物质的变化：钢铁生锈的化学变化

【课标要点】

1.认识化学变化的基本特征，理解反应现象和本质的联系。

2.知道物质发生化学变化时伴随有能量变化，认识通过化学反应获得能量的重要性。

3.认识催化剂的重要作用。

4.初步形成物质变化的观点。

5.初步认识常见的化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应，并能解释与日常生活相关的一些现象。

6.能用金属活动性顺序表对有关的置换反应进行简单的判断，并能解释日常生活中的一些现象。

7.了解人们如何利用化学反应改善和提高自身的生活质量。

【梳理归纳】

1.物质的性质与变化

2.物质的性质

（1）物理性质：物质不需要通过化学变化就能表现的性质叫做物理性质。如颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、密度、溶解性、延展性、导热性、光泽等。

例如：酒精具有挥发性，木炭为一种黑色固体等。

（2）化学性质：物质在发生化学变化时表现出来的性质叫做化学性质。如可燃性、毒性、酸碱性等。

例如：一氧化碳具有可燃性，硫酸具有酸性等。

3.物质的变化

（1）物理变化中没有新物质生成。例如：汽油的挥发、米磨成米粉等。

（2）化学变化中一定生成新物质，也叫化学反应。例如：铁生锈、硫磺燃烧生成二氧化硫等。

（3）物理变化与化学变化的比较

4.化学反应的条件

（1）物质燃烧一般需同时满足三个条件：①物质具有可燃性；②可燃物与氧气接触；③温度达到着火点。

（2）有一些反应要在点燃、加热（或高温）、通电、催化剂存在等条件下发生。例如：

催化剂：在化学反应中能增大其他物质的反应速率，但本身的化学性质和质量在反应前后都没有发生变化的物质称为催化剂。例如：在双氧水中加入二氧化锰能加速过氧化氢的分解，二氧化锰在双氧水的分解中起到了催化作用；二氧化锰还能加速氯酸钾受热分解。

（3）金属与酸、金属与盐溶液的置换反应能否发生，与金属的活动性、酸的性质及盐的溶解性有关。在金属活动顺序中，排在氢前面的金属能与酸反应置换出氢气；排在氢后面的金属不能与酸发生置换反应；活动性较强的金属可以将位于其后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。例如：

常见金属的化学活动性顺序如下：

在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，金属在水溶液中就越容易失去电子变成离子，它的活动性就越强。需要注意的是：

①金属活动性顺序只适用于溶液中发生的置换反应，超出此范围则不一定适用。例如：

②在金属活动顺序中，活动性较强的金属可以将位于其后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。这个规律只适用于排在镁后面的金属，而对排在镁前面的金属是不适用的。例如：把金属钠投入硫酸铜溶液中，发生的反应如下：

③在金属活动顺序中，排在氢前面的金属能与酸反应置换出氢气；排在氢后面的金属不能与酸发生置换反应。这里的酸指的是稀硫酸、盐酸、醋酸等，而浓硫酸、硝酸分别与金属反应不生成氢气。

5.化学反应中的能量变化

化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化（吸收或释放）。许多物质发生化学变化时，以热、光、电能形式释放出能量。如化石燃料（煤、石油、天然气）燃烧时都能放出热量；铝与盐酸反应也能产生热量；碳与二氧化碳的反应需吸收热量；绿色植物的光合作用需吸收太阳能；化学电源（如干电池）在放电时内部物质发生了化学变化，释放出电能。

*6.氧化反应和还原反应

（1）氧化反应：物质跟氧发生的反应叫做氧化反应。例如：，在这个反应中，Mg与O结合生成了MgO，Mg发生了氧化反应；，在这个反应中，CO与O结合生成了CO2，CO发生了氧化反应。

（2）还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应。例如：Fe2O3+3CO，在这个反应中，Fe2O3失去O变成单质Fe，Fe2O3发生了还原反应。

（3）剧烈氧化、缓慢氧化、爆炸：物质在氧气中的燃烧是较剧烈的氧化反应。但并不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧烈并发光、放热。有些氧化反应进行得很慢，甚至不容易被察觉，这种氧化叫做缓慢氧化。例如：动植物的呼吸、金属器皿的锈蚀、食物的腐烂、酒和醋的酿造、农家肥料的腐熟等都包含物质的缓慢氧化。在有限的空间内，如发生急速的燃烧，短时间聚积大量的热，使气体的体积迅速膨胀，就会引起爆炸。易燃物或易爆物在遇到明火、高温或撞击时，极易发生燃烧或爆炸。

