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一　金屬的化學(xué)性質(zhì) 一、活潑金屬與稀硫酸(或稀鹽酸)反應(yīng)的曲線圖分析 1.等質(zhì)氫圖: 兩種金屬反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同,此圖反映了兩種情況: (1)酸不足,金屬過(guò)量,產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量由酸的質(zhì)量決定。 (2)酸足量,投放的兩種金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量恰好完全相同,如18 g鋁和56 g鐵分別投入足量的鹽酸中反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同。 2.等質(zhì)等價(jià)金屬圖: 如等質(zhì)量的鎂、鐵、鋅與足量的酸反應(yīng)生成的金屬離子都為+2價(jià),產(chǎn)生氫氣的速率和質(zhì)量不同。此圖反映出: (1)金屬越活潑,圖示反應(yīng)物的曲線越陡,如Mg線比Zn線陡,Zn線比Fe線陡。 (2)金屬的相對(duì)原子質(zhì)量越小,與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣越多,曲線的拐點(diǎn)越高?？珊?jiǎn)單概括為越陡越活,越高越小。 3.等質(zhì)不等價(jià)金屬圖: 鋁、鎂、鋅與酸反應(yīng)生成金屬離子的化合價(jià)分別為+3、+2、+2,此圖反映出等質(zhì)不等價(jià)金屬與酸反應(yīng)不僅速度不同,而且產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與金屬化合價(jià)有關(guān)。可用下式計(jì)算氫氣質(zhì)量: m(H2)=m(金屬)化合價(jià)相對(duì)原子質(zhì)量 【典例1】把某稀硫酸分為等體積的兩份,放入兩個(gè)燒杯中,分別加入等質(zhì)量的甲、乙兩種金屬,反應(yīng)后金屬都沒(méi)有剩余。產(chǎn)生H2的質(zhì)量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖。下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.甲的活動(dòng)性比乙強(qiáng) B.甲的相對(duì)原子質(zhì)量一定比乙小 C.反應(yīng)消耗等質(zhì)量的硫酸 D.反應(yīng)消耗等質(zhì)量的金屬 【解析】選D。從題中圖可以看出,乙反應(yīng)完需要的時(shí)間較短,故乙的活動(dòng)性比甲強(qiáng);等質(zhì)量的甲、乙兩種金屬反應(yīng)完后產(chǎn)生的氫氣取決于金屬的量?jī)r(jià)比,相對(duì)原子質(zhì)量和化合價(jià)的比值越小,產(chǎn)生的氫氣越多;由于產(chǎn)生的氫氣量不同,故消耗的硫酸質(zhì)量不同;由于加入等質(zhì)量的甲、乙兩種金屬,且反應(yīng)后金屬都沒(méi)有剩余,故反應(yīng)消耗了等質(zhì)量的金屬。只有選項(xiàng)D符合題意。 二、金屬活動(dòng)性順序表的常見(jiàn)應(yīng)用 1.判斷某些置換反應(yīng)能否發(fā)生: (1)判斷金屬與酸能否反應(yīng)。 (2)判斷金屬與鹽溶液能否反應(yīng)。 2.根據(jù)金屬與鹽溶液的反應(yīng)判斷濾液、濾渣的成分: 如向CuSO4、AgNO3混合液中加鐵粉,反應(yīng)后過(guò)濾,判斷濾液和濾渣成分。 鐵與CuSO4和AgNO3溶液反應(yīng)有先后順序,如果鐵足量,先將AgNO3中的Ag完全置換后再置換CuSO4中的Cu,那么濾液中只有FeSO4、Fe(NO3)2,如果鐵的量不足依據(jù)“先后原則”分別討論濾液和濾渣的成分。 3.