淺談金屬活動(dòng)性順序的探究

魯欣

摘 要：初中化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一即金屬活動(dòng)性順序的探究，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)這也是一個(gè)難點(diǎn)。課標(biāo)要求學(xué)生能用金屬活動(dòng)性順序?qū)τ嘘P(guān)置換反應(yīng)進(jìn)行判斷，能用金屬活動(dòng)性順序解釋日常生活中的一些化學(xué)現(xiàn)象。因此金屬活動(dòng)性順序的探究是整個(gè)初中階段化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)乃至核心。

關(guān)鍵詞：金屬活動(dòng)性 探究 實(shí)驗(yàn)方案

金屬活動(dòng)性順序的探究是每年中考重點(diǎn)考查的內(nèi)容之一，它也是整個(gè)金屬化學(xué)性質(zhì)的重要部分。什么是金屬活動(dòng)性？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案呢？在探究金屬活動(dòng)性順序時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？

一、什么是金屬活動(dòng)性

經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期的實(shí)踐，總結(jié)出常見(jiàn)金屬的化學(xué)活動(dòng)性順序如下：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au

金屬活動(dòng)性依次減弱。金屬的活動(dòng)性順序是在水溶液中體現(xiàn)的，在金屬活動(dòng)性順序中，金屬的位置越靠前，在水溶液中就越容易失去電子變成離子，它的活動(dòng)性就越強(qiáng)。也就是說(shuō)金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱的得出一定要在溶液中進(jìn)行。這同時(shí)也表明了金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱順序。在金屬活動(dòng)性順序中，金屬的位置越在前面，金屬在水溶液中就越容易失去電子變成離子，它的活動(dòng)性就越強(qiáng)；金屬的位置越在后面，金屬陽(yáng)離子在水溶液中就比較容易獲得電子變成原子，它的活動(dòng)性就越弱。

二、怎樣探究金屬活動(dòng)性

這部分內(nèi)容實(shí)際上是金屬化學(xué)性質(zhì)的第二課時(shí)，學(xué)生在對(duì)金屬化學(xué)性質(zhì)的共性有所認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，再對(duì)金屬化學(xué)性質(zhì)之間的差異進(jìn)行學(xué)習(xí)，這個(gè)差異就是金屬活動(dòng)性順序。在實(shí)際教學(xué)設(shè)計(jì)中，我曾經(jīng)打算嵌一條金屬發(fā)展史的主線在里面，還曾經(jīng)想過(guò)不如就圍繞一種金屬作為核心進(jìn)行學(xué)習(xí)，后來(lái)這些華而不實(shí)的想法都被放棄了，幾番比對(duì)之后，漸漸認(rèn)識(shí)到了金屬活動(dòng)性順序探究的真正層次，絕非單純的金屬種類的差異，三種也好四種也罷，無(wú)論選擇幾種金屬，其實(shí)都是金屬兩兩比較之后才能得出的結(jié)論。

1.探究金屬活動(dòng)性順序的方法

（1）判斷金屬與酸能否發(fā)生置換反應(yīng)（氫前置換氫）。只有排在氫前面的金屬，才能置換出酸中的氫，而排在氫后面的金屬不能置換出酸中的氫。通過(guò)這一反應(yīng)可以把金屬分為兩類即氫前和氫后，能反應(yīng)的一定比不反應(yīng)的活潑。

注意的幾點(diǎn)問(wèn)題：①排在金屬活動(dòng)性順序中氫前面的金屬才能與酸發(fā)生反應(yīng)，看到有氣泡產(chǎn)生。②這里的酸應(yīng)是不具有氧化性的酸如鹽酸、稀硫酸，不包括濃硫酸和硝酸。③在置換反應(yīng)中，單質(zhì)鐵與酸發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵鹽。④鉀、鈣、鈉這三種金屬化學(xué)性質(zhì)活潑，不僅能與酸發(fā)生反應(yīng)，在常溫下還能與水發(fā)生置換反應(yīng)，而且反應(yīng)劇烈（如2K+2H2O=2KOH+H2↑）。只有這三種金屬具備此點(diǎn)化學(xué)性質(zhì)（現(xiàn)階段了解即可）。

（2）判斷金屬與金屬化合物溶液（即鹽溶液）能否發(fā)生置換反應(yīng)（需要滿足的條件是前面金屬置換后面金屬，參加反應(yīng)的必須是鹽溶液，即鹽可溶，排除鉀、鈣、鈉）。排在金屬活動(dòng)性順序中前面的金屬能把排在后面的金屬?gòu)钠潲}溶液里置換出來(lái)。

