“金屬與鹽溶液反應后成分判斷”解法新探

龍曉暉

(湖北省武漢市第六十四中學(漢正校區(qū)) 430030)

一、什么是“金屬與鹽溶液反應后成分判斷”問題

金屬活動性順序表是金屬化學性質(zhì)教學中的核心內(nèi)容，它反映了不同金屬在水溶液中發(fā)生置換反應的難易程度.在金屬活動性順序表中，金屬的位置越前，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；金屬的位置越后，金屬陽離子在水溶液中就越容易獲得電子變成原子，它的活動性就越弱.

根據(jù)以上原理可推知：若一種活潑金屬和多種較不活潑金屬的混合鹽溶液反應，最不活潑的金屬元素會首先被置換出來.例如將鋅粉逐漸加入硫酸銅、硝酸銀的混合溶液充分反應，最先反應的是硝酸銀，當硝酸銀被消耗完時，硫酸銅才與鋅粉反應.同理，當多種較活潑金屬與一種較不活潑的鹽溶液反應時，最活潑的金屬會首先發(fā)生置換反應.例如，在鋅粉、鋁粉、鐵粉混合物中逐滴滴加硫酸銅溶液，反應順序為鋁粉，鋅粉，鐵粉.

在考試中，這類問題常以多項選擇(或選擇“下列說法正確的個數(shù)”)的形式出現(xiàn)，每一選擇支代表某種或某幾種特定情況下混合物的狀態(tài)，例如以下試題：

例1 向含有AgNO3、Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量的鋅粉，充分反應后過濾.向濾出的固體中滴加稀鹽酸，沒有氣體生成.下列結論正確的是( ).

A．濾出的固體中一定含有Ag

B．濾出的固體一定是Ag和Cu的混合物

C．濾液中一定有Zn(NO3)2和 Cu(NO3)2

D．濾液中一定沒有AgNO3和Cu(NO3)2

二、傳統(tǒng)解法及其存在的問題

對于此類問題，傳統(tǒng)的解法是“就題論題”，直接對各選擇支對應情況進行分析，考慮對應物質(zhì)的狀態(tài)逐項排除.如對于以上例子，通常解法是：

向濾出的固體中滴加稀鹽酸，沒有氣體生成，可以知道三者中只有Zn能和稀鹽酸反應生成氣體.

A正確，不管剩余條件如何，只要加入Zn，濾出固體一定有Ag；

B 錯誤，如果只有Ag，一樣滿足題設；

C 錯誤，如果說Zn恰好與AgNO3和Cu(NO3)2完全反應，那么濾液中就只含有Zn(NO3)2了，而固體混合物為Ag和Cu，也滿足題設；

D.錯誤，如果Zn很少，不足以置換所有的AgNO3，那么溶液中就會含有AgNO3了.

這樣的解法，對學生思維能力要求非常高，學生既要充分理解“混合物中置換反應發(fā)生順序”的有關規(guī)律，還要具有縝密的思維，能夠正確分析出每一選擇支對應混合物的所有可能狀態(tài)，稍有不慎，就會做出錯誤判斷.筆者分析了許多化學成績在普高線及以上層次同學這類試題錯誤原因，未掌握反應發(fā)生順序造成錯誤的人數(shù)極少，絕大部分是由于沒有考慮全面所致，而且題中所給混合物成分越復雜，學生正確率越低.因此，對于這類問題，長期以來存在“學生難做對，老師難講好”的問題.

三、“程序化”解題思路及其優(yōu)勢

在實際教學中筆者發(fā)現(xiàn)，對于此類問題，分析清楚一個選項，常常需要考慮2～3種不同情況，一道題四個選項全部考慮清楚，分析各種情況可能多達十余種.但對于兩種溶液與金屬反應，所有情況不過5種，溶液變?yōu)?種，也不過只有7種不同情況而已.因此，事先將所有可能情況全部列出反而可能減少許多思維量.

由于金屬與鹽溶液反應過程中先后順序只由金屬活動性決定，只需分析出最開始反應情況即可順次寫出所有情況.

這里仍以前文例題為例說明此思路：

首先畫出一條橫線，代表“溶液”與“固體”間的分界面，Zn與AgNO3和Cu(NO3)2反應，最先置換出的是銀，將這種情況下所有金屬與鹽溶液按金屬活動性從高到低排列如圖1所示.

圖1

之后，Ag+全部沉淀完，在右邊繼續(xù)寫出這種情況.

圖2

之后，Cu2+開始越過界面，最后Zn不反應直接進入固體之中，直線圖自動終止，如圖3.

圖3

可以看到整個過程有較明顯的“程序化”特征.不活潑金屬離子按活動性順序依次變?yōu)槌恋恚诹斜磉^程中得到了非常好的體現(xiàn).圖示完成之后對照判斷各選項即可.

查圖示，A項：所有組中固體都有銀，正確；

B項：1、2組中無Cu，錯誤；

C項：4、5組中無Cu(NO3)2，錯誤；

D項：1組中有AgNO3，錯誤.

變式題中若溶液中還有比Zn活動性更強的金屬離子，則不能跳過Zn繼續(xù)越過界面，表格終止.若為一種不活潑金屬鹽溶液與多種金屬混合物反應，則活潑金屬依次由固體中越過“分界線”向上進入“溶液”.

這一“程序化”思路還可適用于更加復雜的“幾種金屬放入不同鹽溶液的反應”問題.

例2 向AgNO3和 Cu(NO3)2混合溶液中加入一定量的Zn、Fe和Cu的混合粉末，充分反應后過濾，洗滌，得到濾渣和濾液.下列說法正確的有( ).

①濾渣中一定有Ag，濾液中可能有Fe(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3

②當濾液為藍色時，濾渣中一定有Cu、Ag，一定沒有Zn、Fe

③向濾渣中加入鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，則濾渣中一定有Fe、Cu、Ag，可能有Zn

④向濾液中加入KCl溶液，無明顯現(xiàn)象，則濾液中一定有Zn(NO3)2，可能有Fe(NO3)2、Cu(NO3)2，濾渣中可能有Zn、Fe、Cu

A. 1種 B. 2種 C. 3種 D. 4種

分析開始時，金屬混合物全部與AgNO3反應置換出Ag，之后順次反應.列出圖4：

圖4

其中，從第2組起，混合物中Cu直接進入固體，不再發(fā)生置換反應，F(xiàn)e同理.

查表：①正確；②濾液為藍色，考慮情況1～3，其中1、2組無Cu，錯誤，③向濾渣中加入鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，考慮情況5～7，正確；④根據(jù)題意無AgNO3，考慮情況2～7，正確，故選C.

按照“程序化”思路，“金屬與鹽溶液反應后成分判斷”問題就可以被簡化為“列圖-查圖”兩步過程，整個解題過程只需分析一種初始情況，其他所有情況可以自動寫出，將學生不能在草稿紙上完成的思維過程減少到最低，有利于增加該題型的正確率.

實際教學中，此思路可在初講專題時即開始向?qū)W生滲透，“溶液”在上，“金屬”在下，符合實驗事實，易于被學生所理解.講解此類習題時，教師可直接在黑板上畫出圖進行分析，還可根據(jù)此原理做出動態(tài)課件，讓講解過程更加簡練清楚.