运用图像解决中考等质量酸与两种等质量金属反应问题

摘 要：学生在解决等质量酸与等质量金属相互反应的问题时，对于反应结束时，金属有剩余还是酸有剩余，天平两侧金属哪一侧最终产生气体量多的问题，一直是学生学习的一个难点，教师仅通过化学方程式或者理论的语言讲解，绝大多数学生较难理解，题目稍变就无从下手.因此，通过三个例题和三个变式说明如何通过画图像的方式更简单地解决这类题目.

关键词：等质量;金属与酸反应;图像;初中化学

中图分类号：G632   文献标识码：A   文章编号：1008-0333（2022）05-0123-03

收稿日期：2021-11-15

作者简介：荆晓冰，硕士，从事化学教学研究.

在等质量酸与两种等质量金属反应的问题中，涉及到酸过量、两种金属均过量或仅一种金属过量的情况.大部分初中生抽象概括能力较弱，仅靠化学方程式进行思考，难以梳理清楚，理解的学生很多也存在只可意会不可言传的状况，因此，大多数学生做这类题就会产生恐惧心理，未审题就已经放弃.针对在做这类题型时出现的问题，总结出以下方法，此方法适用于此类所有题型，便于学生理解反应实质，并且能够让学生举一反三.

1 解题方法

为方便理解该方法的使用，以下图像和题目中的金属均以锌和铁为例.

1.1 理解四类基础反应情况的图像

（1）等质量的锌和铁分别与足量的酸反应时，以反应时间为横坐标，以产生氢气的质量为纵坐标.因为锌的金属活动性比铁强，所以在其中一种金属反应完之前，同样时间下，锌先反应产生的氢气质量大于铁反应产生氢气的质量;根据计算，相对原子质量越小，同等质量的金属产生的气体越多，因此铁最终产生的氢气质量大于金属锌，如图1所示.

（2）等质量的锌和铁分别与足量的酸反应时，以酸的质量为横坐标，以产生氢气的质量为纵坐标.从横坐标看，前期金属对于酸是过量的，两种金属产生的氢气质量均是根据酸的质量计算，因此前期产生氢气的质量在一条直线上;根据计算，相对原子质量越小，同等质量的金属产生的气体越多，因此铁最终产生的氢气质量大于金属锌，如图2所示.

（3）等质量的酸分别与足量的锌和铁反应时，以反应时间为横坐标，以产生氢气的质量为纵坐标.因为锌的金属活动性比铁强，所以在其中一种金属反应完之前，同个时间下，锌先反应产生的氢气质量大于铁反应产生氢气的质量;因为两种金属是过量的，酸最终是不足的，最终产生氢气的质量，是根据酸的质量进行计算，因此两种金属最终氢气产生质量相等，如图3所示.

（4）等质量的酸分别与足量的锌和铁反应时，以金属的质量为横坐标，以产生氢气的质量为纵坐标.从横坐标看，前期酸对于金属是过量的，根据计算，相对原子质量越小，同等质量的金属产生的气体越多，所以在达到转折点之前加入同等质量的金属铁产生的氢气一直高于金属锌;因为两种金属是过量的，酸最终是不足的，最终产生氢气的质量，是根据酸的质量进行计算，因此两种金属最终氢气产生质量相等，如图4所示.

1.2 具体解题流程

以上四幅图均为酸过量或者金属过量的情况，但不论是哪类物质过量，两个反应中所加入的酸与金属的质量分别是等量的.由此可知，在题干给出分别加入等质量的酸与等质量的金属反应的题型中，就要结合所给信息判断应该是酸过量还是金属过量了，是一种金属过量了，还是两种金属均过量了.图4表示的内容即为向等量的酸中逐渐加入等质量的金属，直至加到两种等质量的金属对于酸均过量.

第一步，按等质量酸加入等质量且足量金属，以金属的质量为横坐标，以产生氢气的质量为纵坐标的情况画出坐标图，并如图5所示，将反应过程分成三部分.

第二步，确认图像每部分含义.①范围内（不含交界点），酸对于两种金属均为过量，因此根据计算，这部分产生氢气的质量是相对原子质量越小的金属产生气体越多;①和②两部分的交界点，相对原子质量较小的金属恰好和酸反应完，相对原子质量较大的金属随着金属的继续加入，继续产生氢气;②范围内（不含交界点），相对原子质量较小的金属相对酸已过量，产生气体多，相对原子质量大的金属相对酸量不足;②和③两部分交界点，相对质量较大的金属恰好和酸反应完，两种金属产生气体质量达到相等;③范围内（不含交界点），两种金属相对酸均已经过量，因此产生气体的质量均根据酸的质量计算，因此氢气质量不再随着金属的加入而改变，一直保持相等.

第三步，根据图像和题干，确认气体产量，判断是酸剩余还是金属剩余，金属剩余是剩余的哪种金属.

2 例题解析

下面以三个例题和两个变式，具体解析该法如何应用.

例1 如图6在托盘天平两边各放一只烧杯，调节至平衡，再向两只烧杯中各注入相同质量、相同质量分数的稀硫酸，然后分别向左右烧杯中投入相同质量的锌粒和铁粒，天平指针的可能指向是（  ）.

①分度盘的左边 ②分度盘的中间 ③分度盘的右边

A.① B.② C.①② D.②③

解析 為方便计算，假设两个烧杯中稀硫酸质量均为98g，向其中不断加入等质量的锌和铁，根据56g铁就可消耗完98g酸产生2g氢气，65g锌才能消耗98g酸产生2g氢气，画出图5.根据图5可以看出，当加入的两种金属质量在①范围内时，铁产生气体多于锌，所以天平左侧重;当在②的范围内时，依旧铁产生气体多于锌，天平左侧重;从②与③交界处之后部分，不管铁和锌加多少，产生气体量相同，所以天平平衡.因此，答案选C.

