淺談金屬活動性順序的探究優(yōu)秀獲獎科研論文

1、淺談金屬活動性順序的探究優(yōu)秀獲獎科研論文 摘 要：初中化學(xué)的重點內(nèi)容之一即金屬活動性順序的探究，對于學(xué)生來說這也是一個難點。課標要求學(xué)生能用金屬活動性順序?qū)τ嘘P(guān)置換反應(yīng)進行判斷，能用金屬活動性順序解釋日常生活中的一些化學(xué)現(xiàn)象。因此金屬活動性順序的探究是整個初中階段化學(xué)知識點的基礎(chǔ)乃至核心。 關(guān)鍵詞：金屬活動性 探究 實驗方案 金屬活動性順序的探究是每年中考重點考查的內(nèi)容之一，它也是整個金屬化學(xué)性質(zhì)的重要部分。什么是金屬活動性？怎樣設(shè)計實驗方案呢？在探究金屬活動性順序時應(yīng)注意哪些問題？ 一、什么是金屬活動性 經(jīng)過人們長期的實踐，總結(jié)出常見金屬的化學(xué)活動性順序如下： K Ca Na Mg Al Z

2、n Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au 金屬活動性依次減弱。金屬的活動性順序是在水溶液中體現(xiàn)的，在金屬活動性順序中，金屬的位置越靠前，在水溶液中就越容易失去電子變成離子，它的活動性就越強。也就是說金屬的活動性強弱的得出一定要在溶液中進行。這同時也表明了金屬活動性強弱順序。在金屬活動性順序中，金屬的位置越在前面，金屬在水溶液中就越容易失去電子變成離子，它的活動性就越強；金屬的位置越在后面，金屬陽離子在水溶液中就比較容易獲得電子變成原子，它的活動性就越弱。 二、怎樣探究金屬活動性 這部分內(nèi)容實際上是金屬化學(xué)性質(zhì)的第二課時，學(xué)生在對金屬化學(xué)性質(zhì)的共性有所認識的基礎(chǔ)上，再對金屬化學(xué)

3、性質(zhì)之間的差異進行學(xué)習(xí)，這個差異就是金屬活動性順序。在實際教學(xué)設(shè)計中，我曾經(jīng)打算嵌一條金屬發(fā)展史的主線在里面，還曾經(jīng)想過不如就圍繞一種金屬作為核心進行學(xué)習(xí)，后來這些華而不實的想法都被放棄了，幾番比對之后，漸漸認識到了金屬活動性順序探究的真正層次，絕非單純的金屬種類的差異，三種也好四種也罷，無論選擇幾種金屬，其實都是金屬兩兩比較之后才能得出的結(jié)論。 1.探究金屬活動性順序的方法 （1）判斷金屬與酸能否發(fā)生置換反應(yīng)（氫前置換氫）。只有排在氫前面的金屬，才能置換出酸中的氫，而排在氫后面的金屬不能置換出酸中的氫。通過這一反應(yīng)可以把金屬分為兩類即氫前和氫后，能反應(yīng)的一定比不反應(yīng)的活潑。 注意的幾點問題：

4、排在金屬活動性順序中氫前面的金屬才能與酸發(fā)生反應(yīng)，看到有氣泡產(chǎn)生。這里的酸應(yīng)是不具有氧化性的酸如鹽酸、稀硫酸，不包括濃硫酸和硝酸。在置換反應(yīng)中，單質(zhì)鐵與酸發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵鹽。鉀、鈣、鈉這三種金屬化學(xué)性質(zhì)活潑，不僅能與酸發(fā)生反應(yīng)，在常溫下還能與水發(fā)生置換反應(yīng)，而且反應(yīng)劇烈（如2K+2H2O=2KOH+H2）。只有這三種金屬具備此點化學(xué)性質(zhì)（現(xiàn)階段了解即可）。 （2）判斷金屬與金屬化合物溶液（即鹽溶液）能否發(fā)生置換反應(yīng)（需要滿足的條件是前面金屬置換后面金屬，參加反應(yīng)的必須是鹽溶液，即鹽可溶，排除鉀、鈣、鈉）。排在金屬活動性順序中前面的金屬能把排在后面的金屬從其鹽溶液里置換出來。 注意的幾點問題：這

5、點性質(zhì)與氫的位置無關(guān)，只看金屬的位置，在金屬活動性順序中排在前面的金屬就能把排在后面的金屬從其化合物溶液中置換出來。同樣鉀、鈣、鈉金屬除外，因為這些金屬性質(zhì)過于活潑，先與溶液中的水發(fā)生置換反應(yīng)，不與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)（現(xiàn)階段了解即可）。例如，把金屬鉀放入硫酸銅溶液中雖然反應(yīng)2K+2H2O=2KOH+H2，CuSO4+2KOH=Cu（OH）2+K2SO4，但是最終沒有銅生成。在置換反應(yīng)中鐵與鹽溶液反應(yīng)，生成二價亞鐵鹽。用相同金屬與不同的鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，金屬化合物溶液中排在金屬活動性順序中較后面的金屬首先被置換出來，用不同的金屬與同種鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，排在金屬活動性順序前面的金屬先與鹽溶液發(fā)