注意的幾點(diǎn)問(wèn)題：①這點(diǎn)性質(zhì)與氫的位置無(wú)關(guān)，只看金屬的位置，在金屬活動(dòng)性順序中排在前面的金屬就能把排在后面的金屬?gòu)钠浠衔锶芤褐兄脫Q出來(lái)。同樣鉀、鈣、鈉金屬除外，因?yàn)檫@些金屬性質(zhì)過(guò)于活潑，先與溶液中的水發(fā)生置換反應(yīng)，不與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)（現(xiàn)階段了解即可）。例如，把金屬鉀放入硫酸銅溶液中雖然反應(yīng)[2K+2H2O=2KOH+H2↑，CuSO4+2KOH=Cu（OH）2↓+K2SO4]，但是最終沒(méi)有銅生成。②在置換反應(yīng)中鐵與鹽溶液反應(yīng)，生成二價(jià)亞鐵鹽。③用相同金屬與不同的鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，金屬化合物溶液中排在金屬活動(dòng)性順序中較后面的金屬首先被置換出來(lái)，用不同的金屬與同種鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，排在金屬活動(dòng)性順序前面的金屬先與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)。另外，若有一種金屬和多種混合鹽溶液反應(yīng)，最先反應(yīng)的是最不活潑的那個(gè)金屬的鹽溶液。例如，鋁片與氯化亞鐵和硫酸銅和硝酸汞的混合溶液充分反應(yīng)，最先反應(yīng)的是硝酸汞，當(dāng)硝酸汞被消耗完時(shí)，硫酸銅才與鋁片反應(yīng)。同理，硫酸銅溶液反應(yīng)完后，鋁片才與氯化亞鐵反應(yīng)。還有，當(dāng)多種金屬與一種鹽溶液反應(yīng)時(shí)，最活潑的金屬先反應(yīng)。例如，把打磨光亮的鋅粒、鋁絲和硝酸汞溶液混合，鋁絲先與硝酸汞反應(yīng)，鋁反應(yīng)完后，鋅和硝酸汞反應(yīng)。

例題：在硫酸銅溶液中加入一定量的鋅、鐵粉末，反應(yīng)后濾液中溶質(zhì)成分和濾渣成分都有哪些？

分析：鋅、鐵粉末加入到硫酸銅溶液中時(shí)，表面上看是鋅先與硫酸銅溶液反應(yīng)，完全反應(yīng)了，鐵粉才開(kāi)始與硫酸銅溶液反應(yīng)，接下來(lái)我們要做的是隱性思維顯性化，分析鋅、鐵粉末的量，分為鋅粉過(guò)量，鋅粉恰好、鋅粉不足這三種情況來(lái)看。如果鋅粉過(guò)量，鋅粉恰好與硫酸銅溶液反應(yīng)，那么鐵粉就不會(huì)發(fā)生反應(yīng)了，鐵粉只能存在于濾渣中。鐵粉參與反應(yīng)（詳見(jiàn)表1）的情況是鋅粉不足，多余的硫酸銅溶液與鐵粉反應(yīng)。

此外，金屬和酸或鹽溶液之間能否發(fā)生置換反應(yīng)，并根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)及其現(xiàn)象的分析，來(lái)推出金屬的活動(dòng)性順序。具體的推斷方法是這樣的：

（1）通過(guò)金屬與酸能否發(fā)生置換反應(yīng)，來(lái)推出金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。例如，把鋅和銀分別放在稀硫酸中時(shí)，鋅的表面上有氣泡冒出，這說(shuō)明鋅位于金屬活動(dòng)性順序中氫的前面；而銀的表面無(wú)明顯的現(xiàn)象，這說(shuō)明銀位于金屬活動(dòng)性順序中氫的后面。由此可推得鋅的活動(dòng)性比銀的要強(qiáng)。

（2）通過(guò)金屬與鹽溶液能否發(fā)生置換反應(yīng)，來(lái)推出金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。例如，濕法煉銅我們把鐵絲放在硫酸銅溶液中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)鐵絲表面附著一層紅色金屬，溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色，最終得出鐵的活動(dòng)性比銅的強(qiáng)。