【案例解析】

例1 下列现象属于物理变化的是（　）。

A.木材燃烧　　B.水变成水蒸气

C.钢铁生锈　　D.铜在潮湿的空气里生成铜绿

分析 如果物质只发生形态或状态变化不生成新物质就属于物理变化。如果在变化过程中生成了不同于原物质的其他物质则属于化学变化。

选项A中木材燃烧后会生成二氧化碳等其他物质，属于化学变化。选项B中水变成水蒸气，仅仅是物质从液态变成了气态而没有生成新物质，属于物理变化。选项C中钢铁生锈，其中钢铁的主要成分是单质铁，而生锈后便生成了以三氧化二铁为主要成分的新物质，故属于化学变化。选项D中铜在潮湿的空气里生成铜绿，在这个变化中原来单质的铜慢慢变成了新物质碱式碳酸铜，属于化学变化。

答案 B

例2 下列关于基本反应类型的说法中，正确的是（　）。

A.化合反应的反应物都是单质

B.分解反应的生成物都是化合物

C.有单质和化合物参加反应，并有单质和化合物生成的反应一定是置换反应

D.复分解反应的生成物都是化合物

分析 本题是涉及四种基本反应类型，掌握好概念的内涵和外延是解答好这类题目的关键。

（1）化合反应和分解反应的定义只是从反应物和生成物的“总数”来定义的，并未涉及反应物或生成物是单质还是化合物，如化合反应，分解反应：2H2↑+O2↑，故选项A、B均有错。

（2）置换反应的定义中规定了反应物和生成物的“种数”都是两种，不能说反应物和生成物中都有单质和化合物的反应就是置换反应。如K2S就不属于置换反应，故选项C错误。

（3）选项D答案符合复分解反应的特征，所以正确。

答案 D

例3 用铁片、铜片、硝酸汞溶液和盐酸四种物质验证Fe、Cu、Hg的金属活动顺序，有如下三种实验方案［选项中的Fe+HCl表示将铁片加入盐酸中，Fe+Hg（NO3）2表示将铁片加入硝酸汞溶液中，其他有关文字说明省略］：

A.Fe+HCl Cu+HCl Cu+Hg（NO3）2

B.Cu+HCl Cu+Hg（NO3）2 Fe+Hg（NO3）2 Fe+HCl

C.Fe+HCl Cu+Hg（NO3）2 Fe+Hg（NO3）2

试评价上述三种实验方案，其中最佳的方案是________（填序号）。

分析 根据金属活动性顺序表已知Fe、Cu、Hg三种金属的活动性顺序是Fe＞Cu＞Hg，题目要求用金属与酸和金属与盐溶液的置换反应是否能发生，来验证三种金属的活动性顺序并确定最佳方案。

第一种方案：先用Fe、Cu分别与盐酸的反应验证了Fe比Cu活泼，再用Cu与Hg（NO3）2溶液的反应验证了Cu比Hg活泼，用三步实验达到目的。

第二种方案：先用Cu与盐酸不反应，证明Cu位于金属活动顺序表中氢以后，再用Cu、Fe分别与Hg（NO3）2溶液反应置换出Hg，证明Cu、Fe都比Hg活泼，只用这三步实验还不能验证Cu和Fe哪一种更活泼，必须再进行第四步实验，用Fe与盐酸反应产生H2，证明它位于金属活动顺序表中氢前，比Cu活泼，此方案用四步达到目的。

第三种方案与第二种方案的后三步相似。用Fe能与盐酸反应放出氢气，验证了Fe在金属活动性顺序表中氢以前，再用Fe、Cu分别从Hg（NO3）2溶液中能置换出Hg来证明Fe、Cu都比Hg活泼，但未证明Fe比Cu活泼，没有达到实验目的，所以这个方案不可行。

