实验活动5金属的物理性质和某些化学性质

朱红杰

本实验旨在引导同学们通过对比实验、控制变量等科学方法，探究常见金属的物理性质和活动性强弱，进一步加深对金属性质的认识，并初步学会设计实验验证金属活动性顺序。

一、金属的物理性质

金属都有明显的光泽，都能导电；大部分金属呈现银白色；不同的金属硬度不同，合金的硬度高于组成它们的纯金属。

1.金属的光泽和颜色

（1）实验操作：先用砂纸打磨掉镁条、锌片、铝片、铁片、铜片表面的氧化膜，然后观察它们的颜色和光泽。

（2）实验结论：

镁条铝片铁片铁粉铜片

颜色银白色银白色银白色黑色紫红色

光泽金属光泽金属光泽金属光泽没有光泽金属光泽

2.金属的硬度

（1）实验操作：采取“相互刻画”的方法，比较铜片和铝片、铜片和黄铜片的硬度，观察到铜片容易在铝片上刻出痕迹，黄铜片容易在铜片上刻出痕迹；采用“弯折”的方法，比较铁丝、铜丝、钢丝的硬度，观察到铜丝比铁丝容易弯折，铁丝比钢丝容易折弯。

（2）实验结论：铜的硬度比铝大，黄铜的硬度比铜大；铁比铜硬，钢比铁硬。

3.金属的导电性

（1）实验操作：利用图2实验装置（将a、b接触点同时接触待测物表面，若二极管发光则导电），分别测量铜片、铝片、衣服、纸张的导电性，发现铜片、铝片均导电，而衣服、纸张不导电。

（2）实验结论：金属能导电。

二、金属的化学性质

金属能与氧气发生化合反应，能与酸溶液发生置换反应，也能与盐溶液发生置换反应。

1.金属与氧气反应

（1）实验操作：用坩埚钳分别夹持铜片、镁条，在酒精灯火焰上加热。观察到镁条剧烈燃烧、发出强光，铜片不燃烧，表面变黑。

（2）实验结论：绝大多数金属能与氧气发生化合反应，但是反应的难易程度不一样。

2.金属与酸溶液反应

（1）实验操作：向5支试管中分别放入大小、外形一样的镁、铝、锌、铁、铜，再分别倒入5 mL稀盐酸或稀硫酸。观察到铜的表面几乎没有变化，镁、铝、锌、铁表面均冒出气泡，放出气泡的快慢：镁>铝>锌>铁。

（2）实验结论：活泼金属能与酸溶液发生置换反应，而且反应的剧烈程度不一样。

3.金属与盐溶液反应

（1）实验操作：将铁片插入硫酸铜溶液中，将铜片插入硝酸银溶液中，并将观察的结果填入下表。

实验步骤实验现象有关的化学方程式

铁片插入硫酸铜溶液中铁片表面覆盖一层色固体，溶液由蓝色变为色

将铜片插入硝酸银溶液中铜片表面覆盖一层色固体，溶液由无色变为色

[红浅绿Fe+CuSO4=FeSO4+Cu银白蓝Cu+2AgNO3=Cu（NO3）2+2Ag]

（2）实验结论：相对活泼的金属能将不活泼金属从其盐溶液里置换出来。

三、疑难解答

1.铁丝（或铁片）呈银白色而铁粉呈黑色的原因

块状铁（如铁丝、铁片）的晶体结构较完整，当光线照射到铁块表面时，大部分可见光发生镜面反射，因此显示出银白色；铁粉没有规则的几何外形，照射在其表面的可见光几乎全部被吸收，所以呈黑色。其实，不仅仅是铁粉，大多数金属的粉末都是黑色的。

2.利用金属与酸溶液反应比较金属活动性时要控制变量的原因

利用金属与酸溶液发生置换反应比较金属活动性强弱时，一般通过反应的剧烈程度得出结论，而反应的剧烈程度与反应物的接触面有直接关系。例如，将铁粉、铁片分别与10%的稀盐酸反应，铁粉放出气体的速率快；将铁片分别与10%的稀盐酸、20%的稀盐酸反应，20%的稀盐酸放出气体的速率快；相同的铁片与相同浓度的盐酸反应时，温度高的盐酸放出气体的速率快。因此，利用金属与酸溶液反应比较金属活动性强弱时必须控制变量。