根據(jù)金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度或產(chǎn)生氫氣的速率判斷金屬活動(dòng)性順序: 如鎂、鋅、鐵三種金屬與相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的速率:Mg>Zn>Fe,則金屬活動(dòng)性順序?yàn)镸g>Zn>Fe。 4.利用金屬活動(dòng)性順序表研究金屬冶煉的歷史: 金屬活動(dòng)性越弱,利用其礦石還原成單質(zhì)越容易,金屬活動(dòng)性越強(qiáng),從其礦石中還原出單質(zhì)越難。 【典例2】將一定質(zhì)量的鐵粉加至H2SO4、MgSO4和CuSO4的混合溶液中,充分反應(yīng)后過(guò)濾,得到濾液M和濾渣N。下列有關(guān)說(shuō)法中,不合理的是　(　　) A.濾液M中一定存在Fe2+ B.濾渣N的質(zhì)量一定小于加入鐵粉的質(zhì)量 C.濾渣N中一定沒(méi)有單質(zhì)鎂 D.濾液M中至少含有兩種金屬陽(yáng)離子 【解析】選B。鐵的活動(dòng)性比鎂弱,比銅強(qiáng),故鐵會(huì)與硫酸和硫酸銅反應(yīng),由題目信息可知,有濾渣存在,說(shuō)明鐵一定參與了反應(yīng),故該濾渣可能是銅,也可能是銅與鐵的混合物,不管是哪種可能,濾液中一定存在亞鐵離子;鐵與硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵,鐵的相對(duì)原子質(zhì)量小于銅的相對(duì)原子質(zhì)量,故濾渣的質(zhì)量一定大于加入鐵粉的質(zhì)量,鐵不與硫酸鎂反應(yīng),故濾渣中一定沒(méi)有單質(zhì)鎂。濾液中一定含有的金屬離子是鎂離子和亞鐵離子,還有可能存在銅離子,故至少含有兩種金屬陽(yáng)離子。 1.為比較A、B、C三種金屬的活動(dòng)性,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn),由此判斷三種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是　(　　) A.A>C>B　　　　　 B.A>B>C C.C>A>B D.B>C>A 【解析】選B。本題考查金屬活動(dòng)性順序的判斷。根據(jù)金屬活動(dòng)性順序,排在前面的金屬能把排在后面的金屬?gòu)乃柠}溶液中置換出來(lái),由題意知A和B的鹽溶液反應(yīng)析出B,說(shuō)明活動(dòng)性A>B,C和B的鹽溶液反應(yīng)無(wú)B析出,說(shuō)明活動(dòng)性B>C,所以活動(dòng)性A>B>C。 2.根據(jù)金屬活動(dòng)性順序判斷,下列化學(xué)方程式正確的是　(　　) A.2Fe+6HCl2FeCl3+3H2↑ B.Zn+SnCl2Sn+ZnCl2 C.Cu+H2SO4CuSO4+H2↑ D.Cu+ZnSO4Zn+CuSO4 【解析】選B。鐵和鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣,故A錯(cuò)誤;鋅比錫活潑,鋅和氯化錫反應(yīng)生成錫和氯化鋅,故B正確;銅不會(huì)與硫酸反應(yīng),故C錯(cuò)誤;銅不會(huì)與硫酸鋅反應(yīng),故D錯(cuò)誤。 3.取等質(zhì)量的甲、乙、丙三種金屬,分別投入相同濃度的鹽酸中,只有甲有氣泡產(chǎn)生;再取一小塊乙投入丙的硝酸鹽溶液中,乙的表面沒(méi)有丙析出,則甲、乙、丙三種金屬的活動(dòng)性順序是　(　　) A.甲>乙>丙 B.甲>丙>乙 C.丙>乙>甲 D.乙>丙>甲 【解析】選B。取等質(zhì)量的甲、乙、丙三種金屬,分別投入相同濃度的鹽酸中,只有甲有氣泡產(chǎn)生;說(shuō)明甲>H>乙和丙;乙不能置換丙,說(shuō)明丙>乙;因而三種金屬的活動(dòng)性順序是甲>丙>乙。 4.下列事實(shí)不能用金屬的活動(dòng)性順序加以解釋的是　(　　) A.不能用銅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣 B.