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有关金属的图像问题、金属性质
【回顾】
一、金属(以Fe和Zn为例)与酸反应的图像问题
横坐 标表 示反 应的 时间 ①等质量的金属分别和足量的同体积、同浓度的酸反应时，金属被消耗完，相对原子质量越小的，产生的氢气质量越多，曲线的拐点越高，越活泼的金属，曲线越陡；②若酸不足，最终生成氢气的质量相等
横坐 标表 示金 属的 质量 等质量的金属分别和少量同体积、同浓度的酸反应时，起初相对原子质量越小的，生成的氢气越多，曲线越陡。最终因为金属过量，酸完全反应，生成氢气的质量相等，曲线拐点相平
横坐 标表 示酸 的质量 向等质量的不同金属中分别加溶质质量分数相同的盐酸至过量，金属反应完之前，消耗稀盐酸的质量相等，产生氢气的质量也就相等，曲线重合；金属不足时，相对原子质量小的金属产生的氢气多，曲线拐点在上方
　二、金属活动性顺序
1．金属活动性强弱的比较
(1)与空气(氧气)反应的难易或剧烈程度；
(2)与酸反应的难易或剧烈程度(根据相同时间内收集到的气体体积或收集相同体积的气体所需的时间来比较)；
(3)与盐溶液的置换反应。
2．K、Ca、Na等不能和盐溶液发生置换，而是直接与水反应生成碱和氢气。
3．铁与酸或盐的置换反应都是生成＋2价的Fe2＋，Fe3＋的活泼性很强，能和铜反应：
2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2
4．在金属活动性顺序表中，从左到右金属活动性减弱，形成金属离子(铁为Fe2＋)后，从右到左金属离子的活泼性越来越弱。活泼性Ag＋>Cu2＋，若将铁加入到同时含有Ag＋和Cu2＋的溶液中，铁先和Ag＋发生置换。
例1　下列图像不能正确反映其反应过程的是(　　)
A.常温下，足量的镁、铁分别同时放入少量等体积、等浓度的稀盐酸中 B.向等体积、等浓度的稀硫酸中分别加入过量的锌和铁
C.向等质量的铝和镁中分别加入足量的稀盐酸 D.向等质量的锌、铁中滴加等浓度的稀盐酸
图8－1
[答案] B
A属于等浓度、等体积的某种酸溶液与足量的不同金属反应，产生氢气的质量相等，又由于镁的活动性比铁强，所以镁靠近纵轴。B属于等浓度、等体积的某种酸溶液与足量的不同金属反应，产生氢气的质量相等，又由于锌和铁与酸反应后的化合价相等且铁的相对原子质量比锌的小，所以铁靠近纵轴。C属于等质量的金属与足量的等浓度的同一种酸反应，金属完全反应，反应产生氢气的质量由的大小决定。D属于等质量的金属与足量的等浓度的同一种酸反应，加入稀盐酸的质量相等，产生氢气的质量相等，又由于铁和锌与酸反应后的化合价相等且铁的相对原子质量比锌的小，所以等质量的锌、铁与足量的稀盐酸反应，铁产生的氢气多。
[方法点拨] 此类图形重点关注：①金属活动性(强者靠近纵轴)。②气体质量(a.酸足量时比较，大者生成气体多；b.金属足量，生成气体一样多)。
例2　同学们一起探究锌、铁、银三种金属的活动性，小刚设计了用银丝、铁丝、锌片和稀盐酸，只用一支试管，取一次盐酸的探究方案。请你和他们一起完善下表的探究方案并回答有关问题。
(1)填写下列表格。
实验步骤 实验现象 实验结论
①取少量盐酸于试管中，插入铁丝，充分作用 ____________________________________________________ 金属活动性 Zn＞Fe＞Ag
②在①所得的溶液中插入______，充分作用 无明显现象
③在②所得的溶液中插入______，充分作用 ____________________________________________________
(2)小红认为在小刚设计的方案中，只要补充一个实验，就可得出Zn＞Fe＞H＞Ag的结论，小红要补充的实验是______________________。
(3)小强认为要得到Zn＞Fe＞H＞Ag的结论，不必做补充实验，只需将小刚方案中插入金属的顺序调整即可，你认为调整后插入金属的顺序是______________。
(4)若要选择合适的试剂一次性判断出三种金属的活动性，你会选择：________________________________________________________________________。
[答案] (1)铁丝的表面产生气泡，溶液由无色逐渐变为浅绿色　银丝　锌片　锌的表面变成黑色，溶液由浅绿色逐渐变为无色
(2)取少量稀盐酸于试管中，插入银丝，充分作用
(3)银、铁、锌
(4)银、硫酸亚铁、锌(或硝酸银、硝酸锌和铁，合理即可)
(2)由上述实验已经得出：Zn＞Fe＞H，Zn＞Fe＞Ag，没有比较银与氢的关系，所以补充银丝与盐酸的反应即可得出Zn＞Fe＞H＞Ag的结论。
[方法点拨] 设计实验验证金属的活动性，先根据金属活动性顺序排序，然后选择中间的金属和两边金属的盐溶液(两头盐中间金)，或选择中间金属的盐溶液和两头的金属(两头金中间盐)。
例3　向AgNO3、Cu(NO3)2和Mg(NO3)2的混合溶液中加入一些锌粉，完全反应后过滤。下列说法正确的是(　　)
A．滤纸上一定有Ag和Cu
B．滤纸上一定有Ag，可能有Cu、Mg
C．滤液中一定含有Zn(NO3)2、Mg(NO3)2
D．滤液中可能有Cu(NO3)2，滤纸上可能有Ag
[答案] C
根据金属活动性顺序镁＞锌＞铜＞银，锌粉不和硝酸镁反应，和硝酸银、硝酸铜发生反应时首先与硝酸银反应，待硝酸银完全反应后继续和硝酸铜进行反应，因为锌粉的量未知，所以滤纸上一定有银，但不一定有铜，一定无镁；根据金属活动性顺序镁＞锌＞铜＞银可知：锌能置换出银，所以溶液中一定含有Zn2＋，但不能置换出镁，所以也一定含有Mg2＋，则滤液中一定含有Zn(NO3)2、Mg(NO3)2，可能含有Cu(NO3)2、AgNO3。
