金屬和金屬材料的誤“匯”

劉海燕

不少同學在金屬和金屬材料的學習過程中，由于對概念、性質等理解不透徹，經常出現許多錯誤，下面就本部分的錯誤加以辨析，幫助同學們走出誤區。

鐵有兩種化合價+2、+3，在發生置換反應后，鐵經常用+2價，而不能用+3價，同時如果溶液中有Fe3+時一般會呈現淡黃色，而有Fe2+時常會呈現淺綠色。

單質鐵與稀鹽酸、稀硫酸或CuSO4溶液反應生成的都是+2價鐵的化合物，簡稱“亞鐵鹽”，而不是+3價的鐵鹽。我們可記住下面的規律：單質鐵參加的置換反應生成的是“亞鐵鹽”。

（2012年鹽城中考）某化學實驗小組實驗結束時，將含有CuSO4、ZnSO4、FeSO4的廢液倒在廢液缸里，為回收金屬和鹽，同學們設計了如下實驗方案：

請回答：

（1）濾液A和濾液B含有相同的溶質，其名稱是__________；固體B的化學式為__________________________。

（2）寫出步驟①其中一個反應的化學方程式____________________；步驟④發生反應的化學方程式為____________________。

（3）要檢驗步驟④中加入的稀硫酸是否足量的方法是_______________________。

（4）若實驗過程中的物質損失可以忽略，要計算該廢液中硫酸鋅的質量分數，必須稱量：廢液的質量和_______________。

錯解：不能正確理解金屬活動順序表和沒有看清楚框圖中的條件。

剖析：計算硫酸鋅的質量分數的時候，需要的數據不清楚而造成錯解。

正解分析：Zn排在Cu和Fe的前面，則Zn與CuSO4反應生成Cu和ZnSO4，Zn與FeSO4反應生成Fe和ZnSO4，則濾液A為ZnSO4；磁鐵吸引鐵粉，則B為Fe，固體C為Zn和Cu的混合物，加入稀H2SO4，Zn和稀H2SO4反應，Cu不與稀H2SO4反應；步驟④的濾渣中加入的稀硫酸，觀察是否有氣泡產生，判斷稀H2SO4是否過量。

天平平衡后再加入物質探究平衡問題，關鍵要看天平兩邊的質量增加情況，這個過程常有氣體產生，要考慮加入的固體質量減去氣體質量才是增加的質量。

（2013年蘇州模擬）一定條件下，在托盤天平的左右兩盤上各放一只燒杯，均加入質量分數相同、體積相同的稀鹽酸，調整天平呈平衡狀態。下列實驗操作，最終仍能使天平保持平衡的是（）

A.向左、右兩燒杯中分別加入5.6 g Fe和1.8 g Al，兩種金屬完全溶解

B.向左、右兩燒杯中分別加入質量相等的Al、Zn，兩種金屬完全溶解

C.向左、右兩燒杯中分別加入相等質量的Fe、CuO，反應后鹽酸有剩余

D.向左、右兩燒杯中分別加入相等質量的Mg、Al，反應后兩種金屬均有剩余

錯解：A、B、C

剖析：造成錯解的原因主要是因為金屬和酸反應產生氣體或者金屬有剩余被忽略而造成錯解。

正解：D

正解分析：選項A中，加入兩種金屬反應都產生氫氣，因為金屬完全溶解，用金屬Fe和Al分別計算氫氣的質量為0.2 g和0.2g，則兩邊質量增加分別是5.6g-0.2g=5.4g和1.8 g-0.2 g=1.6 g，兩邊質量增加不相等，天平不平衡。選項B加入兩種金屬全部溶解，計算氫氣應該用金屬，相等質量的兩種金屬產生氫氣的質量不相等，所以兩邊增加的質量不相等，天平不平衡。選項C相同質量的兩種物質放入后Fe能產生氫氣，而CuO不能產生氣體，兩邊質量不相等，天平不平衡。選項D由題意可知兩種金屬均有剩余，用相同質量的稀鹽酸計算出產生氫氣的質量，增加的質量相等，天平兩邊平衡。

金屬和酸反應產生氫氣的圖像，一方面考慮氫氣的最終質量，首先明確計算氫氣的質量要用金屬還是酸來計算，注意分析題意，用完全反應的物質來計算氫氣。另一方面開始反應時能體現反應快慢，也就是通過金屬的活動性來判斷開始的速度快慢。

相等質量的鋅、鐵與足量的稀硫酸反應，生成氫氣的質量m與反應時間t的關系如圖，其中合理的是（）

錯解：A、C、D

剖析：不能正確理解金屬與酸反應速率的快慢與金屬的活動性有關，同時還與金屬的相對原子質量有關。不能正確理解曲線與橫軸、縱軸之間的關系。

正解：B

正解分析：開始反應時的快慢，鋅的金屬活動性比較強，開始鋅反應快，鋅的圖像在上面；最后看生成氫氣的質量，因為題中用了足量的稀硫酸，計算氫氣的質量應該用金屬的質量，又因為鐵的相對原子質量小，所以產生的氫氣多，所以最后鋅的圖像又在下面，B圖像符合。

含雜質物質參加反應進行有關計算時，錯誤之一：是常把不純量直接代入化學方程式進行計算。錯誤之二：是常把雜質的質量分數當成純度代入化學方程式進行有關計算。

造成錯誤的原因是：沒有真正理解和正確應用質量守恒定律，為此應明確化學方程式中各物質之間的質量關系是純凈物之間的質量關系，是真正的“參加反應的”和“反應生成的”物質之間的質量關系。