比较A方案和B方案，B方案不如A方案简捷，B方案毫无意义地多做了Fe+Hg（NO3）2反应的实验。因而B并不是最佳方案，A才是。

答案 A

【基础检测】

（一）选择题（单项选择）

1.下列变化属于化学变化的是（　）。

A.浓盐酸挥发，形成白雾　　B.干冰升华，形成白雾

C.镁条在空气中燃烧，产生白烟　　D.水加热到沸腾产生蒸气

2.下列变化中，与其他三种变化有本质区别的是（　）。

A.活性炭除臭　　B.水电解制氢　　C.煤燃烧　　D.铁生锈

3.下列物质的性质属于物理性质的是（　）。

A.氧气有氧化性　　B.酒精有可燃性

C.酒精有挥发性　　D.浓硫酸有腐蚀性

4.如下图所示，两个甲分子反应生成三个乙分子和一个丙分子，则从图示获得的信息中，错误的是（　）。

A.分子的种类在化学反应中发生了改变　　B.该反应的反应类型为分解反应

C.反应生成的丙物质属于单质　　D.乙分子中含有一个A原子，一个B原子

5.在化合反应、置换反应、分解反应、复分解反应这四种化学反应中，可能有元素化合价发生变化的反应类型有（　）。

A.1种　　B.2种　　C.3种　　D.4种

6.分别用以下三组物质比较锌和铜的金属活动性：①Zn、Cu、稀硫酸；②Zn、Cu、MgSO4溶液；③Zn、Cu（NO3）2溶液。仅用组内物质就能够直接达到目的的是（　）。

A.仅有①　　B.②③　　C.①③　　D.①②③

7.下列物质的用途与其化学性质相关的是（　）。

A.用金属汞作温度计中的液体(www.xing528.com)

B.用液氮祛除面部的小瘤、痣

C.用二氧化碳作温室气体肥料

D.用大理石作装饰材料

8.把Fe、Zn放入AgNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中，充分反应后过滤，滤出的金属中一定含有（　）。

A.Fe　　B.Cu　　C.Ag　　D.Cu和Ag

9.稀盐酸和稀硫酸具有许多相似化学性质的原因是（　）。

A.它们都是溶液　　B.它们都含有酸根离子

C.它们都含有氢元素　　D.它们都电离出了氢离子

10.有化学反应a+b===c+d，下列说法正确的是（　）。

A.若c、d为化合物，则反应一定是复分解反应

B.若c、d为盐和水，则反应一定是中和反应

C.若a、c为单质，b、d为化合物，该反应是置换反应

D.若上述反应为复分解反应，则c和d其中之一为不溶物

11.下列对催化剂描述正确的是（　）。

A.任何化学反应都需要催化剂

B.催化剂在反应前后本身的质量发生了变化

C.只有分解反应才需要催化剂

D.某些化学反应可以有多种催化剂

12.下列有关物质的用途既利用了物质的物理性质，又利用了物质的化学性质的是（　）。

A.干冰用于人工降雨　　B.H2用于探空气球

C.熟石灰用于改良酸性土壤　　D.CO2用于灭火

13.化学反应中，反应前后可能发生变化的是（　）。

A.物质的种类　　B.原子的个数

C.分子的种类　　D.分子的个数

14.氧化银纽扣电池常用于手表和计算机，电池内的总反应可以表示为：

下列说法错误的是（　）。

A.该反应属于置换反应

B.锌发生了氧化反应

C.氧化银发生了还原反应

D.锌元素的化合价降低，银元素的化合价升高

15.按下列要求书写的化学方程式正确的是（　）。

A.铁在氧气中燃烧：

B.澄清石灰水和盐酸发生中和反应：===CaO+2HClCaCl2+H2O

C.用碳酸氢钠治疗过多胃酸：NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑

D.检验混合气体中是否含有二氧化碳：CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O

（二）填空题

16.写出下列化学反应的化学方程式，并指明反应的基本类型：

（1）证明铜的金属活动性比银强：______________________________________；_________反应。

（2）铁制品喷漆时，先用稀硫酸除锈：______________________________________；_________反应。

（3）用镁条燃烧作照明弹：______________________________________；_________反应。

（4）一种绿色粉末加热后生成三种氧化物：______________________________________；_________反应。

17.许多物质燃烧时都有__________和__________放出，干电池在放电时内部物质发生了化学反应，释放出__________，绿色植物要吸收__________才能合成有机物，这些事实表明，化学变化伴随着__________。

