金屬與酸發(fā)生置換反應(yīng)的圖像分析

張引宏

金屬與酸發(fā)生置換反應(yīng)的圖像是中考的考點和難點。此類圖像題比較的金屬多為金屬Mg、Al、Zn、Fe，其中Mg、Zn、Fe為二價金屬，但Al為三價金屬，可以把Al看作相對原子質(zhì)量為18（27的2/3）的二價金屬，本文從中考?？嫉膬煞N情況作以詳細分析。

一、等質(zhì)量的金屬放入足量酸中（以Mg、Al、Zn、Fe為例）

由于酸是足量的，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量取決于金屬的質(zhì)量，即根據(jù)金屬的質(zhì)量來計算，Mg、Zn、Fe三種金屬與酸反應(yīng)都生成+2價鹽，（只有Al生成+3價鹽，可以把Al作為相對原子質(zhì)量為1 8的+2價鹽，以下處理相同）與酸反應(yīng)可以寫成通式：

由以上式子可看出，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，即金屬的相對原子質(zhì)量越小，最終產(chǎn)生氫氣越多，見圖l、圖2。

觀察圖像不難看出，分析圖像主要就是分析平臺、斜率和拐點。

1.平臺高低

圖1和圖2中曲線平臺高低表示最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量，由上面分析知道，對于等價等質(zhì)量金屬，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，即金屬的相對原子質(zhì)量越小，產(chǎn)生氫氣越多，平臺越高。

2.斜率（或曲線陡峭程度）

圖l中曲線斜率表示單位時間產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量。單位時間產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量越大，反應(yīng)速率越快，金屬的活動性越強，斜率越大，曲線越陡。

圖2中曲線斜率表示單位質(zhì)量的酸產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量。從化學方程式可以看出，氫氣中的氫元素全部來自于酸。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位質(zhì)量的酸產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同，故斜率相同（或曲線陡峭程度一樣）。

3.拐點

圖1中曲線出現(xiàn)拐點越早，則金屬反應(yīng)用的時間越短，反應(yīng)速率越快，金屬的活動性越強。

圖2中曲線拐點的縱坐標就是平臺高低已做分析。圖2中曲線拐點的橫坐標表示金屬所消耗酸的質(zhì)量。

由以上式子可看出，消耗酸的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，即金屬的相對原子質(zhì)量越小，消耗酸越多，拐點對應(yīng)的橫坐標越大（或越右）。

二、足量金屬分別放入等質(zhì)量的酸中（以Mg、Al、Zn、Fe為例）

由于金屬是足量的，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量取決于酸的質(zhì)量，即根據(jù)酸的質(zhì)量來計算，氫氣中的氫元素全部來自于酸，酸的質(zhì)量相同，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同，見圖3、圖4。

1.平臺高低

由上面分析得出，產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同，故圖3和圖4平臺高低均相同。

2.斜率（或曲線陡峭程度）

圖3曲線斜率表示單位時間產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量。單位時間產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量越大，反應(yīng)速率越快，金屬的活動性越強，斜率越大，曲線越陡。

圖4曲線斜率表示單位質(zhì)量的金屬所產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量。

由以上式子可看出，單位質(zhì)量的金屬產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，即金屬的相對原子質(zhì)量越小，單位質(zhì)量的金屬產(chǎn)生氫氣越大，斜率越大（或曲線越陡）。

3.拐點

圖3中曲線先出現(xiàn)拐點，則酸反應(yīng)完用的時間越短，反應(yīng)速率越快，金屬的活動性越強。

圖4中拐點的縱坐標表示等量的酸所消耗的金屬的質(zhì)量。

由以上式子可看出，等量的酸消耗金屬的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成正比，即金屬的相對原子質(zhì)量越小，消耗的金屬的質(zhì)量越少，拐點的橫坐標越小。

金屬與酸發(fā)生置換反應(yīng)的圖像題，首先看橫縱坐標的含義，然后分析題目條件是“等金足酸”還是“等酸足金”，最后看平臺、斜率或拐點。尤其注意的是只有橫坐標是時間時才能表示反應(yīng)速率，才能反映金屬活動性強弱。

例 圖5所示四個圖像中能正確反映其對應(yīng)實驗操作的是（ ）。

A.分別向質(zhì)量相等的鐵片和鋅片中滴加溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同的稀硫酸至過量

B.向等質(zhì)量的鋁粉和鎂粉中分別加入溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同的足量的稀鹽酸

C.向完全相同的兩份稀鹽酸中，分別加入過量的鋅粉和鐵粉

D.等質(zhì)量的鎂粉和鋁粉分別與足量溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同的稀硫酸反應(yīng)

解析A圖像的橫坐標為時間，Zn的活動性比Fe強，Zn先出現(xiàn)拐點或曲線斜率大，故A錯;B選項是等金足酸，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量取決于金屬，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，（Mg是二價金屬，鋁是三價金屬，可把Al看作相對原子質(zhì)量為18的二價金屬），故鋁的平臺高;單位質(zhì)量酸產(chǎn)生氫氣質(zhì)量相同，故斜率相同;消耗酸的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，故金屬鋁曲線拐點對應(yīng)的橫坐標大。從三方面分析B都正確;C選項是等酸足金，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量取決于酸的質(zhì)量，酸質(zhì)量相同，氫氣質(zhì)量相同，平臺高低應(yīng)相同，故C錯;D選項是等金足酸，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量取決于金屬，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與金屬的相對原子質(zhì)量成反比，鋁（以二價金屬計，相對原子質(zhì)量可看作18）的平臺高，故D錯。

答案：B

（收稿日期：2022 - 03 - 16）