運用圖像解決中考等質量酸與兩種等質量金屬反應問題

摘 要：學生在解決等質量酸與等質量金屬相互反應的問題時，對于反應結束時，金屬有剩余還是酸有剩余，天平兩側金屬哪一側最終產生氣體量多的問題，一直是學生學習的一個難點，教師僅通過化學方程式或者理論的語言講解，絕大多數學生較難理解，題目稍變就無從下手.因此，通過三個例題和三個變式說明如何通過畫圖像的方式更簡單地解決這類題目.

關鍵詞：等質量;金屬與酸反應;圖像;初中化學

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）05-0123-03

收稿日期：2021-11-15

作者簡介：荊曉冰，碩士，從事化學教學研究.

在等質量酸與兩種等質量金屬反應的問題中，涉及到酸過量、兩種金屬均過量或僅一種金屬過量的情況.大部分初中生抽象概括能力較弱，僅靠化學方程式進行思考，難以梳理清楚，理解的學生很多也存在只可意會不可言傳的狀況，因此，大多數學生做這類題就會產生恐懼心理，未審題就已經放棄.針對在做這類題型時出現的問題，總結出以下方法，此方法適用于此類所有題型，便于學生理解反應實質，并且能夠讓學生舉一反三.

1 解題方法

為方便理解該方法的使用，以下圖像和題目中的金屬均以鋅和鐵為例.

1.1 理解四類基礎反應情況的圖像

（1）等質量的鋅和鐵分別與足量的酸反應時，以反應時間為橫坐標，以產生氫氣的質量為縱坐標.因為鋅的金屬活動性比鐵強，所以在其中一種金屬反應完之前，同樣時間下，鋅先反應產生的氫氣質量大于鐵反應產生氫氣的質量;根據計算，相對原子質量越小，同等質量的金屬產生的氣體越多，因此鐵最終產生的氫氣質量大于金屬鋅，如圖1所示.

（2）等質量的鋅和鐵分別與足量的酸反應時，以酸的質量為橫坐標，以產生氫氣的質量為縱坐標.從橫坐標看，前期金屬對于酸是過量的，兩種金屬產生的氫氣質量均是根據酸的質量計算，因此前期產生氫氣的質量在一條直線上;根據計算，相對原子質量越小，同等質量的金屬產生的氣體越多，因此鐵最終產生的氫氣質量大于金屬鋅，如圖2所示.

（3）等質量的酸分別與足量的鋅和鐵反應時，以反應時間為橫坐標，以產生氫氣的質量為縱坐標.因為鋅的金屬活動性比鐵強，所以在其中一種金屬反應完之前，同個時間下，鋅先反應產生的氫氣質量大于鐵反應產生氫氣的質量;因為兩種金屬是過量的，酸最終是不足的，最終產生氫氣的質量，是根據酸的質量進行計算，因此兩種金屬最終氫氣產生質量相等，如圖3所示.

（4）等質量的酸分別與足量的鋅和鐵反應時，以金屬的質量為橫坐標，以產生氫氣的質量為縱坐標.從橫坐標看，前期酸對于金屬是過量的，根據計算，相對原子質量越小，同等質量的金屬產生的氣體越多，所以在達到轉折點之前加入同等質量的金屬鐵產生的氫氣一直高于金屬鋅;因為兩種金屬是過量的，酸最終是不足的，最終產生氫氣的質量，是根據酸的質量進行計算，因此兩種金屬最終氫氣產生質量相等，如圖4所示.

1.2 具體解題流程

以上四幅圖均為酸過量或者金屬過量的情況，但不論是哪類物質過量，兩個反應中所加入的酸與金屬的質量分別是等量的.由此可知，在題干給出分別加入等質量的酸與等質量的金屬反應的題型中，就要結合所給信息判斷應該是酸過量還是金屬過量了，是一種金屬過量了，還是兩種金屬均過量了.圖4表示的內容即為向等量的酸中逐漸加入等質量的金屬，直至加到兩種等質量的金屬對于酸均過量.

