Question

已知鈉與水反應的化學方程式為：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑．質量均為m g的鈉、鎂、鋅三種金屬分別與25g 質量分數為19.6% 的稀硫酸反應．
（1）由于金屬的量不確定，產生的氫氣的質量大小有多種可能（不考慮鎂與水的反應），如鎂、鋅產生氫氣的質量相同且都小于鈉產生的氫氣質量的情況表示為Na＞Mg=Zn．請按以上表示，寫出所有可能情況．______
（2）試確定，當產生的氫氣的質量大小為Na＞Mg=Zn時，m的取值范圍______．
（3）m=4.6 時，Zn與酸反應產生H₂的質量與金屬質量（m）的關系如下圖．請在圖中再畫出鈉和鎂二種金屬分別與酸反應產生H₂的質量與金屬質量（m）的關系圖線．（在圖線上用元素符號注明）

Answer 1

【答案】分析：（1）依據鈉鎂鋅三種金屬同質量時與酸反應生成的氫氣質量關系是鎂＞鈉＞鋅，可知生成的氫氣質量關系有以下幾種情況①與三種金屬反應酸足量②酸量恰好與鋅反應，則鎂鋅生成的氫氣量相等，但鈉與水也反應會生成氫氣．③酸量與鋅反應后還有剩余．
（2）當產生的氫氣的質量大小為Na＞Mg=Zn時情況是Zn正好反應完或過量．
（3）根據4.6g鈉鎂與酸反應生成的氫氣的量找到圖象的關鍵點，再結合（2）鋅的情況繪制圖象即可．
解答：解：（1）Na＞Mg＞Zn    Na=Mg＞Zn、Mg＞Na＞Zn
  解析：此題的特殊之處在于：鈉既可以與酸反應還可以與水反應，鎂、鋅只與酸反應而不與水反應．質量均為m g的鈉、鎂、鋅三種金屬與酸（過量）完全反應時產生氫氣的質量分別為：m g/23、m g/12、2m g/65． 由此可以看出，鈉、鎂、鋅三種金屬與等量酸恰好完全反應（或生成等質量的氫氣）時，所消耗的金屬質量關系為：m（鋅）＞m（Na）＞m（Mg），于是：
①酸過量（酸與鎂恰好完全反應）時，產生的氫氣質量的情況為：Mg＞Na＞Zn
②鈉、鎂、鋅均過量（或鋅恰好完全反應）時，過量的鈉可以水反應而產生的氫氣質量最多，鎂、鋅產生的氫氣質量因受酸的限制而相等：Na＞Mg=Zn
③鈉、鎂均過量而鋅不足時，產生的氫氣質量的情況為：Na＞Mg＞Zn
④鎂過量、鈉恰好與酸完全反應，而鋅不足時：Na=Mg＞Zn
（2）m≥3.25 
  解析：由上面的分析可知：當產生的氫氣的質量大小為Na＞Mg=Zn時，鈉、鎂、鋅均應過量（或鋅恰好完全反應），因此m的大小只取決于鋅的質量．
  設：25 g 質量分數為19.6% 的稀硫酸與鋅恰好完全反應消耗鋅的質量為χ
   Zn+H₂SO₄ ═ZnSO₄+H₂↑
   65      98
   χ      25 g×19.6%
65：98=χ：25 g×19.6%    解得：χ=3.25g   
 故：m≥3.25
（3）解析：m=4.6 時，m＞3.25．因此鈉、鎂、鋅均過量，鈉在酸消耗完后還可以與水反應，產生氫氣的量由鈉決定：2Na+H₂SO₄ =Na₂SO₄ +H₂↑     2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，
設：鈉產生的氫氣質量的y
2Na----H₂
46         2
4.6g         y
46：2=4.6g：y  解得：y=0.2g
鎂、鋅產生的氫氣質量因受酸的限制而相等，由上圖可知：均為0.1g．
設：25 g 質量分數為19.6% 的稀硫酸與鎂恰好完全反應消耗鎂的質量為z
   Mg+H₂SO₄ ═ZnSO₄+H₂↑
   24       98
   Z   25 g×19.6%
24：98=z：25 g×19.6%  
 解得：z=1.2 g
故答案為：（1）Na＞Mg＞Zn    Na=Mg＞Zn、Mg＞Na＞Zn
（2）m≥3.25  
（3）

點評：此題是一道綜合計算分析題，解題的關鍵是對相關關系的分析并找的關鍵點，是一道對學生處理問題的綜合能力的考查．