（2013年沂水模擬）26g黃銅（Cu-Zn合金）與100g稀硫酸在燒杯中恰好能完全反應，反應測得燒杯中剩余物質的總質量為125.8g。

求：（1）黃銅中銅的質量分數。

（2）反應后所得溶液中溶質的質量分數。（計算結果精確到0.1%）

錯解：用26g、100 g、125.8 g三個數量直接代入化學方程式中進行相關計算。

剖析：代入化學方程式中是混合物的質量。正解：氫氣的質量為：26g+100g-125.8 g=0.2 g。設鋅的質量為x。

Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑

65161 2

x y0.2 g

65：x=2：0.2 g，解得：x=6.5 g

161：y=2：0.2 g，解得：y=16.1 g

黃銅中銅的質量分數為：（26 g-6.5 g）/26 g×100%=75%

反應后所得溶液中溶質的質量分數：16.1 g/（125.8 g-26 g+6.5 g）×100%=15.1%

答：黃銅中銅的質量分數為75%，反應后所得溶液中溶質的質量分數為15.1%。

正解分析：根據質量守恒定律可知，物質減少的質量就是生成氫氣的質量，根據化學方程式可以進一步計算出Zn的質量，進而求出黃銅中銅的質量分數；根據氫氣的質量，計算出生成物硫酸鋅的質量，反應后所得溶液的質量應該是黃銅的質量與稀硫酸的質量減去生成氫氣的質量，再減去銅的質量，進一步求出所得溶液中溶質的質量分數。

不能認為只要活潑金屬就比不活潑金屬易生銹。如Zn、Al比Fe活潑，但Zn、Al不易生銹，其原因是因為其表面有一層致密的氧化膜，阻止空氣進一步與金屬Al、Zn反應。對于金屬資源要做到合理開發，保護金屬資源的途徑也是多樣的，對多種途徑了解不透會造成錯解。

2009年2月12日，我外交部就法國某公司拍賣我國兩件重要文物兔首和鼠首（如圖），發表嚴正聲明：中國對其擁有不可置疑的所有權。目前我國正在積極追討這兩件文物。兔首和鼠首均為青銅器（銅、錫合金），表面呈綠色，這是銅器長期暴露在空氣中生成了銅銹（銅銹俗稱銅綠）。為了弄清銅綠的組成和銅生成銅綠的條件，某化學實驗小組進行了如下探究：

I.探究銅綠的組成

【查閱資料】通過查閱資料知道：銅綠受熱易分解。

【設計與實驗】

（1）小芳從其他銅器上取下適量的干燥銅綠，按圖所示裝置進行實驗。在實驗過程中，觀察到：試管口內有水珠出現，說明了銅綠中含有氫、氧元素；澄清石灰水變渾濁，說明了銅綠中含有____元素。

（2）小芳取下少量試管內反應后的剩余物，放入另一支試管中，滴入稀硫酸，充分反應后，溶液變藍色，說明銅綠中含有______元素。

【實驗結論】銅綠是由銅、氫、氧和碳元素組成的。

II.探究銅生成銅綠的條件

【查閱資料】銅綠的化學式是Cu2（ OH）2CO3，它受熱會分解生成三種氧化物。銅綠分解的化學方程式為_____________________。

【猜想與假設】據銅綠的組成和查閱的資料判斷，銅綠可能是銅與氧氣及______共同作用而形成的。

【設計與實驗】借鑒課本“鐵釘銹蝕條件的探究”實驗，小梁設計了“銅片銹蝕條件的探究”實驗，實驗如圖所示（所用銅片潔凈、光亮，試管內的“”為銅片）：

實驗較長時間后，發現______試管中銅片最先生銹（填試管字母編號）。

【評價與改進】小區認為小梁設計的實驗還不夠完善，要得出正確的結論，還要補充一個實驗。你認為要補充的一個實驗是（用圖表示亦可）____________。

【拓展與應用】小明發現從不同地點收集到的兩個銅器（一個是純銅做的，一個是青銅做的）中，純銅器的銅綠比青銅器的少，他據此分析認為青銅比純銅易銹蝕。小明的分析是否全面？請你說明理由。

___________________________________。

錯解：按照鐵生銹的原理進行思考解題造成錯解。

剖析：誤以為銅生銹和鐵生銹的原理是一樣的。

正解：I.（1）碳、氧或C、O（2）銅或Cu

II.【查閱資料】Cu2（OH）2CO32CuO+H2O + CO2↑

【猜想與假設】水、二氧化碳或H2O、CO2（只寫一個不正確）

【設計與實驗】D

【評價與改進】把銅片置于裝有干燥空氣（或氧氣和二氧化碳）的試管中，放置對比觀察。或如圖所示。

【拓展與應用】不全面，因為不同地點空氣成分的含量不同，無法比較（或條件不同，無法比較）。

正解分析：根據銅綠的實驗和查閱資料可知，銅綠加熱分解的化學方程式為：Cu2（ OH ）2CO32CuO +H2O + CO2↑，依據鐵生銹的條件的探究，D試管中的銅最先生銹，由此可以得出銅生銹都需要潮濕的空氣、氧氣和二氧化碳。根據小梁的設計還應該做一個把銅片放到干燥空氣中的實驗，這樣設計的實驗就比較完善了。