第一步，按等質量酸加入等質量且足量金屬，以金屬的質量為橫坐標，以產生氫氣的質量為縱坐標的情況畫出坐標圖，并如圖5所示，將反應過程分成三部分.

第二步，確認圖像每部分含義.①范圍內（不含交界點），酸對于兩種金屬均為過量，因此根據計算，這部分產生氫氣的質量是相對原子質量越小的金屬產生氣體越多;①和②兩部分的交界點，相對原子質量較小的金屬恰好和酸反應完，相對原子質量較大的金屬隨著金屬的繼續(xù)加入，繼續(xù)產生氫氣;②范圍內（不含交界點），相對原子質量較小的金屬相對酸已過量，產生氣體多，相對原子質量大的金屬相對酸量不足;②和③兩部分交界點，相對質量較大的金屬恰好和酸反應完，兩種金屬產生氣體質量達到相等;③范圍內（不含交界點），兩種金屬相對酸均已經過量，因此產生氣體的質量均根據酸的質量計算，因此氫氣質量不再隨著金屬的加入而改變，一直保持相等.

第三步，根據圖像和題干，確認氣體產量，判斷是酸剩余還是金屬剩余，金屬剩余是剩余的哪種金屬.

2 例題解析

下面以三個例題和兩個變式，具體解析該法如何應用.

例1 如圖6在托盤天平兩邊各放一只燒杯，調節(jié)至平衡，再向兩只燒杯中各注入相同質量、相同質量分數的稀硫酸，然后分別向左右燒杯中投入相同質量的鋅粒和鐵粒，天平指針的可能指向是（? ）.

①分度盤的左邊 ②分度盤的中間 ③分度盤的右邊

A.① B.② C.①② D.②③

解析 為方便計算，假設兩個燒杯中稀硫酸質量均為98g，向其中不斷加入等質量的鋅和鐵，根據56g鐵就可消耗完98g酸產生2g氫氣，65g鋅才能消耗98g酸產生2g氫氣，畫出圖5.根據圖5可以看出，當加入的兩種金屬質量在①范圍內時，鐵產生氣體多于鋅，所以天平左側重;當在②的范圍內時，依舊鐵產生氣體多于鋅，天平左側重;從②與③交界處之后部分，不管鐵和鋅加多少，產生氣體量相同，所以天平平衡.因此，答案選C.

例2 如圖7在天平的左右兩個托盤上，各放一質量相等的燒杯，其中盛有等質量、等質量分數的稀硫酸，天平平衡，如果分別將下列四組中的兩種物質放入左右兩個燒杯內，充分反應后，天平仍保持平衡的是（? ）.

A.等質量的鋅和銅

B.等質量的鋅和鐵（反應后燒杯內酸都有剩余）

D.等質量的鋅和鐵（反應后燒杯中兩種金屬均有剩余）

D.等質量的鋅和鐵（鋅完全反應，鐵有剩余，兩燒杯內的酸均完全反應）

解析 A選項錯，銅不與稀硫酸反應，天平不可能平衡;B選項錯，等質量的兩杯酸中加入等質量的金屬，只有產生氣體相同時，兩側燒杯才能保持平衡.根據圖5可以看出，從②與③交界處往后，兩種等質量金屬產生氣體質量相同，其中鐵在①與②交界處恰好把酸反應完，酸不再有剩余，鋅在②與③交界處恰好把酸反應完，酸不再有剩余，也就是從②與③交界處往后，燒杯內均無酸剩余，C選項正確，所加兩種金屬質量范圍從③往后，兩個燒杯酸均已反應完，反應后燒杯中兩種金屬均有剩余;D選項正確，當兩種金屬所加質量是②與③交界處，鋅恰好完全反應，而鐵從①與②交界處往后就開始有剩余，兩燒杯內的酸均完全反應.