3.比较金属活动性强弱的常用方法

金属与氧气反应的难易和剧烈程度，金属与酸溶液能否发生置换反应及反应剧烈程度，能反映金属活动性强弱；金属与盐溶液能否发生置换反应，能直接反映出金属活动性的强弱。

一次性验证三种金属活动性强弱的最佳试剂组合是：活泼金属，活动性居中金属的盐溶液，不活泼金属（简称“金、盐、金”）；或活泼金属的盐溶液，活动性居中的金属，不活泼金属的盐溶液（简称“盐、金、盐”）。

4.有关金属发生置换反应的注意事项

（1）金属与酸溶液的置换反应。

铁与酸溶液发生置换反应时，生成的是+2价的亚铁盐，如铁跟稀盐酸反应的化学方程式是Fe+2HCl=FeCl2+H2↑。具有氧化性的酸不能与金属发生置换反应，像HNO3、浓H2SO4因有氧化性，它们与活泼金属反应不能生成H2，酸中的氢一般转化为水，如4Zn+10HNO3（稀）=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O。

（2）金属与盐溶液的置换反应。

金属与盐溶液发生置换反应时，反应物盐要溶于水，反应才能发生，如铁虽比铜活泼，但铁与CuCO3并不能发生反应，因为CuCO3不溶于水。金属与盐溶液发生置换反应时，反应生成的盐也要溶于水，反应才能持续进行，如Pb+CuSO4=PbSO4+Cu，因为PbSO4不溶于水，沉淀下来会覆盖在固体铅的表面，慢慢隔绝了铅与CuSO4的接触，使反应自行停止。非常活泼的金属（如K、Na、Ca等）不能与盐溶液发生置换反应，如把钠投进CuSO4溶液里，先发生的反应是2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，后发生的反应是2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu（OH）2↓，总反应是2Na+2H2O+CuSO4=Cu（OH）2↓+Na2SO4+H2↑，它不属于置换反应。铁与盐溶液发生置换反应时生成的是+2价的亚铁盐，如铁跟CuSO4溶液反应，生成的盐是FeSO4。endprint

（3）盐溶液中多个置换反应并存的问题。

如在Cu（NO3）2、AgNO3的混合溶液里加入锌，由于锌与银的金属活动性相差较大，所以锌先与AgNO3溶液反应：Zn+2AgNO3=Zn（NO3）2+2Ag，等到AgNO3反应完全，才开始与Cu（NO3）2反应：Zn+Cu（NO3）2=Zn（NO3）2+Cu。再如，在AgNO3溶液里同时加入铁、铜，因为铁与银的金属活动性相差较大，所以铁先与AgNO3溶液反应：Fe+2AgNO3=Fe（NO3）2+2Ag，等到铁消耗完全，铜才开始与AgNO3反应：Cu+2AgNO3=Cu（NO3）2+2Ag。

四、例题导学

【例1】（2015·菏泽）下列有关金属的叙述，正确的是（）

A.硬币、不锈钢锅都是合金材料，合金比各成分金属具有更优良的性能

B.铝、铁、铜都是银白色固体，都能够导电

C.镁、铝都是活泼金属，相同质量时与足量的盐酸反应放出氢气的体积相同

D.铁在空气中燃烧，冒出浓烈的黑烟，放出热量，生成黑色粉末

【解析】硬币、不锈钢都属于合金，合金比各成分金属具有更高的硬度、更好的防腐性；铜是紫红色，而非银白色；相同质量的镁、铝与足量的盐酸反应时，金属铝放出的氢气多；铁在氧气中燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体。

【答案】A

【例2】（2015 ·荆门）某研究性学习小组为探究镁与水的反应，设计如下实验：

步骤1：将镁条用砂纸打磨至光亮，分成两等份。

步骤2：将一份光亮的镁条置于冷水中，几乎没有观察到任何现象。

步骤3：将另一份光亮的镁条置于热水中，观察到有气泡产生。

（1）将镁条用砂纸打磨至光亮的原因是。

（2）经百度可知，活泼金属与水反应生成对应的碱和氢气，如果金属活动性越强，生成的碱的碱性也越强。某同学向步骤3的烧杯中滴加酚酞溶液，观察到镁条的表面有明显的红色出现。该反应的化学方程式为，反应类型是（基本反应类型）。