18.在各题的空格中正确地填写下列合适的变化和性质用语：催化、氧化、还原、指示、化合、分解、缓慢氧化、挥发、溶解、结晶、吸附。

（1）硝酸钾晶体在水中逐渐减少，发生了__________过程。

（2）敞口放置的浓盐酸，瓶内质量逐渐减少，这是浓盐酸有__________性。

（3）钢铁生锈是一种__________过程。

（4）用过氧化氢的水溶液和二氧化锰的混合物制氧气中，二氧化锰起__________作用。

（5）冷却饱和硫酸铜溶液，将发生__________过程。

（6）石蕊是一种常用的__________剂。

（7）用生石灰来干燥潮湿的空气时，发生了__________反应。

（8）某些净水器中用活性炭来净水是利用它的__________性。

19.人类社会的发展离不开能源。当今社会，人类利用的能源主要来自化石燃料。

（1）用来驱动汽车、飞机和轮船的燃料主要是从石油中根据不同沸点范围分馏出来的汽油、航空煤油、柴油等，石油分馏的过程属___________变化。化石燃料中主要含有碳、氢元素，完全燃烧的产物是__________，还含有硫、氮等元素，燃烧时会转化为_____________。

（2）西气东输，将改变我市居民的气体燃料结构。下表是几种气体燃料的价格和热值：

综合考虑，你将选用哪种燃料？__________。理由是________________________________________。

（3）化石燃料不仅是优质的能量资源，还是宝贵的化工资源。聚乙烯是一种最常用的塑料，它是以石油裂解气体乙烯（CH2= CH2）为原料，经许多乙烯分子打开双键（—CH2—CH2—）连在一起，聚合成大分子而形成的。下图是聚乙烯分子形成过程的示意图，卡通画中单个小人代表一个乙烯分子。聚乙烯其中的部分结构可表示为：…________________________…

（4）开发和利用清洁高效而又用之不竭的新能源，是21世纪人类面临的重要课题。

①2006年1月起，江苏省苏北四市推广使用乙醇汽油。乙醇可利用农作物发酵制得，农作物在催化剂作用下转化为葡萄糖（C6H12O6），然后葡萄糖在酒化酶的作用下转化为乙醇和二氧化碳，写出葡萄糖转化为乙醇的化学方程式_______________________________________________________________；

②氢气是一种未来理想的能源。现通过生物法制得的氢气中混有二氧化碳、氧气和水蒸气等（氢气的体积分数通常为60%～90%），为了得到纯净的氢气，将混合气体依次通过氢氧化钠溶液、灼热的铜丝和干燥装置。该除杂方案是否正确？__________，理由是____________________________________________________________________________________。

20.用化学方程式回答下列问题：

（1）用石灰浆粉刷墙壁，刚开始一段时间内墙壁会“出汗”（墙壁出现潮湿现象），原因是____________________________________________。

（2）收藏家收藏清朝末年的铝制品至今仍保存完好，原因是在常温下，其表面形成一层致密的氧化膜__________________________________________。

（3）碳酸氢钠俗称小苏打，化学式为NaHCO3，一些含有小苏打的饼干具有缓解人们常说的胃泛酸症状的作用，其原因是_________________________________________________。

（4）人在剧烈运动后，血液中产生较多的乳酸（化学式为C3H6O3），使肌肉酸痛，放松一段时间后，由于乳酸与吸入的氧气反应而生成二氧化碳和水，使肌肉的酸痛感消失，该反应的化学方程式是_______________________________________________________________。

【探究尝试】

1.花匠用熟石灰来降低校园苗圃中土壤的酸性，但效果不明显。化学老师发现原因是熟石灰已经部分变质，他觉得这是一个很好的实际例子，就取回一包熟石灰样品，要求学生设计实验证明该样品确实部分变质。请填写有关实验仪器和药品，完成实验报告。

［实验目的］

证明熟石灰样品部分变质。

［实验仪器］

玻璃棒、胶头滴管、____________________。

［实验药品］

水、酚酞试液、____________________。

2.根据下图填空：

（1）图（b）所示实验的化学方程式为__________________________________________。

（2）比较图（a）和图（b）所示的两个实验中水的变化，用分子原子的观点分析其不同点：

_________________________________________________________________________。

（3）在图（b）所示实验通电时，A试管中液体呈碱性、B试管中液体呈酸性，利用此原理设计的家用电解水器［图（c）］，可得酸碱性不同的水，且各有其用途（见右表）。

①右表中用于“日常饮用”的水遇紫色石蕊试液显________色；

②家用电解水器生成的碱性水可除去水中有害的重金属离子，生成小分子团水，因而对健康有益。请用化学符号表示含5个水分子的水分子团：__________；

③图（b）装置电解实验完毕，测定剩余水的pH，结果与实验前相同。请对此现象可能的原因提出一个合理的猜想：___________________________________________________________________________________________________________________。