金屬在溶液中反應的有關量變化規律探究

許波蘭

在各地中考化學試題中常出現一些金屬與酸金屬與鹽溶液進行置換反應時有關量變化的題型，這類試題多數設計成選擇填空，能否簡便、準確、快速地作出結果，重要在于知識的牢固、靈活掌握的能力。

一、金屬與酸的置換反應

規律1：等質量不同種活潑金屬的單質與非氧化性稀酸反應，放出H2質量比等于反應生成鹽中各金屬元素化合價和金屬的相對原子質量之比，其中比值最大的放出H2的質量最多，同理，要得到相同質量的H2所需金屬的質量比應為：相對原子質量與化合價之比。

例1 將質量為mg，Zn、Fe、Mg、Al分別投入到足量的稀鹽酸中，置換出氫氣質量從多到少的順序_____.

解析 由題意知：Zn、Fe、Mg、Al分別與鹽酸反應生成的鹽分別為ZnCl₂、FeCl₂、MgCl₂、AlCl₃。按上述規律可求它們所生成的氫氣的質量比為：2/65：2/56：2/24：3/27=1/32.5：1/28：1/12：1/9，所以上述金屬置換出H2的質量由多到少的順序

為：Al>Mg>Fe>Zn。

規律 1也可用于判定等質量金屬的碳酸鹽和稀酸反應放出CO₂氣體的質量的多少，即用反應生成鹽中金屬元素的化合價與相對原子質量之比來衡量，比值大的放出CO₂氣體的質量較多，相反則較少。

規律 2：等質量、等濃度的不同種稀酸溶液與足量的活潑金屬單質（也可指不同種活潑金屬）反應，放出H2的質量比等于各酸酸根的化合價與其酸的相對分子質量的比，其中比值大的放出H₂質量多。

例2 濃度相同、質量均為wg的稀鹽酸、稀硫酸、稀磷酸的溶液分別跟足量金屬鋅反應，放出H₂質量由多到少順序為_______。

解析 HCI、H₂SO₄、H₃PO₄。中各酸根的化合價和其酸的相對分子質量比分別為1/36.5、2/98、3/98，即1/36.5.1/49、1/32.7，因此上述三種酸按放出H2的質量由多到少的順序為：H₃PO₄>HCl>H₂SO₄。

規律 3：等質量、等濃度同一種稀酸溶液與不同種活潑金屬的單質完全反應或等質量同一種活潑金屬的單質與不同種稀酸溶液完全反應，放出H2的質量都相等（理由：（1）因同一種酸中所含的氫元素的質量相等;（2）參加反應的同種金屬單質與反應生成氫氣的質量比一定）。

例3 Al、Zn、Fe分別跟等質量、等濃度稀H，SO4完全反應后，三種金屬都有剩余，且剩余金屬的質量Al>Zn>Fe。如果生成H₂的質量分別為ag，bg，cg，則a、b、c之間的關系是（）。

A.a>b>c

B.a

C.a=b=c

D.沒有一定關系

解析 如果對題意沒有審清，很容易錯誤選B，原因是金屬剩余少，與酸反應時就消耗得多，生成H₂的質量就多。其實，題中給出的剩余金屬Al>Zn>Fe是個陷阱，因為無論金屬剩余多少，稀H₂SO₄，在反應中都已耗盡。所以，本題如果依上述規律求解，則化難為易，迅速得到正確答案：a=b=c。答案為C。

該規律也可以推出：（1）等質量的不同種金屬的碳酸鹽和足量的稀酸溶液（也可指不同種酸）反應，如果它們的相對分子質量相等，那么所產生的CO₂氣體的質量也相等。（2）等質量的同一種金屬的碳酸鹽和不同種稀酸溶液完全反應，放出CO₂氣體質量相等。

例4 相同質量的碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉分別跟足量的稀鹽酸反應，產生的二氧化碳氣體的質量分別是mg.ng，pg.qg，m.n、p.q之間的關系是（）

A.m=n=p=q

B.m=n，p=q

C.m=p，n=q

D.m=q，n=p

解析 本題只要進行比較，并不要求（也不可能）算出CO₂的質量，通常解法是：寫出四種物質分別與鹽酸反應的化學方程式或關系式，并確定質量關系，進行比較。這種解法顯然耗時費力，容易產生錯誤，事倍功半。但若掌握了上述解題規律，就可以信手拈來，輕松得出正確答案：m=p，n=q。答案為B。

規律 4：足量的活潑金屬單質和稀酸溶液反應時，溶液質量一定增大，而金屬的質量一定減小;如果金屬與稀酸溶液不發生反應，則溶液的質量和金屬的質量都不變。

例5 在天平兩端的燒杯中分別盛有足量稀鹽酸，調整天平平衡后向其中一只燒杯中投人10g碳酸鈣，要使天平繼續保持平衡，向另一只燒杯中投人鋁片的質量為_______g。

解析 設向另一只燒杯中需投入xg鋁片，那么

根據題意知，因反應后天平仍保持平衡，所以48x/54=56x10/100，解得x=6.3g。

二、金屬和鹽的置換反應

規律 5：足量的金屬單質和鹽溶液不發生置換反應時，溶液的質量和金屬的質量都不變。

規律 6：足量的金屬單質和鹽溶液發生置換反應時，如果兩種金屬元素在鹽中的化合價相等，那么溶液或金屬（包括附著物）的質量增減由參加反應的金屬的相對原子質量和生成的金屬的相對原子質量大小來衡量。如果前者大于后者，那么溶液的質量增大，金屬質量減小;反之，相反;若其化合價不等，則取決于各個相對原子質量之和的大小，但結論和等價時一致。

例6 將足量的金屬鋅片浸人下列溶液中：

A.HCl

B.MgCl₂

C.Hg（NO₃）₂

D.Na₂SO₄

E.H₂SO₄

F.CuCl₂

G.KNO₃

H.FeSO₄

經一定時間后，則（用序號填空）：（1）溶液的質量增大的有_______，鋅片的質量減小的有_______。（2）溶液的質量不變的有_______，鋅片的質量不變的有_______。（3）溶液的質量減小的有_______，鋅片的質量增大的有_____。

解析 題中給出的溶液，有兩種是酸的溶液，六種是鹽的溶液。初看似乎難以解答，但若按上述規律就可迅速選出合適的答案：（1）AEFH，AEFH;（2）BDG，BDG;（3）C，C.

總之，有的放矢并且合理運用以上規律，將其再解類似問題時提供一把“鑰匙”，使學生不斷總結和積累知識，并讓規律在中考中發揮作用。