金屬活動性指金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子生成金屬陽離子的性質(zhì)。
常見金屬活動性順序:
K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au
金屬活動性順序表的意義
(1)金屬的位置越靠前,它的活動性越強
(2)位于氫前面的金屬能置換出酸中的氫(強氧化酸除外)。
(3)位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來(K,Ca,Na除外)。
(4)很活潑的金屬,如K、Ca、Na與鹽溶液反應,先與溶液中的水反應生成堿,堿再與鹽溶液反應,沒有金屬單質(zhì)生成。如:
2Na+CuSO4+2H2O==Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
(5)不能用金屬活動性順序去說明非水溶液中的置換反應,如氫氣在加熱條件下置換氧化鐵中的鐵:
Fe2O3+3H22Fe+3H2O
金屬原子與金屬離子得失電子能力的比較
金屬活動性順序表的應用
(1)判斷某些置換反應能否發(fā)生
a.判斷金屬與酸能否反應:
條件:
①金屬必須排在氫前面
②酸一般指鹽酸或稀硫酸
b.判斷金屬與鹽溶液能否反應:
條件:
①單質(zhì)必須排在鹽中金屬的前面
②鹽必須可溶于水
③金屬不包含K、Ca、Na
(2)根據(jù)金屬與鹽溶液的反應判斷濾液、濾渣的成分。如向CuSO4,AgNO3混合液中加鐵粉,反應后過濾,判斷濾液和濾渣成分。鐵與CuSO4和AgNO3溶液反應有先后順序,如果鐵足量,先將AgNO3中的Ag完全置換后再置換CuSO4中的Cu,那么溶液中只有FeSO4;如果鐵的量不足,應按照“先后原則”分別討論濾液和濾渣的成分。
(3)根據(jù)金屬活動性順序表判斷金屬與酸反應的速率或根據(jù)反應速率判斷金屬的活動性順序。如鎂、鋅、鐵三種金屬與同濃度的稀H2SO4反應產(chǎn)生氫氣的速率:Mg>Zn>Fe,則可判斷金屬活動性Mg>Zn>Fe,
(4)利用金屬活動性順序表研究金屬冶煉的歷史。金屬活動性越弱,從其礦物中還原出金屬單質(zhì)越容易; 金屬活動性越強,從其礦物中還原出金屬單質(zhì)越難。所以越活潑的金屬越不易冶煉,難于冶煉的金屬開發(fā)利用的時間就越遲。
(5)應用舉例
a.濕法煉銅我國勞動人民在宋代就掌握了濕法煉銅技術,即將鐵放入硫酸銅溶液中置換出銅: Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。
b.從洗相廢液中回收銀洗相廢掖中含有大量的硝酸銀,可用鐵置換回收: Fe+2AgNO3==Fe(NO3)2+2Ag。
c.處理工業(yè)廢水中的銅、汞離子工業(yè)廢水中常含銅、汞等金屬離子,這些離子對生物有很大的危害,在排放前必須進行處理,可用鐵置換回收:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu
d.實驗室選擇金屬與酸反應制取氫氣在金屬活動性順序表中,H之前的金屬都能跟稀 H2SO4、稀HCl反應產(chǎn)生氫氣,但Zn之前的金屬與酸反應太快。不便操作;Zn之后的金屬與酸反應太慢,花費時間太長,從經(jīng)濟效益和反應速率多方而考慮,Zn是最合適的金屬。
金屬與混合溶液的反應
(1)將一種金屬單質(zhì)放入幾種金屬的鹽溶液的混合液中時,其中排在金屬活動性順序表巾最靠后的金屬最先被置換出來,然后再依次置換出稍靠后的金屬。簡記為“在金屬活動性順序中,距離遠,先反應”。如將金屬Zn。放入FeSO4和CuSO4的混合溶液中,Zn先與CuSO4發(fā)生置換反應,與CuSO4反應完后再與FeSO4 發(fā)生置換反應。根據(jù)金屬鋅的最不同可分為以下幾種情況:
金屬鋅的量 | 析出金屬 | 濾液的成分 |
鋅不足(不能與CuSO4溶液完全反應) | Cu | ZnSO4、FeSO4、CuSO4 |
鋅不足(恰好與CuSO4溶液完全反應) | Cu | ZnSO4、FeSO4 |