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

1.兩種金屬活動(dòng)性的探究

將打磨光亮的兩種金屬插入到稀硫酸或鹽酸中，反應(yīng)的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于不反應(yīng)的；若兩種金屬同為氫前或氫后，將金屬插入到稀硫酸或鹽酸中，都反應(yīng)或都不反應(yīng)，判斷不出金屬的活動(dòng)性順序。這時(shí)我們即需把一種金屬放入到另一種金屬的鹽溶液中，如將金屬銀放入銅的鹽溶液中，無(wú)明顯現(xiàn)象則證明銀的活動(dòng)性比銅弱；將金屬銅放入銀的鹽溶液中，金屬銅表面有銀白色物質(zhì)生成，溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色則證明銅的活動(dòng)性比銀強(qiáng)。

2.三種金屬活動(dòng)性的探究

將金屬放入稀硫酸或鹽酸中，分成氫前氫后金屬，再用兩種金屬活動(dòng)性的探究方法。

3.有關(guān)中間產(chǎn)物的制取

制取的中間產(chǎn)物一定是純凈的，那么要求在反應(yīng)時(shí)一定要控制量，制取金屬，參加反應(yīng)的金屬要是少量的；制取鹽溶液，那么參加反應(yīng)的鹽溶液要是少量的。

例題：利用金屬和某些溶液的置換反應(yīng)驗(yàn)證鐵、銅、銀的金屬活動(dòng)性順序，某班同學(xué)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案。所需試劑如下：

方案一：氯化亞鐵溶液、銅片、硝酸銀溶液

方案二：鐵片、銅片、硝酸銀溶液

方案三：鐵片、銅片、銀片、稀硫酸

（1）寫(xiě)出方案一中銅與硝酸銀反應(yīng)的化學(xué)方程式

（2）寫(xiě)出方案二的實(shí)驗(yàn)操作步驟及判斷依據(jù)。

（3）借助實(shí)驗(yàn)室常用儀器，利用方案三的試劑也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理。

分析：

對(duì)于上述問(wèn)題（2），通過(guò)硝酸銀溶液和銅片反應(yīng)能判斷出銀和銅的活動(dòng)性強(qiáng)弱，硝酸銀溶液和鐵片反應(yīng)能判斷出鐵和銀的活動(dòng)性強(qiáng)弱，那么鐵和銅的活動(dòng)性強(qiáng)弱無(wú)從得知，我們已知金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱是在水溶液中體現(xiàn)的，因此要想判斷鐵和銅的活動(dòng)性必須要有一個(gè)溶液，所以我們就要制取中間的鹽溶液，比如硝酸銅溶液、硫酸亞鐵溶液。要想制取鹽溶液必須保證鹽溶液是純凈物，所以我們要控制反應(yīng)物的量。如果制取硝酸銅溶液，我們就要先將銅片插入到少量的硝酸銀溶液中，充分反應(yīng)，銅片表面附著灰黑色固體，這時(shí)得到的全部為硝酸銅溶液，再將鐵片插入生成的藍(lán)色溶液中，鐵片表面附著紅色的固體。或者先將鐵片插入少量硝酸銀溶液中，充分反應(yīng)，鐵片表面附著灰黑色固體，再將銅片插入生成的淺綠色溶液中，沒(méi)有現(xiàn)象。

對(duì)于上述問(wèn)題（3），如果將稀硫酸分別加入到鐵片、銅片和銀片中，只能判斷出鐵的活動(dòng)性比銅片和銀片強(qiáng)，金屬銀和銅活動(dòng)性強(qiáng)弱沒(méi)辦法判斷，只能制取中間的鹽溶液，制取鹽溶液有兩種方法：一是金屬與鹽溶液反應(yīng)，二是金屬氧化物與酸反應(yīng)。此題中我們只能通過(guò)金屬氧化物與酸反應(yīng)，需要借助的儀器是酒精燈，把銅片在空氣中充分灼燒生成氧化銅，再加入稀硫酸生成硫酸銅溶液，有了硫酸銅溶液接，下來(lái)就可以按照金屬與鹽溶液反應(yīng)判斷金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。

金屬的活動(dòng)性順序探究在初中化學(xué)教學(xué)中的地位舉足輕重，同時(shí)它在初高中內(nèi)容銜接中也起著重要的作用，更是每年中考高頻考點(diǎn)之一，因此掌握金屬活動(dòng)性順序的探究方法是十分重要的。

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