例2 如图7在天平的左右两个托盘上，各放一质量相等的烧杯，其中盛有等质量、等质量分数的稀硫酸，天平平衡，如果分别将下列四组中的两种物质放入左右两个烧杯内，充分反应后，天平仍保持平衡的是（  ）.

A.等质量的锌和铜

B.等质量的锌和铁（反应后烧杯内酸都有剩余）

D.等质量的锌和铁（反应后烧杯中两种金属均有剩余）

D.等质量的锌和铁（锌完全反应，铁有剩余，两烧杯内的酸均完全反应）

解析 A选项错，铜不与稀硫酸反应，天平不可能平衡;B选项错，等质量的两杯酸中加入等质量的金属，只有产生气体相同时，两侧烧杯才能保持平衡.根据图5可以看出，从②与③交界处往后，两种等质量金属产生气体质量相同，其中铁在①与②交界处恰好把酸反应完，酸不再有剩余，锌在②与③交界处恰好把酸反应完，酸不再有剩余，也就是从②与③交界处往后，烧杯内均无酸剩余，C选项正确，所加两种金属质量范围从③往后，两个烧杯酸均已反应完，反应后烧杯中两种金属均有剩余;D选项正确，当两种金属所加质量是②与③交界处，锌恰好完全反应，而铁从①与②交界处往后就开始有剩余，两烧杯内的酸均完全反应.

例3 在已调平的托盘天平两盘各放一只等质量的烧杯，向烧杯中各加入质量相等、质量分数也相等的稀硫酸，然后在左右两盘的烧杯中分別放入等质量的锌粉和铁粉.下列现象不可能观察到的是（  ）

A.天平指针最终偏向放锌粉的烧杯一边

B.天平指针开始偏向放铁粉的烧杯一边

C.只有铁粉有剩余

D.只有锌粒有剩余

解析 A选项错，由图5可知，所加两种金属质量范围在②与③交界处之前铁产生气体多，天平指针应偏向锌，在②与③交界处之后产生气体量相同，天平平衡;B选项错，根据金属活动性锌大于铁，开始时锌反应快，产生气体多，所以开始时，天平指针应偏向铁;C选项错，D选项正确，铁从①与②交界处往后就开始有剩余，锌是从②与③交界处往后才开始有剩余，所以可能出现，只有铁粉剩余或者两种金属均有剩余.

变式1 如图8将等质量的锌粉和铁粉分别与溶质质量分数相同且等质量的稀硫酸充分反应，产生氢气的质量与时间的关系如图所示，则下列说法正确的是（ D  ）A. 曲线a表示铁与稀硫酸的反应

B. 曲线a表示的反应，金属一定有剩余

C. 曲线b表示的反应，稀硫酸一定有剩余

D. 若有一种金属剩余，则剩余的金属一定是铁

解析 A选项错，向等质量的酸中加入等质量的金属铁和锌，因锌活动性强反应更快，所以开始时锌产生氢气多，在酸足量的情况下，因铁的相对质量小于锌，所以铁最后产生的气体多.根据以上分析，a是锌，b是铁;B选项错，根据图8可知所加金属质量范围处于铁最终产生气体多于锌的②与③交界处之前，锌还没有将酸消耗完，不可能剩余;C选项错误，D选项正确，在①与②交界处之前，铁与锌均没有消耗完酸，均无剩余，从①与②交界处开始铁有剩余，②与③交界处之后锌才有剩余，但根据图8可知所加金属质量范围处于②与③交界处之前，锌不可能剩余.

变式2 将等质量的A和B两种金属，分别放入质量分数为15%的稀硫酸和质量分数为15%的稀盐酸中，其中A的相对原子质量比B的相对原子质量小，在反应中A、B元素在生成的化合物中均显示正二价，两种金属与酸反应产生的氢气质量随反应时间变化曲线如图10所示.下列说法正确的是（ C ）

A.产生氢气的速率A<B

B.反应后A、B一定都有剩余

C.消耗的稀硫酸和稀盐酸质量一定不相等

D.消耗B的质量一定小于A的质量

解析 根据图中前期每同个时间下均是金属A产生气体多于金属B，因此金属A的活动性比金属B强，和酸溶液反应时产生气体的速率也就越快，A选项错误;根据图10最终两种金属产生气体一样多，说明反应处于图5③范围含与二范围的交界点处，可能两种金属均不剩，也可能剩余相对质量小的A，选项B 错误;两种金属最终产生的氢气相等，那么氢元素的质量相等，因为硫酸和盐酸的相对分子质量不相等，因此等质量分数的稀硫酸和稀盐酸质量一定不相等，C选项正确;因为A的相对原子质量小于B，因此得到相同质量的氢气所消耗的金属A的质量要小一些，D选项错误.

以上6个题目均为向等质量的酸中加入等质量的金属常见题型，根据画图的方法，确认每部分含义后，学生可以准确的判断出反应所在阶段，明确气体产量以及酸与金属谁有剩余，该方法便于学生理解，给学生一定的解题思路，让学生不在只可意会不可言传，同时也避免了仅根据化学方程式进行分析时的失误.

参考文献：

[1] 初中毕业升学复习指导编委会.初中毕业升学复习指导·化学[M].青岛：青岛出版社，2019：167.

[2] 新课堂同步学习与探究编委会.新课堂同步学习与探究·化学：九年级全一册[M].青岛：青岛出版社，2020：181，186.

[责任编辑：季春阳]