鋅不足(不能與FeSO4溶液完全反應) | Fe、Cu | ZnSO4、FeSO4 |
鋅適量(恰好與FeSO4溶液完全反應) | Fe、Cu | ZnSO4 |
鋅足量 | Zn、Fe、Cu | ZnSO4 |
金屬與酸反應生成氫氣圖像問題的分析方法:
(1)等質(zhì)氫圖:兩種金屬反應產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同,此圖反映兩種情況:
①酸不足,金屬過雖,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產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量恰好相同,如6.5g鋅和5.6g鐵分別投入足量的鹽酸中反應產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量相同。
(2)等質(zhì)等價金屬圖:如等質(zhì)量的鎂、鐵、鋅與足量的酸反應生成的金屬離子都是+2價,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,圖示反應物的線越陡,如Mg線比Zn線陡,Zn線比Fe線陡,說明活潑性Mg>Zn>Fe
②金屬的相對原子質(zhì)量越小。等質(zhì)量時,與酸反應產(chǎn)生的氫氣越多,曲線的拐點越高,因此,相對原子質(zhì)量Zn >Fe>Mg。
可簡單概括為:越陡越活,越高越小。
(3)等質(zhì)不等價金屬圖:鋁、鎂、鋅與酸反應生成金屬離子的化合價分別為+3、+2、+2,此圖反映出等質(zhì)不等價金屬與酸反應不僅速率不同而且生成的氫氣的質(zhì)量與金屬化合價有關。
可用下面式子計算氫氣質(zhì)量:
金屬與酸或鹽溶液反應前后溶液密度變化的判斷方法:
金屬與酸的反應和金屬與鹽溶液的反應均為置換反應,反應后溶液的溶質(zhì)發(fā)生了改變,導致溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、溶液的密度也隨之改變。反應前后溶液的密度的變化取決于反應前后溶液中溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量的相對大小。
(1)反應后溶液密度變。喝鏔e+CuSO4== FeSO4+Cu,在該反應中,反應前溶液中的溶質(zhì)為CuSO4,其相對分子質(zhì)量為160;反應后溶液中的溶質(zhì)為FeSO4,其相對分子質(zhì)量為152,由于152<160,故該反應后溶液密度變小。
(2)反應后溶液密度變大:如Zn+H2SO4== ZnSO4+H2↑,在該反應中,反應前溶液中的溶質(zhì)為H2SO4,相對分子質(zhì)量為98;反應后溶液中溶質(zhì)為ZnSO4,相對分子質(zhì)童為161,由于161>98。故該反應后溶液密度變大。
真假黃金的鑒別:
黃金是一種具有金黃色光澤的金屬、化學性質(zhì)極不活潑。黃銅的外形與黃金非常相似,所以不法分子常用黃銅(Zn,Cu合金)來冒充黃金。但二者之間的性質(zhì)有很大差異,可用多種方法鑒別。
方法一:取少量金黃色金屬塊于試管中,加入少量稀鹽酸或稀硫酸,若有氣泡產(chǎn)生(Zn+2HCl==ZnCl2 +H2),則原試樣為黃銅;若沒有氣泡產(chǎn)生,則原試樣為黃金。
方法二:取少量金黃色金屬塊,用天平稱其質(zhì)量,用量筒和水測出其體積,計算出金屬塊的密度與黃金的密度對照,若密度相等,則為黃金;若有較大的差異,則為黃銅。
方法三:取少員金黃色金屬塊在火焰上加熱,若金屬塊表面變黑(2Cu+O22CuO,則原試樣為黃銅;若無變化,則為黃金。
方法四:取少討金黃色金屬塊于試管中,向試管中加人適量的硫酸銅溶液,若金屬塊表而出現(xiàn)紅色物質(zhì)且溶液顏色變淺(Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu),則原試樣為黃銅;若無變化,則原試樣為黃金。
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