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有位化学老师教学生背了一个口诀:嫁给那美女,身体细纤轻;统共一百斤。其实这是金属活动性顺序表的谐音,对应的是钾K钙Ca钠Na镁Mg铝Al锌Zn铁Fe锡Sn铅Pb氢H铜Cu汞Hg银Ag铂Pt金Au,细心的同学一定会发现,说好的金属活动性顺序表,怎么会有非金属H混在其中呢?
年,俄国化学家贝开托夫在实验的基础上,根据金属和金属离子间互相置换能力的大小,以及金属与酸、与水等反应的剧烈程度,首先确定了金属活动性顺序,这个顺序就已包括了氢。因为氢可以被位于它前面的金属从稀酸里置换出来,而氢后面的金属不能从稀酸中置换出氢。这就是说,贝开托夫当时区分金属的活泼与不活泼,是以氢作为标准的。
在不断地科学实验后,科学家陆续得到了金属活动性顺序,在初中阶段有几点应用:
(1)排在H前的金属能与稀酸(HCl、H2SO4等)反应生成氢气。例如:Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑;
(2)活动性强的金属(除K、Ca、Na外)能把活动性弱的金属从它的盐溶液中置换出来。例如:湿法炼铜Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,铁的表面有红色固体生成,溶液从蓝色变成浅绿色;
(3)铁发生置换反应,生成的盐是亚铁盐;例如:Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑,Fe+2AgNO3=Fe(NO3)2+2Ag;
(4)活动性强的金属优先反应,活动性弱的金属优先被置换。例如:①Fe放入硝酸银和硝酸铜的混合溶液中,先和硝酸银反应,再与硝酸铜反应。②Fe和Cu放入硝酸银溶液中,铁先和硝酸银溶液反应,铜再与硝酸银溶液反应。
例题1:根据金属活动性顺序判断,组内物质间能够发生化学反应的是()。
A.Cu和稀盐酸
B.Cu和ZnSO4溶液
C.Ag和稀硫酸
D.Zn和AgNO3溶液
解析:本题需要运用金属活动性顺序表来判断化学反应能否进行。只有金属活动性大于H的金属,才能与稀酸反应,产生盐和氢气。金属还能和盐反应,该反应能进行的条件是:①只有活动性较强的金属才能将活动性较弱的金属元素从它的盐溶液中置换出来;②钾、钙、钠三种极活泼的金属一般不参与这类反应,因为它们首先能与水反应生成相应的碱和氢气;③该盐反应只能在盐溶液中进行,因此只有可溶性盐才能发生反应。纵观本题选项,选项A中因Cu的活动性小于H,故铜不能与稀盐酸发生反应。选项B中Cu的活动性小于ZnSO4中Zn的活动性,故不发生反应。选项C中Ag的活动性小于H,故Ag和稀硫酸也不发生反应。D中因Zn的活动性大于AgNO3中的Ag,故Zn能和AgNO3溶液反应。
金属活动性顺序不但要记住,而且要能够运用。通过跟同浓度的盐酸反应剧烈程度的比较,可判断金属活动性的强弱。通过是否能跟盐反应和发生金属的置换反应,也能判断金属活动性的强弱。
例题2:某学生探究金属单质的活泼性时发现,X、Y都能与稀硫酸反应放出氢气,而Z不能;Y能在X的盐溶液中置换出X,它们的金属活动性顺序为_________________。
解析:探究金属活动性强弱的方法一:将金属A和金属B放入同浓度、同体积的稀盐酸或稀硫酸中,若一个能反应,另一个不能反应,则能反应的金属活动性大于不能反应的金属;若两个都能反应,则反应快的金属活动性大于反应慢的;若两个都不能反应,则需要通过方法二再进行比较。探究金属活动性强弱的方法二:将金属A放入金属B的盐溶液中,若能置换,则金属A的活动性大于金属B;若不能置换,则金属A的活动性小于金属B。所以本题答案为YXZ。
例题3:在硝酸银和硝酸铜的混合溶液中加入一定量的铁粉,充分反应后,过滤反应的混合物。在滤液中滴加盐酸有白色沉淀产生,则过滤得到的金属是
A.Fe、CuB.CuC.Fe、Cu、AgD.Ag
解析:本题涉及金属活动性顺序表的运用和盐酸的化学性质。在硝酸银和硝酸铜的混合溶液中加入铁粉后,根据金属活动性顺序表,活动较强的金属(除K、Ca、Na外),可以把活动性较弱的金属,从它的盐溶液中置换出来,涉及的化学方程式为:
①Fe+2AgNO3=Fe(NO3)2+2Ag
②Fe+Cu(NO3)2=Fe(NO3)2+Cu
根据加入铁粉的量的多少,先进行反应①,再进行②,有五种不同的情况,如下表所示:
分析上述五种情况,在滤液中加入盐酸有白色沉淀产生,此沉淀为AgCl,只有第1种情况符合,①部分反应,即AgNO3+HCl=AgCl↓+HNO3,此过滤得到的金属为Ag。滤液为未全部反应完的AgNO3,未反应到的Cu(NO3)2和生成的Fe(NO3)2。在解此类题目的时候,要先熟记金属活动性顺序表,会运用如下原理:活动性强的金属(除K、Ca、Na)能把活动性弱的金属从它的盐溶液中置换出来,铁发生置换反应,生成的盐是亚铁盐;活动性强的金属优先反应,活动性弱的金属优先被置换。根据反应量的多少,确定反应的完成程度,最终确定滤渣和滤液的组成。所以本题选D。
金属活动性顺序表其实不只这些内容,有兴趣的同学还可以再找些资料作为拓展,在以后的学习中还会有更多的应用。
练一练:
1.在探究铁、铜、锌、银的金属活动性顺序时,小组同学设计了如图1所示的实验:(所用金属的形状与大小和稀盐酸的用量及浓度均相同)
图1
(1)一段时间后,可明显观察到实验B的现象是,反应的化学方程式是。
(2)甲同学认为通过观察A和C中实验现象来比较锌与铁的金属活动性;乙同学拟用定量的方法测定锌和铁的活动性强弱,设计如图1D所示,可以测定来确定。
(3)丙同学认为上述实验方案不足以得出4种金属活动性顺序,需要在上述实验的基础上,补充实验E,其中X金属是,Y溶液是。
2.某电镀厂为减少水污染及节约成本,从含有硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚铁的废水中回收重要原料硫酸锌和有关金属,实验过程如图2所示:
图2
(1)步骤Ⅰ、Ⅳ包含的相同操作是。
(2)写出步骤Ⅰ中反应的化学方程式。
(3)上述步骤(选填步骤编号)所包含的反应体现了锌的活动性比铜强。
(4)要计算该废液中硫酸铜的质量,必须要称量的质量。(实验过程中的物质损失忽略不计)
(5)判断步骤Ⅳ中加入足量的稀硫酸的方法是。
参考答案:
1.铜片表面有银白色固体析出;Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2产生气泡的速率快慢(反应的剧烈程度);相同时间内收集的气体体积(收集相同体积的气体所需的时间);铁(铜);硫酸铜(稀盐酸/稀硫酸/硫酸亚铁)
2.过滤;Zn+CuSO4→ZnSO4+Cu;Zn+FeSO4→ZnSO4+Fe;I和IV;固体D;取固体D,滴加稀硫酸,无气泡则稀硫酸足量(取滤液B,加锌,有气泡则稀硫酸足量)