浅谈金属活动性顺序的探究

鲁欣

摘 要：初中化学的重点内容之一即金属活动性顺序的探究，对于学生来说这也是一个难点。课标要求学生能用金属活动性顺序对有关置换反应进行判断，能用金属活动性顺序解释日常生活中的一些化学现象。因此金属活动性顺序的探究是整个初中阶段化学知识点的基础乃至核心。

关键词：金属活动性 探究 实验方案

金属活动性顺序的探究是每年中考重点考查的内容之一，它也是整个金属化学性质的重要部分。什么是金属活动性？怎样设计实验方案呢？在探究金属活动性顺序时应注意哪些问题？

一、什么是金属活动性

经过人们长期的实践，总结出常见金属的化学活动性顺序如下：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au

金属活动性依次减弱。金属的活动性顺序是在水溶液中体现的，在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，在水溶液中就越容易失去电子变成离子，它的活动性就越强。也就是说金属的活动性强弱的得出一定要在溶液中进行。这同时也表明了金属活动性强弱顺序。在金属活动性顺序中，金属的位置越在前面，金属在水溶液中就越容易失去电子变成离子，它的活动性就越强；金属的位置越在后面，金属阳离子在水溶液中就比较容易获得电子变成原子，它的活动性就越弱。

二、怎样探究金属活动性

这部分内容实际上是金属化学性质的第二课时，学生在对金属化学性质的共性有所认识的基础上，再对金属化学性质之间的差异进行学习，这个差异就是金属活动性顺序。在实际教学设计中，我曾经打算嵌一条金属发展史的主线在里面，还曾经想过不如就围绕一种金属作为核心进行学习，后来这些华而不实的想法都被放弃了，几番比对之后，渐渐认识到了金属活动性顺序探究的真正层次，绝非单纯的金属种类的差异，三种也好四种也罢，无论选择几种金属，其实都是金属两两比较之后才能得出的结论。

1.探究金属活动性顺序的方法

（1）判断金属与酸能否发生置换反应（氢前置换氢）。只有排在氢前面的金属，才能置换出酸中的氢，而排在氢后面的金属不能置换出酸中的氢。通过这一反应可以把金属分为两类即氢前和氢后，能反应的一定比不反应的活泼。

注意的几点问题：①排在金属活动性顺序中氢前面的金属才能与酸发生反应，看到有气泡产生。②这里的酸应是不具有氧化性的酸如盐酸、稀硫酸，不包括浓硫酸和硝酸。③在置换反应中，单质铁与酸发生反应生成亚铁盐。④钾、钙、钠这三种金属化学性质活泼，不仅能与酸发生反应，在常温下还能与水发生置换反应，而且反应剧烈（如2K+2H2O=2KOH+H2↑）。只有这三种金属具备此点化学性质（现阶段了解即可）。

（2）判断金属与金属化合物溶液（即盐溶液）能否发生置换反应（需要满足的条件是前面金属置换后面金属，参加反应的必须是盐溶液，即盐可溶，排除钾、钙、钠）。排在金属活动性顺序中前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液里置换出来。

注意的几点问题：①这点性质与氢的位置无关，只看金属的位置，在金属活动性顺序中排在前面的金属就能把排在后面的金属从其化合物溶液中置换出来。同样钾、钙、钠金属除外，因为这些金属性质过于活泼，先与溶液中的水发生置换反应，不与盐溶液发生置换反应（现阶段了解即可）。例如，把金属钾放入硫酸铜溶液中虽然反应[2K+2H2O=2KOH+H2↑，CuSO4+2KOH=Cu（OH）2↓+K2SO4]，但是最终没有铜生成。②在置换反应中铁与盐溶液反应，生成二价亚铁盐。③用相同金属与不同的盐溶液发生置换反应，金属化合物溶液中排在金属活动性顺序中较后面的金属首先被置换出来，用不同的金属与同种盐溶液发生置换反应，排在金属活动性顺序前面的金属先与盐溶液发生置换反应。另外，若有一种金属和多种混合盐溶液反应，最先反应的是最不活泼的那个金属的盐溶液。例如，铝片与氯化亚铁和硫酸铜和硝酸汞的混合溶液充分反应，最先反应的是硝酸汞，当硝酸汞被消耗完时，硫酸铜才与铝片反应。同理，硫酸铜溶液反应完后，铝片才与氯化亚铁反应。还有，当多种金属与一种盐溶液反应时，最活泼的金属先反应。例如，把打磨光亮的锌粒、铝丝和硝酸汞溶液混合，铝丝先与硝酸汞反应，铝反应完后，锌和硝酸汞反应。