鐵能置換出硫酸銅溶液中的銅 C.在化合物中,鐵顯+2、+3價(jià),銅顯+1、+2價(jià) D.相同條件下,鋅和鐵與稀硫酸反應(yīng)的劇烈程度 【解析】選C。在金屬活動(dòng)性順序表中銅的活動(dòng)性比氫弱,所以不能用金屬銅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣;鐵的金屬活動(dòng)性比銅強(qiáng),鐵能將銅從硫酸銅溶液中置換出來(lái);在化合物中,鐵顯+2、+3價(jià),銅顯+1、+2價(jià),與金屬的活動(dòng)性無(wú)關(guān),不能用金屬活動(dòng)性順序解釋;鋅的金屬活動(dòng)性比鐵強(qiáng),因而鋅和鐵與稀硫酸反應(yīng)的劇烈程度不同。 5.下列不能作為判斷金屬M(fèi)g、Fe、Cu三種金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的是　(　　) A.在純氧中燃燒的現(xiàn)象 B.與鹽酸反應(yīng)的快慢程度 C.金屬導(dǎo)電性強(qiáng)弱 D.三種金屬發(fā)現(xiàn)和利用的年代的先后順序 【解析】選C。大多數(shù)金屬可以與氧氣反應(yīng),可以根據(jù)三種金屬在純氧中燃燒的現(xiàn)象判斷三種金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱;Mg、Fe都能與鹽酸反應(yīng),且鎂比鐵的反應(yīng)速率快,Cu不與鹽酸反應(yīng),可以判斷三種金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱;金屬的導(dǎo)電性與金屬的活動(dòng)性無(wú)關(guān);人類使用最早的金屬材料是銅,其次是鐵,較晚的是鎂,金屬的活動(dòng)性越強(qiáng),冶煉的程度越難,利用的越晚,可以依次判斷三種金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。 6.金屬M(fèi)與AgNO3溶液發(fā)生反應(yīng):M+2AgNO3M(NO3)2+2Ag,下列說(shuō)法正確的是　 (　　) A.M可能是鋁 B.Ag的金屬活動(dòng)性比M強(qiáng) C.反應(yīng)前后M的化合價(jià)發(fā)生了改變 D.在金屬活動(dòng)性順序表里,M一定排在氫前面 【解析】選C。由于M與硝酸銀溶液反應(yīng)生成了M(NO3)2,則M在化合物中的化合價(jià)為+2價(jià),鋁與硝酸銀溶液反應(yīng)生成硝酸鋁,鋁為+3價(jià),故該金屬不可能是鋁,故A說(shuō)法錯(cuò)誤;由于金屬M(fèi)能與硝酸銀反應(yīng)置換出銀,這說(shuō)明M的金屬活動(dòng)性比銀強(qiáng),故B說(shuō)法錯(cuò)誤;反應(yīng)前M為單質(zhì),元素的化合價(jià)為0,反應(yīng)后表現(xiàn)為+2價(jià),故C說(shuō)法正確;由于金屬M(fèi)能與硝酸銀反應(yīng)置換出銀,說(shuō)明M的金屬活動(dòng)性比銀強(qiáng),但M不一定排在氫前,故D說(shuō)法錯(cuò)誤。 7.將一定量的鋅粉加入Mg(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3三種物質(zhì)的混合溶液中,充分反應(yīng)后過(guò)濾,將濾渣放入稀鹽酸溶液里,有氣泡產(chǎn)生。則下列情況不可能存在的是　(　　) A.濾渣是Ag、Cu、Zn B.濾液中含有Zn2+、Mg2+、NO3- C.濾渣是Ag、Cu、Mg D.金屬活動(dòng)性順序是AgZn>Cu>Ag,鋅可以置換出硝酸銅中的銅,也可以置換出硝酸銀中的銀,但不能置換出硝酸鎂中的鎂,所以將一定量的鋅粉加入Mg(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3三種物質(zhì)的混合溶液中,充分反應(yīng)后過(guò)濾,將濾渣放入稀鹽酸中有氣泡產(chǎn)生,說(shuō)明濾渣中一定含有鋅,因而Ag和Cu全部被置換出來(lái),濾渣里有Zn、Cu、Ag,不會(huì)有Mg,濾液中有Mg(NO3)2和Zn(NO3)2。 