（3）步骤2和3对比可知，影响镁与水的反应速率的一个因素是。

（4）根据以上信息，若将金属钠加到硫酸铜溶液中，可能观察到的现象是。

【解析】（1）镁条表面有一层氧化膜，为了防止其对实验的干扰，所以应在实验前把它除去。（2）把镁放到热水中，镁可以与水反应生成氢氧化镁和氢气。（3）对比步骤2和3可知，在其他条件不变的情况下，温度对镁与水的反应速率有很大的影响。（4）由于钠的化学性质比较活泼，钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠再与溶液中的硫酸铜反应，生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钠溶液。

【答案】（1）除去表面的氧化膜（氧化镁） （2）Mg+2H2O △ Mg（OH）2+H2↑置换反应（3）温度（4）有气体产生，溶液中产生蓝色沉淀

五、对点训练

1.金属和金属材料在日常生活中被广泛应用。下列对金属或合金的利用是由金属的活动性决定的是（）

A.用铁回收含铜离子废液中的铜

B.用铝合金制作门窗框架

C.用锡合金作保险丝

D.用铜丝作电缆

2.下列物质中，不属于合金的是（）

A.不锈钢B.氧化汞

C.黄铜D.生铁

3.下列可用于验证Fe、Cu、Ag三种金属的活动性顺序的一组药品是（）

A.Fe、Cu、H2SO4溶液

B.Cu、Ag、FeSO4溶液

C.Fe、Ag、CuSO4溶液

D.Ag、FeSO4溶液、CuSO4溶液

4.下列事实不能证明金属甲的金属活动性比金属乙强的是（）

A.自然界中甲元素只以化合物形式存在，乙元素存在单质形式

B.甲能与盐酸反应生成H2而乙不能

C.甲能从乙的盐溶液中置换出乙

D.化合物中甲元素显+2价而乙元素显+3价

5.在硝酸银、硝酸铜的混合溶液中加入一定量锌粉，反应停止后过滤，滤液仍为蓝色。有关判断正确的是（）

A.滤渣中一定有银，没有铜和锌

B.滤渣中一定有银和锌，可能有铜

C.滤液中一定有硝酸锌、硝酸铜、硝酸银

D.滤液中一定有硝酸锌、硝酸铜，可能有硝酸银

6.金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列说法中，不正确的是（）

A.铅锑合金的熔点低、电阻率大，常用于制造发热体

B.铜具有良好的导电性，常用于制造电缆

C.铝合金轻而坚韧，可作汽车、飞机和火箭的材料

D.不锈钢抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械

7.下列关于铁、铝、铜的说法正确的是（）

A.其表面都能形成致密的氧化膜

B.都能与稀盐酸或稀硫酸反应

C.都能与氧气发生化合反应

D.化学性质都很活泼

8.向一定质量的AgNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中加入m克Zn，充分反应后过滤，将滤渣洗涤、干燥后再称量，得到的质量为m克。据此，下列说法不正确的是（）

A.取反应后的滤液观察，滤液可能呈蓝色

B.取反应后的滤液滴加稀盐酸，有白色沉淀产生

C.取滤渣滴加稀硫酸，可能有气泡产生

D.滤渣中的物质至少有两种

9.用三块相同的铝片（均已去除氧化膜）进行如下实验：实验1：取第一块铝片，放入稀硫酸中，有明显的现象；实验2：取第二块铝片，放入硫酸铜溶液中，铝片表面有红色物质析出；实验3：取第三块铝片，放入浓硫酸中，没有明显的现象；实验4：将实验3中的铝片取出，洗净后放入硫酸铜溶液中，没有明显的现象。endprint

下列说法不正确的是（）

A.在实验1中可以观察到铝片表面有气泡产生

B.由实验2可以得出金属铝比铜活泼

C.铝片与浓硫酸不能发生化学反应

D.浓硫酸与稀硫酸的化学性质有差别

10.下列现象和事实，可用金属活动性作合理解释的是（）

①金属镁在空气中比铝更容易燃烧，说明镁比铝的活动性强②金属铝比金属锌更耐腐蚀，说明锌比铝的活动性强③用硫酸铜与石灰水配制农药波尔多液时，不能用铁制容器④尽管金属的种类很多，但在自然界中仅有少量金属以单质形式存在

A.①②B.①③④

C.③④D.①②③④

11.向一定质量AgNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中加入Zn，溶液质量与加入Zn的质量关系如图3所示。下列说法正确的是（）