例题：在硫酸铜溶液中加入一定量的锌、铁粉末，反应后滤液中溶质成分和滤渣成分都有哪些？

分析：锌、铁粉末加入到硫酸铜溶液中时，表面上看是锌先与硫酸铜溶液反应，完全反应了，铁粉才开始与硫酸铜溶液反应，接下来我们要做的是隐性思维显性化，分析锌、铁粉末的量，分为锌粉过量，锌粉恰好、锌粉不足这三种情况来看。如果锌粉过量，锌粉恰好与硫酸铜溶液反应，那么铁粉就不会发生反应了，铁粉只能存在于滤渣中。铁粉参与反应（详见表1）的情况是锌粉不足，多余的硫酸铜溶液与铁粉反应。

此外，金属和酸或盐溶液之间能否发生置换反应，并根据具体的实验及其现象的分析，来推出金属的活动性顺序。具体的推断方法是这样的：

（1）通过金属与酸能否发生置换反应，来推出金属的活动性强弱。例如，把锌和银分别放在稀硫酸中时，锌的表面上有气泡冒出，这说明锌位于金属活动性顺序中氢的前面；而银的表面无明显的现象，这说明银位于金属活动性顺序中氢的后面。由此可推得锌的活动性比银的要强。

（2）通过金属与盐溶液能否发生置换反应，来推出金属的活动性强弱。例如，湿法炼铜我们把铁丝放在硫酸铜溶液中，一段时间后发现铁丝表面附着一层红色金属，溶液由蓝色变为浅绿色，最终得出铁的活动性比铜的强。

三、设计实验方案

1.两种金属活动性的探究

将打磨光亮的两种金属插入到稀硫酸或盐酸中，反应的金属活动性强于不反应的；若两种金属同为氢前或氢后，将金属插入到稀硫酸或盐酸中，都反应或都不反应，判断不出金属的活动性顺序。这时我们即需把一种金属放入到另一种金属的盐溶液中，如将金属银放入铜的盐溶液中，无明显现象则证明银的活动性比铜弱；将金属铜放入银的盐溶液中，金属铜表面有银白色物质生成，溶液由无色变为蓝色则证明铜的活动性比银强。

2.三种金属活动性的探究

将金属放入稀硫酸或盐酸中，分成氢前氢后金属，再用两种金属活动性的探究方法。

3.有关中间产物的制取

制取的中间产物一定是纯净的，那么要求在反应时一定要控制量，制取金属，参加反应的金属要是少量的；制取盐溶液，那么参加反应的盐溶液要是少量的。

例题：利用金属和某些溶液的置换反应验证铁、铜、银的金属活动性顺序，某班同学设计了实验方案。所需试剂如下：

方案一：氯化亚铁溶液、铜片、硝酸银溶液

方案二：铁片、铜片、硝酸银溶液

方案三：铁片、铜片、银片、稀硫酸

（1）写出方案一中铜与硝酸银反应的化学方程式

（2）写出方案二的实验操作步骤及判断依据。

（3）借助实验室常用仪器，利用方案三的试剂也能达到实验目的，简述实验原理。

分析：

对于上述问题（2），通过硝酸银溶液和铜片反应能判断出银和铜的活动性强弱，硝酸银溶液和铁片反应能判断出铁和银的活动性强弱，那么铁和铜的活动性强弱无从得知，我们已知金属的活动性强弱是在水溶液中体现的，因此要想判断铁和铜的活动性必须要有一个溶液，所以我们就要制取中间的盐溶液，比如硝酸铜溶液、硫酸亚铁溶液。要想制取盐溶液必须保证盐溶液是纯净物，所以我们要控制反应物的量。如果制取硝酸铜溶液，我们就要先将铜片插入到少量的硝酸银溶液中，充分反应，铜片表面附着灰黑色固体，这时得到的全部为硝酸铜溶液，再将铁片插入生成的蓝色溶液中，铁片表面附着红色的固体。或者先将铁片插入少量硝酸银溶液中，充分反应，铁片表面附着灰黑色固体，再将铜片插入生成的浅绿色溶液中，没有现象。

对于上述问题（3），如果将稀硫酸分别加入到铁片、铜片和银片中，只能判断出铁的活动性比铜片和银片强，金属银和铜活动性强弱没办法判断，只能制取中间的盐溶液，制取盐溶液有两种方法：一是金属与盐溶液反应，二是金属氧化物与酸反应。此题中我们只能通过金属氧化物与酸反应，需要借助的仪器是酒精灯，把铜片在空气中充分灼烧生成氧化铜，再加入稀硫酸生成硫酸铜溶液，有了硫酸铜溶液接，下来就可以按照金属与盐溶液反应判断金属的活动性强弱。

金属的活动性顺序探究在初中化学教学中的地位举足轻重，同时它在初高中内容衔接中也起着重要的作用，更是每年中考高频考点之一，因此掌握金属活动性顺序的探究方法是十分重要的。

参考文献

[1]陶亚奇.正确理解与探究金属的活动性顺序[J].化学教育，2003（6）.

[2]人民教育出版社化学室.高中化学（第一册）[M].北京：人民教育出版社，2003.

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