌分别与足量的稀盐酸反应。用曲线a、b分别表示铝、锌与稀盐酸反应时生成氢气的质量随反应时间的变化情况,则下列图像正确的是
A
(填字母)。答案
14. (1) 金属种类、反应的温度等 (2) ${2Al +6HCl=2AlCl_{3} +3H_{2}\uparrow}$ (3) AD (4) 随着反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,反应速率减小
(5) A
解析:(5) 稀盐酸足量,因此充分反应后放出氢气的质量大小由金属的质量决定,根据反应的化学方程式${2Al +6HCl=2AlCl_{3} +3H_{2}\uparrow}$,每$18$份质量的铝反应能生成$2$份质量的氢气,根据反应的化学方程式${Zn +2HCl=ZnCl_{2} +H_{2}\uparrow}$,每$65$份质量的锌反应能生成$2$份质量的氢气,所以质量相等的铝和锌与足量稀盐酸反应,铝生成的氢气多,则图像中铝的终点纵坐标应该大于锌的;由题意可知,相同条件下铝与盐酸反应比锌与盐酸反应快,则相同时间内铝产生氢气的质量大,故A正确。
(5) A
解析:(5) 稀盐酸足量,因此充分反应后放出氢气的质量大小由金属的质量决定,根据反应的化学方程式${2Al +6HCl=2AlCl_{3} +3H_{2}\uparrow}$,每$18$份质量的铝反应能生成$2$份质量的氢气,根据反应的化学方程式${Zn +2HCl=ZnCl_{2} +H_{2}\uparrow}$,每$65$份质量的锌反应能生成$2$份质量的氢气,所以质量相等的铝和锌与足量稀盐酸反应,铝生成的氢气多,则图像中铝的终点纵坐标应该大于锌的;由题意可知,相同条件下铝与盐酸反应比锌与盐酸反应快,则相同时间内铝产生氢气的质量大,故A正确。
