已知钠与水反应的化学方程式为:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑.质量均为mg的钠、镁、锌三种金属分别与25g质量分数为19.6%的稀硫酸反应.(1)由于金属的量不确定,产生的氢气的质量大小有多种可能(不考虑镁与水的反应),如镁、锌产生氢气的质量相同且都小于钠产生的氢气质量的情况表示为Na>Mg=Zn.请按以上表示,写出所有可能情况.______(2)试确定,当产生的氢气的质量大小为Na>Mg=Zn时,m的取值范围______.(3)m=4.6时,Zn与酸反应产生H2的质量与金属质量(m)的关系如下图.请在图中再画出钠和镁二种金属分别与酸反应产生H2的质量与金属质量(m)的关系图线.(在图线上用元素符号注明)

问题描述:

已知钠与水反应的化学方程式为:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑.质量均为mg的钠、镁、锌三种金属分别与25g质量分数为19.6%的稀硫酸反应.

(1)由于金属的量不确定,产生的氢气的质量大小有多种可能(不考虑镁与水的反应),如镁、锌产生氢气的质量相同且都小于钠产生的氢气质量的情况表示为Na>Mg=Zn.请按以上表示,写出所有可能情况.______
(2)试确定,当产生的氢气的质量大小为Na>Mg=Zn时,m的取值范围______.
(3)m=4.6时,Zn与酸反应产生H2的质量与金属质量(m)的关系如下图.请在图中再画出钠和镁二种金属分别与酸反应产生H2的质量与金属质量(m)的关系图线.(在图线上用元素符号注明)

(1)Na>Mg>Zn    Na=Mg>Zn、Mg>Na>Zn
  解析:此题的特殊之处在于:钠既可以与酸反应还可以与水反应,镁、锌只与酸反应而不与水反应.质量均为m g的钠、镁、锌三种金属与酸(过量)完全反应时产生氢气的质量分别为:m g/23、m g/12、2m g/65. 由此可以看出,钠、镁、锌三种金属与等量酸恰好完全反应(或生成等质量的氢气)时,所消耗的金属质量关系为:m(锌)>m(Na)>m(Mg),于是:
①酸过量(酸与镁恰好完全反应)时,产生的氢气质量的情况为:Mg>Na>Zn
②钠、镁、锌均过量(或锌恰好完全反应)时,过量的钠可以水反应而产生的氢气质量最多,镁、锌产生的氢气质量因受酸的限制而相等:Na>Mg=Zn
③钠、镁均过量而锌不足时,产生的氢气质量的情况为:Na>Mg>Zn
④镁过量、钠恰好与酸完全反应,而锌不足时:Na=Mg>Zn
(2)m≥3.25 
  解析:由上面的分析可知:当产生的氢气的质量大小为Na>Mg=Zn时,钠、镁、锌均应过量(或锌恰好完全反应),因此m的大小只取决于锌的质量.
  设:25 g 质量分数为19.6% 的稀硫酸与锌恰好完全反应消耗锌的质量为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 时,m>3.25.因此钠、镁、锌均过量,钠在酸消耗完后还可以与水反应,产生氢气的量由钠决定:2Na+H2SO4 =Na2SO4 +H2↑     2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,
设:钠产生的氢气质量的y
2Na----H2
46         2
4.6g         y
46:2=4.6g:y  解得:y=0.2g
镁、锌产生的氢气质量因受酸的限制而相等,由上图可知:均为0.1g.
设:25 g 质量分数为19.6% 的稀硫酸与镁恰好完全反应消耗镁的质量为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
故答案为:(1)Na>Mg>Zn    Na=Mg>Zn、Mg>Na>Zn
(2)m≥3.25  
(3)

答案解析:(1)依据钠镁锌三种金属同质量时与酸反应生成的氢气质量关系是镁>钠>锌,可知生成的氢气质量关系有以下几种情况①与三种金属反应酸足量②酸量恰好与锌反应,则镁锌生成的氢气量相等,但钠与水也反应会生成氢气.③酸量与锌反应后还有剩余.
(2)当产生的氢气的质量大小为Na>Mg=Zn时情况是Zn正好反应完或过量.
(3)根据4.6g钠镁与酸反应生成的氢气的量找到图象的关键点,再结合(2)锌的情况绘制图象即可.
考试点:金属的化学性质;根据化学反应方程式的计算.
知识点:此题是一道综合计算分析题,解题的关键是对相关关系的分析并找的关键点,是一道对学生处理问题的综合能力的考查.