8.將一定量的鋅粉加入硫酸亞鐵、硫酸銅和硫酸鎂的混合溶液中,過(guò)一段時(shí)間后過(guò)濾,向?yàn)V渣中加入稀鹽酸有氣泡產(chǎn)生,則下列敘述正確的是　(　　) ①濾渣中一定含有鋅 ②濾渣中一定含有銅,可能含有鋅 ③向?yàn)V渣中加入稀鹽酸,最后溶液一定變成淺綠色 ④濾液中溶質(zhì)一定含有硫酸鋅和硫酸鎂 ⑤濾液的顏色不可能為淺綠色 A.①④⑤ B.②③④⑤ C.②③④ D.②④ 【解析】選D。由金屬活動(dòng)性順序可知鎂>鋅>鐵>銅,混合溶液中加入一定量的鋅充分反應(yīng)后,鋅會(huì)優(yōu)先置換最弱的銅,若鋅的量較多還會(huì)置換出鐵,但是一定不能置換出鎂。因?yàn)檫^(guò)濾后往濾渣中加鹽酸,有氣泡產(chǎn)生,說(shuō)明濾渣中一定有鐵,無(wú)法確定鋅是否有剩余,故濾出的固體必有銅和鐵,因此①錯(cuò)誤,②正確;濾渣中一定含有鐵,可能含有鋅,加入稀鹽酸,鐵會(huì)和稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生淺綠色的氯化亞鐵,但如果鋅較多,則鋅和稀鹽酸先反應(yīng),溶液為無(wú)色,因此③錯(cuò)誤;因?yàn)殇\會(huì)與硫酸銅反應(yīng),置換出其中的銅,同時(shí)生成硫酸鋅,則濾液中一定含有硫酸鋅,硫酸鎂不參與反應(yīng),故一定含有硫酸鎂,故④正確;若鋅與硫酸銅反應(yīng)后,剩余的鋅與硫酸亞鐵反應(yīng)時(shí),相對(duì)不足,硫酸亞鐵剩余,濾液顏色可能為淺綠色,故⑤錯(cuò)誤;因此敘述正確的有②④。 9.為了探究a、b、c三種金屬活動(dòng)性順序,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論正確的是　(　　) A.b>a>c B.a>b>c C.c>b>a D.c>a>b 【解析】選B。根據(jù)圖示可知,金屬a能與硫酸反應(yīng),而b不能和硫酸反應(yīng),說(shuō)明a的活動(dòng)性強(qiáng)于b,b、c兩金屬同時(shí)和硝酸銀溶液反應(yīng),b表面有物質(zhì)析出,而c表面無(wú)明顯現(xiàn)象,說(shuō)明b的活動(dòng)性強(qiáng)于c,因此三種金屬的活動(dòng)性是a>b>c。 10.向100 mL硫酸銅溶液中加入一定量的鐵粉充分反應(yīng)后過(guò)濾。下列情況可能出現(xiàn)的是　(　　) A.濾液只有硫酸銅,濾出固體只有鐵 B.濾液只有硫酸亞鐵,濾出固體為鐵、銅 C.濾液只有硫酸銅,濾出固體只有銅 D.濾液有硫酸亞鐵、硫酸銅,濾出固體為鐵 【解析】選B。向100 mL硫酸銅溶液中加入一定量的鐵粉,鐵粉可能是完全反應(yīng),也可能是過(guò)量或不足,需要具體分析。若鐵粉完全反應(yīng),濾液應(yīng)是硫酸亞鐵,濾出固體只有銅;若鐵粉過(guò)量,濾液應(yīng)是硫酸亞鐵,濾出固體應(yīng)是銅和鐵;若鐵粉不足,濾液應(yīng)是硫酸亞鐵、硫酸銅,濾出固體應(yīng)是銅。故B選項(xiàng)正確。 11.相同質(zhì)量的M、N兩種活潑金屬,分別與足量的稀鹽酸在室溫下發(fā)生反應(yīng)(M、N在生成物中的化合價(jià)均為+2價(jià)),生成H2的質(zhì)量m和反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。 (1)金屬活動(dòng)性順序是M比N________(填“強(qiáng)”或“弱”);相對(duì)原子質(zhì)量是M比N的________(填“大”或“小”)。 (2)M與稀鹽酸反應(yīng)結(jié)束后,消耗稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量為_(kāi)_______g。 