例3 在已調平的托盤天平兩盤各放一只等質量的燒杯，向燒杯中各加入質量相等、質量分數也相等的稀硫酸，然后在左右兩盤的燒杯中分別放入等質量的鋅粉和鐵粉.下列現象不可能觀察到的是（? ）

A.天平指針最終偏向放鋅粉的燒杯一邊

B.天平指針開始偏向放鐵粉的燒杯一邊

C.只有鐵粉有剩余

D.只有鋅粒有剩余

解析 A選項錯，由圖5可知，所加兩種金屬質量范圍在②與③交界處之前鐵產生氣體多，天平指針應偏向鋅，在②與③交界處之后產生氣體量相同，天平平衡;B選項錯，根據金屬活動性鋅大于鐵，開始時鋅反應快，產生氣體多，所以開始時，天平指針應偏向鐵;C選項錯，D選項正確，鐵從①與②交界處往后就開始有剩余，鋅是從②與③交界處往后才開始有剩余，所以可能出現，只有鐵粉剩余或者兩種金屬均有剩余.

變式1 如圖8將等質量的鋅粉和鐵粉分別與溶質質量分數相同且等質量的稀硫酸充分反應，產生氫氣的質量與時間的關系如圖所示，則下列說法正確的是（ D ?）A. 曲線a表示鐵與稀硫酸的反應

B. 曲線a表示的反應，金屬一定有剩余

C. 曲線b表示的反應，稀硫酸一定有剩余

D. 若有一種金屬剩余，則剩余的金屬一定是鐵

解析 A選項錯，向等質量的酸中加入等質量的金屬鐵和鋅，因鋅活動性強反應更快，所以開始時鋅產生氫氣多，在酸足量的情況下，因鐵的相對質量小于鋅，所以鐵最后產生的氣體多.根據以上分析，a是鋅，b是鐵;B選項錯，根據圖8可知所加金屬質量范圍處于鐵最終產生氣體多于鋅的②與③交界處之前，鋅還沒有將酸消耗完，不可能剩余;C選項錯誤，D選項正確，在①與②交界處之前，鐵與鋅均沒有消耗完酸，均無剩余，從①與②交界處開始鐵有剩余，②與③交界處之后鋅才有剩余，但根據圖8可知所加金屬質量范圍處于②與③交界處之前，鋅不可能剩余.

變式2 將等質量的A和B兩種金屬，分別放入質量分數為15%的稀硫酸和質量分數為15%的稀鹽酸中，其中A的相對原子質量比B的相對原子質量小，在反應中A、B元素在生成的化合物中均顯示正二價，兩種金屬與酸反應產生的氫氣質量隨反應時間變化曲線如圖10所示.下列說法正確的是（ C ）

A.產生氫氣的速率A<B

B.反應后A、B一定都有剩余

C.消耗的稀硫酸和稀鹽酸質量一定不相等

D.消耗B的質量一定小于A的質量

解析 根據圖中前期每同個時間下均是金屬A產生氣體多于金屬B，因此金屬A的活動性比金屬B強，和酸溶液反應時產生氣體的速率也就越快，A選項錯誤;根據圖10最終兩種金屬產生氣體一樣多，說明反應處于圖5③范圍含與二范圍的交界點處，可能兩種金屬均不剩，也可能剩余相對質量小的A，選項B 錯誤;兩種金屬最終產生的氫氣相等，那么氫元素的質量相等，因為硫酸和鹽酸的相對分子質量不相等，因此等質量分數的稀硫酸和稀鹽酸質量一定不相等，C選項正確;因為A的相對原子質量小于B，因此得到相同質量的氫氣所消耗的金屬A的質量要小一些，D選項錯誤.

以上6個題目均為向等質量的酸中加入等質量的金屬常見題型，根據畫圖的方法，確認每部分含義后，學生可以準確的判斷出反應所在階段，明確氣體產量以及酸與金屬誰有剩余，該方法便于學生理解，給學生一定的解題思路，讓學生不在只可意會不可言傳，同時也避免了僅根據化學方程式進行分析時的失誤.

參考文獻：

[1] 初中畢業(yè)升學復習指導編委會.初中畢業(yè)升學復習指導·化學[M].青島：青島出版社，2019：167.

[2] 新課堂同步學習與探究編委會.新課堂同步學習與探究·化學：九年級全一冊[M].青島：青島出版社，2020：181，186.

[責任編輯：季春陽]