A.取a点溶液，滴加稀盐酸，无白色沉淀

B.c点溶液中溶质为Zn（NO3）2

C.若取b～c段固体，滴加稀盐酸，无气泡产生

D.d点时的固体有2种

12.金属及合金是重要的工业及建筑材料，某些金属离子是人体不可或缺的元素。

（1）下表是A、B、C三种金属的部分物理性质：

性质金属导电性（100为标准）密度（g/cm3）熔点（℃）硬度（10为标准）

A998.9210833

B612.706602.9

C177.8615355

①三种金属中最不适宜作导线的是（填字母），高压输电线不用金属A而选用金属B，主要原因是。

②C的合金通常可以做菜刀、锤子等，其合金的硬度（填“>”“<”或“=”）5。

（2）老火靓汤强身健体，猪骨汤是其中之一。

煲制猪骨汤的主要原料：猪骨、鸡脚、甜玉米、胡萝卜、鸡骨草等。

①猪骨汤包含的营养素中除了蛋白质、油脂、水、无机盐外，还有等。

②猪骨汤中因为含有较丰富的（用离子符号表示），所以老年人饮用可以预防。

13.不锈钢材料中含有的金属铬（Cr）能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。为了解金属铬与常见金属铝、铜在金属活动性顺序中的相对位置关系，小娟与小涛进行了如下探究活动。

【猜想与假设】根据所学知识，猜想三种金属在金属活动性顺序中的相对位置关系：

猜想一：Cr、Al、Cu；

猜想二：Al、Cr、Cu；

猜想三：。

【实验与探究】（1）小娟的实验：取大小相同的铝、铬、铜三种金属片（用砂纸打磨光亮）：

实验步骤实验现象解释与结论

分别取三支试管，向其中加入等质量、等浓度的稀硫酸，然后将铝、铬、铜三种金属分别插入三支试管中

铝片表面产生气泡较快；铬片表面产生气泡较缓慢，溶液变蓝色；铜片无明显现象

猜想成立。铬与稀硫酸反应生成蓝色的硫酸亚铬（CrSO4）溶液，该反应的化学方程式为

（2）小涛的实验：小涛只选用了三种药品进行实验，也得出了三种金属在金属活动性顺序中的相对位置关系。则他选用的三种药品可能是。

【总结与归纳】由上述实验得出，比较金属活动性强弱的方法有：①；②。

14.小明把过量锌粒加入有盐酸的试管中，发现随着反应的进行，产生气体的速度逐渐加快，一段时间后逐渐减慢，最后停止产生气体。在反应过程中，溶液的温度也先随之升高，最后下降至室温。于是，小明设计实验来探究“一定质量的某种金属和同体积盐酸反应快慢的影响因素”。测得实验数据如下：

某金属与同体积盐酸溶液反应实验数据表

盐酸溶液浓度反应开始时酸溶液的温度反应开始到2分钟产生的气体体积反应结束共产生气体体积

5%20 ℃10 mL60 mL

10%20 ℃19 mL118 mL

15%20 ℃28 mL175 mL

5%35 ℃28 mL60 mL

10%35 ℃72 mL118 mL

15%35 ℃103 mL175 mL

（1）分析实验数据得出，一定质量的某种金属和同体积盐酸反应，影响金属和酸反应快慢的主要因素有、。

（2）可以通过比较实验数据来确定金属和酸反应的快慢。

（3）过量锌粒加入盐酸中，反应开始的一段时间，反应速率逐渐加快，而不是逐渐减慢。请分析原因：。

附：对点训练参考答案

1.A2.B3.C4.D5.D6.A7.C

8.B9.C10.B11.B

12.（1）①C高压输电线一般较粗且架设较高，因此需要导电性较好而密度又不大的金属②>（2）①维生素、糖类②Ca2+骨质疏松

13.【猜想与假设】Al、Cu、Cr【实验与探究】（1）二Cr+H2SO4=CrSO4 +H2↑（2）Al、CrSO4溶液、Cu【总结与归纳】通过金属与酸反应比较通过金属与盐溶液反应比较

14.（1）盐酸溶液的浓度反应开始时酸溶液的温度（2）相同时间内产生的气体体积（3）温度对反应速率的影响大于盐酸溶液浓度对反应速率的影响endprint