淺談金屬活動性順序的探究

魯欣

摘 要：初中化學的重點內容之一即金屬活動性順序的探究，對于學生來說這也是一個難點。課標要求學生能用金屬活動性順序對有關置換反應進行判斷，能用金屬活動性順序解釋日常生活中的一些化學現象。因此金屬活動性順序的探究是整個初中階段化學知識點的基礎乃至核心。

關鍵詞：金屬活動性 探究 實驗方案

金屬活動性順序的探究是每年中考重點考查的內容之一，它也是整個金屬化學性質的重要部分。什么是金屬活動性？怎樣設計實驗方案呢？在探究金屬活動性順序時應注意哪些問題？

一、什么是金屬活動性

經過人們長期的實踐，總結出常見金屬的化學活動性順序如下：

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

金屬活動性依次減弱。金屬的活動性順序是在水溶液中體現的，在金屬活動性順序中，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，它的活動性就越強。也就是說金屬的活動性強弱的得出一定要在溶液中進行。這同時也表明了金屬活動性強弱順序。在金屬活動性順序中，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，它的活動性就越強；金屬的位置越在后面，金屬陽離子在水溶液中就比較容易獲得電子變成原子，它的活動性就越弱。

二、怎樣探究金屬活動性

這部分內容實際上是金屬化學性質的第二課時，學生在對金屬化學性質的共性有所認識的基礎上，再對金屬化學性質之間的差異進行學習，這個差異就是金屬活動性順序。在實際教學設計中，我曾經打算嵌一條金屬發展史的主線在里面，還曾經想過不如就圍繞一種金屬作為核心進行學習，后來這些華而不實的想法都被放棄了，幾番比對之后，漸漸認識到了金屬活動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，無論選擇幾種金屬，其實都是金屬兩兩比較之后才能得出的結論。

1.探究金屬活動性順序的方法

（1）判斷金屬與酸能否發生置換反應（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。通過這一反應可以把金屬分為兩類即氫前和氫后，能反應的一定比不反應的活潑。

注意的幾點問題：①排在金屬活動性順序中氫前面的金屬才能與酸發生反應，看到有氣泡產生。②這里的酸應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在置換反應中，單質鐵與酸發生反應生成亞鐵鹽。④鉀、鈣、鈉這三種金屬化學性質活潑，不僅能與酸發生反應，在常溫下還能與水發生置換反應，而且反應劇烈（如2K+2H2O=2KOH+H2↑）。只有這三種金屬具備此點化學性質（現階段了解即可）。

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

注意的幾點問題：①這點性質與氫的位置無關，只看金屬的位置，在金屬活動性順序中排在前面的金屬就能把排在后面的金屬從其化合物溶液中置換出來。同樣鉀、鈣、鈉金屬除外，因為這些金屬性質過于活潑，先與溶液中的水發生置換反應，不與鹽溶液發生置換反應（現階段了解即可）。例如，把金屬鉀放入硫酸銅溶液中雖然反應[2K+2H2O=2KOH+H2↑，CuSO4+2KOH=Cu（OH）2↓+K2SO4]，但是最終沒有銅生成。②在置換反應中鐵與鹽溶液反應，生成二價亞鐵鹽。③用相同金屬與不同的鹽溶液發生置換反應，金屬化合物溶液中排在金屬活動性順序中較后面的金屬首先被置換出來，用不同的金屬與同種鹽溶液發生置換反應，排在金屬活動性順序前面的金屬先與鹽溶液發生置換反應。另外，若有一種金屬和多種混合鹽溶液反應，最先反應的是最不活潑的那個金屬的鹽溶液。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，最先反應的是硝酸汞，當硝酸汞被消耗完時，硫酸銅才與鋁片反應。同理，硫酸銅溶液反應完后，鋁片才與氯化亞鐵反應。還有，當多種金屬與一種鹽溶液反應時，最活潑的金屬先反應。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，鋁反應完后，鋅和硝酸汞反應。

例題：在硫酸銅溶液中加入一定量的鋅、鐵粉末，反應后濾液中溶質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，表面上看是鋅先與硫酸銅溶液反應，完全反應了，鐵粉才開始與硫酸銅溶液反應，接下來我們要做的是隱性思維顯性化，分析鋅、鐵粉末的量，分為鋅粉過量，鋅粉恰好、鋅粉不足這三種情況來看。如果鋅粉過量，鋅粉恰好與硫酸銅溶液反應，那么鐵粉就不會發生反應了，鐵粉只能存在于濾渣中。鐵粉參與反應（詳見表1）的情況是鋅粉不足，多余的硫酸銅溶液與鐵粉反應。

此外，金屬和酸或鹽溶液之間能否發生置換反應，并根據具體的實驗及其現象的分析，來推出金屬的活動性順序。具體的推斷方法是這樣的：

（1）通過金屬與酸能否發生置換反應，來推出金屬的活動性強弱。例如，把鋅和銀分別放在稀硫酸中時，鋅的表面上有氣泡冒出，這說明鋅位于金屬活動性順序中氫的前面；而銀的表面無明顯的現象，這說明銀位于金屬活動性順序中氫的后面。由此可推得鋅的活動性比銀的要強。

（2）通過金屬與鹽溶液能否發生置換反應，來推出金屬的活動性強弱。例如，濕法煉銅我們把鐵絲放在硫酸銅溶液中，一段時間后發現鐵絲表面附著一層紅色金屬，溶液由藍色變為淺綠色，最終得出鐵的活動性比銅的強。

三、設計實驗方案

1.兩種金屬活動性的探究

將打磨光亮的兩種金屬插入到稀硫酸或鹽酸中，反應的金屬活動性強于不反應的；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，都反應或都不反應，判斷不出金屬的活動性順序。這時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，無明顯現象則證明銀的活動性比銅弱；將金屬銅放入銀的鹽溶液中，金屬銅表面有銀白色物質生成，溶液由無色變為藍色則證明銅的活動性比銀強。

2.三種金屬活動性的探究

將金屬放入稀硫酸或鹽酸中，分成氫前氫后金屬，再用兩種金屬活動性的探究方法。

3.有關中間產物的制取

制取的中間產物一定是純凈的，那么要求在反應時一定要控制量，制取金屬，參加反應的金屬要是少量的；制取鹽溶液，那么參加反應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驗證鐵、銅、銀的金屬活動性順序，某班同學設計了實驗方案。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）寫出方案一中銅與硝酸銀反應的化學方程式

（2）寫出方案二的實驗操作步驟及判斷依據。

（3）借助實驗室常用儀器，利用方案三的試劑也能達到實驗目的，簡述實驗原理。

分析：

對于上述問題（2），通過硝酸銀溶液和銅片反應能判斷出銀和銅的活動性強弱，硝酸銀溶液和鐵片反應能判斷出鐵和銀的活動性強弱，那么鐵和銅的活動性強弱無從得知，我們已知金屬的活動性強弱是在水溶液中體現的，因此要想判斷鐵和銅的活動性必須要有一個溶液，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，銅片表面附著灰黑色固體，這時得到的全部為硝酸銅溶液，再將鐵片插入生成的藍色溶液中，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，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，沒有現象。

對于上述問題（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性比銅片和銀片強，金屬銀和銅活動性強弱沒辦法判斷，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，二是金屬氧化物與酸反應。此題中我們只能通過金屬氧化物與酸反應，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，下來就可以按照金屬與鹽溶液反應判斷金屬的活動性強弱。

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

參考文獻

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