【解析】(1)相同質(zhì)量的M、N兩種活潑金屬與稀鹽酸完全反應(yīng),M需要的時(shí)間短,可知金屬活動(dòng)性順序是M比N強(qiáng);M產(chǎn)生的氫氣比N多,可知相對(duì)原子質(zhì)量M比N的小。 (2)設(shè)消耗稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量為x,由于M的化合價(jià)為+2,根據(jù)M與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式: M+2HClMCl2+H2↑ 73 2 x 1 g 732=x1 g 解得x=36.5 g 答案:(1)強(qiáng)　小　(2)36.5 12.根據(jù)下面部分金屬的活動(dòng)性順序回答: (1)上述金屬中活動(dòng)性最強(qiáng)的是________。 (2)按年代最早被廣泛使用的金屬是____________。 (3)已知:①X+H2SO4XSO4+H2↑ ②Y+2ZNO3Y(NO3)2+2Z ③Y與稀硫酸不反應(yīng),則符合要求的X、Y、Z分別是________(填字母序號(hào))。 A.Cu、Hg、Ag B.Fe、Cu、Ag C.Mg、Zn、Fe 【解析】(1)上述金屬中活動(dòng)性最強(qiáng)的是鎂。(2)最早被廣泛使用的金屬是銅。(3)X會(huì)與硫酸反應(yīng)生成氫氣,Y會(huì)置換出Z,且一個(gè)Y會(huì)置換出2個(gè)Z。銅不會(huì)與硫酸反應(yīng),故A錯(cuò)誤;鐵會(huì)與硫酸反應(yīng)生成氫氣,一個(gè)銅原子會(huì)置換出兩個(gè)銀原子,符合題意,故B正確;鎂會(huì)與硫酸反應(yīng)生成氫氣,一個(gè)鋅原子會(huì)置換出一個(gè)鐵原子,故C錯(cuò)誤。 答案:(1)鎂　(2)銅　(3)B 13.印刷銅制電路版的“腐蝕液”為FeCl3溶液。已知銅、鐵均能與FeCl3溶液反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為①Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2,②Fe+2FeCl33X。 (1)寫出化學(xué)方程式②中X的化學(xué)式:____________。 (2)現(xiàn)有一包銅、鐵的混合粉末加入到盛有一定量FeCl3溶液的燒杯中,充分反應(yīng)后燒杯中仍有少量固體剩余,那么燒杯內(nèi)的固體中一定含有的物質(zhì)是________。 【解析】(1)根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知,一個(gè)X分子中一定含有一個(gè)鐵原子和兩個(gè)氯原子,所以化學(xué)式為FeCl2。(2)除了銅、鐵均能與FeCl3溶液反應(yīng)之外,鐵還能與溶液中的氯化銅反應(yīng),因?yàn)殍F比銅活潑,所以剩余的金屬中一定有銅,可能有鐵。 答案:(1)FeCl2　(2)Cu(銅) 14.某化工廠生產(chǎn)過(guò)程中的殘液含有硝酸銀和硝酸銅兩種物質(zhì)。小剛?cè)∩倭吭摎堃?分別盛在A、B兩支試管中,再分別加入不同質(zhì)量的鐵粉,充分反應(yīng)后過(guò)濾,分別取濾渣或?yàn)V液進(jìn)行下表所示實(shí)驗(yàn): 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 分析與結(jié)論 將A試管濾出的濾渣洗滌后加入到稀鹽酸中 有氣泡產(chǎn)生 從A試管得到的濾液中的溶質(zhì)是____________ 向B試管得到的濾液中滴加少量稀鹽酸 有白色沉淀生成 B試管濾出的濾渣的成分是___________ 【解析】試管中濾出的濾渣能與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體,說(shuō)明鐵粉有剩余,則試管中濾液的溶質(zhì)為硝酸亞鐵;B試管中的濾液中加入稀鹽酸,有白色沉淀生成,說(shuō)明硝酸銀有剩余,則濾出的濾渣的成分只有銀。 答案:Fe(NO3)2　Ag