6、生置換反應(yīng)。另外，若有一種金屬和多種混合鹽溶液反應(yīng)，最先反應(yīng)的是最不活潑的那個金屬的鹽溶液。例如，鋁片與氯化亞鐵和硫酸銅和硝酸汞的混合溶液充分反應(yīng)，最先反應(yīng)的是硝酸汞，當硝酸汞被消耗完時，硫酸銅才與鋁片反應(yīng)。同理，硫酸銅溶液反應(yīng)完后，鋁片才與氯化亞鐵反應(yīng)。還有，當多種金屬與一種鹽溶液反應(yīng)時，最活潑的金屬先反應(yīng)。例如，把打磨光亮的鋅粒、鋁絲和硝酸汞溶液混合，鋁絲先與硝酸汞反應(yīng)，鋁反應(yīng)完后，鋅和硝酸汞反應(yīng)。 例題：在硫酸銅溶液中加入一定量的鋅、鐵粉末，反應(yīng)后濾液中溶質(zhì)成分和濾渣成分都有哪些？ 分析：鋅、鐵粉末加入到硫酸銅溶液中時，表面上看是鋅先與硫酸銅溶液反應(yīng)，完全反應(yīng)了，鐵粉才開始與硫酸銅溶液反

7、應(yīng)，接下來我們要做的是隱性思維顯性化，分析鋅、鐵粉末的量，分為鋅粉過量，鋅粉恰好、鋅粉不足這三種情況來看。如果鋅粉過量，鋅粉恰好與硫酸銅溶液反應(yīng)，那么鐵粉就不會發(fā)生反應(yīng)了，鐵粉只能存在于濾渣中。鐵粉參與反應(yīng)（詳見表1）的情況是鋅粉不足，多余的硫酸銅溶液與鐵粉反應(yīng)。 此外，金屬和酸或鹽溶液之間能否發(fā)生置換反應(yīng)，并根據(jù)具體的實驗及其現(xiàn)象的分析，來推出金屬的活動性順序。具體的推斷方法是這樣的： （1）通過金屬與酸能否發(fā)生置換反應(yīng)，來推出金屬的活動性強弱。例如，把鋅和銀分別放在稀硫酸中時，鋅的表面上有氣泡冒出，這說明鋅位于金屬活動性順序中氫的前面；而銀的表面無明顯的現(xiàn)象，這說明銀位于金屬活動性順序中氫

8、的后面。由此可推得鋅的活動性比銀的要強。 （2）通過金屬與鹽溶液能否發(fā)生置換反應(yīng)，來推出金屬的活動性強弱。例如，濕法煉銅我們把鐵絲放在硫酸銅溶液中，一段時間后發(fā)現(xiàn)鐵絲表面附著一層紅色金屬，溶液由藍色變?yōu)闇\綠色，最終得出鐵的活動性比銅的強。 三、設(shè)計實驗方案 1.兩種金屬活動性的探究 將打磨光亮的兩種金屬插入到稀硫酸或鹽酸中，反應(yīng)的金屬活動性強于不反應(yīng)的；若兩種金屬同為氫前或氫后，將金屬插入到稀硫酸或鹽酸中，都反應(yīng)或都不反應(yīng)，判斷不出金屬的活動性順序。這時我們即需把一種金屬放入到另一種金屬的鹽溶液中，如將金屬銀放入銅的鹽溶液中，無明顯現(xiàn)象則證明銀的活動性比銅弱；將金屬銅放入銀的鹽溶液中，金屬銅表

9、面有銀白色物質(zhì)生成，溶液由無色變?yōu)樗{色則證明銅的活動性比銀強。 2.三種金屬活動性的探究 將金屬放入稀硫酸或鹽酸中，分成氫前氫后金屬，再用兩種金屬活動性的探究方法。 3.有關(guān)中間產(chǎn)物的制取 制取的中間產(chǎn)物一定是純凈的，那么要求在反應(yīng)時一定要控制量，制取金屬，參加反應(yīng)的金屬要是少量的；制取鹽溶液，那么參加反應(yīng)的鹽溶液要是少量的。 例題：利用金屬和某些溶液的置換反應(yīng)驗證鐵、銅、銀的金屬活動性順序，某班同學(xué)設(shè)計了實驗方案。所需試劑如下： 方案一：氯化亞鐵溶液、銅片、硝酸銀溶液 方案二：鐵片、銅片、硝酸銀溶液 方案三：鐵片、銅片、銀片、稀硫酸 （1）寫出方案一中銅與硝酸銀反應(yīng)的化學(xué)方程式 （2）寫出方

10、案二的實驗操作步驟及判斷依據(jù)。 （3）借助實驗室常用儀器，利用方案三的試劑也能達到實驗?zāi)康?，簡述實驗原理?分析： 對于上述問題（2），通過硝酸銀溶液和銅片反應(yīng)能判斷出銀和銅的活動性強弱，硝酸銀溶液和鐵片反應(yīng)能判斷出鐵和銀的活動性強弱，那么鐵和銅的活動性強弱無從得知，我們已知金屬的活動性強弱是在水溶液中體現(xiàn)的，因此要想判斷鐵和銅的活動性必須要有一個溶液，所以我們就要制取中間的鹽溶液，比如硝酸銅溶液、硫酸亞鐵溶液。要想制取鹽溶液必須保證鹽溶液是純凈物，所以我們要控制反應(yīng)物的量。如果制取硝酸銅溶液，我們就要先將銅片插入到少量的硝酸銀溶液中，充分反應(yīng)，銅片表面附著灰黑色固體，這時得到的全部為硝酸銅溶液，再將鐵片插入生成的藍色溶液中，鐵片表面附著紅色的固體?；蛘呦葘㈣F片插入少量硝酸銀溶液中，充分反應(yīng)，鐵片表面附著灰黑色固體，再將銅片插入生成的淺綠色溶液中，沒有現(xiàn)象。 對于上述問題（3），如果將稀硫酸分別加入到鐵片、銅片和銀片中，只能判斷出鐵的活動性比銅片和銀片強，金屬銀和銅活動性強弱沒辦法判斷，只能制取中間的鹽溶液，制取鹽溶液有兩種方法：一是金屬與鹽溶液反應(yīng)，二是金屬氧化物與酸反應(yīng)。此題中我們只能通過金屬氧化