[方法点拨] 按金属与金属离子反应先后顺序，采用逐量加入法分析。有两个反应，分为五种情况。
图8－2
A时Zn恰好与Ag＋反应
B时Zn恰好与Cu2＋反应
分析：从左到右，Zn的质量增加
①：2Ag＋＋Zn===2Ag＋Zn2＋
　　　　　 固体　　　 溶液中金属离子
②：Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu
固体 溶液中金属离子
③：无反应
　　　　　　　　　　　　　　　　
1．将等质量的镁和铁分别放入等质量、相同质量分数的稀盐酸中，产生氢气的质量与反应时间的关系如图8－3所示，下列说法错误的是(　　)
图8－3
A．反应结束后镁一定有剩余
B．反应消耗盐酸的总质量一定相等
C．O～t1时段，产生氢气的质量镁比铁大
D．O～t2时段，参加反应的镁的质量与铁相等
2．在一定量AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入铁粉，充分反应后，下列相关变化曲线中一定不正确的是(　　)
图8－4
3．往200 g FeCl3和CuCl2的混合溶液中加入铁粉。已知反应的先后顺序和化学方程式分别为2FeCl3＋Fe===3FeCl2，CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu 。图8－5为加入铁粉的质量与反应后剩余固体质量的关系。则下列说法不正确的是(　　)
图8－5
A．B点后溶液的颜色为蓝色
B．D点对应纵坐标数值为6.4
C．该200 g溶液中CuCl2的质量分数为6.75%
D．取DE两点间的剩余固体加入盐酸，均有气泡产生
4．足量的镁、锌、铁与含等质量的HCl的盐酸反应，图像正确的是(　　)
图8－6
5．不纯的锌6 g(含杂质金属M)和不纯的铁6 g(含杂质金属N)，当它们分别与足量的稀硫酸反应，直至不再有氢气产生，得到的氢气都是0.2 g。则M、N可能是(　　)
A．M为Mg，N为Cu B．M为Fe，N为Al
C．M为Al，N为Mg D．M为Cu，N为Mg
6．在托盘天平两盘上分别放有盛有等质量的足量稀盐酸的烧杯，调节天平至平衡。向左边烧杯中加入10.8 g镁条，向右边烧杯中加入10.8 g铝条(两金属外形相同，表面均经过砂纸打磨处理)。反应过程中指针偏转情况正确的是(　　)
A．先偏左，最后偏右 B．先偏右，最后偏左
C．先偏左，最后平衡 D．先偏右，最后平衡
7．四川自主招生向一定质量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8－7所示，下列说法正确的是(　　)
　图8－7
A．a点溶液中的溶质有4种
B．c点溶液中的溶质为Zn(NO3)2
C．若取b～c段溶液，滴加稀盐酸，有白色沉淀
D．取d点的固体，加入稀盐酸，无气泡产生
8．由锌、铁、镁、铝四种金属中的两种组成的混合物10 g，与足量盐酸反应产生1.0 g氢气，则混合物中一定含有的金属是(　　)
A．锌 B．铁 C．铝 D．镁
9．甲、乙两烧杯中分别盛有等体积、等浓度的硫酸。向甲杯中加入m g镁，向乙杯中加入m g锌。完全反应后发现有一烧杯中金属有剩余。则各烧杯中原来硫酸的质量x的值是(　　)
A．x＝m B.m＞x＞m
C.m＞x≥m D.m＞x≥m
10．某学习小组拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。查阅资料可知Mg、Mg3N2能发生如下反应：
①2Mg＋O22MgO
②3Mg＋N2Mg3N2
③2Mg＋CO22MgO＋C
④Mg＋H2OMgO＋H2↑
⑤Mg3N2＋6H2O3Mg(OH)2↓＋2NH3↑
实验中所用的装置和药品如图8－8所示(镁粉、铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连)。
回答下列问题。
图8－8
(1)连接并检查实验装置的气密性，实验开始时，将空气通入实验装置，则气流流经装置的顺序是____→____→B→____(填装置序号)。D装置中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)通气后，应先点燃________(填“A”或“B”)装置的酒精灯，如果同时点燃A、B装置的酒精灯，对实验结果有何影响？ _____________________________________________________。
(3)设计一个实验，验证产物是氮化镁：
实验操作和实验现象 实验结论
______________________________________________________________________________________________________________________________________ 产物是 氮化镁
(4)思维拓展：空气中N2的含量远高于O2的含量，而镁条在空气中燃烧生成的MgO的质量却远大于Mg3N2的质量，请给出合理的解释：________________________________________________________________________。
11．回答以下问题。
(1)应用金属活动性顺序能帮助我们进一步学习金属性质。已知下列各组物质间均能发生置换反应。
A．Fe和CuSO4溶液
B．Mg和MnSO4溶液
C．Mn和FeSO4溶液
①写出Fe和CuSO4溶液反应的化学方程式：______________________________________。
②在相同条件下，四种金属中能与盐酸反应且最剧烈的是________。
(2)氯化铁能腐蚀铜，工业上常用此原理生产印刷线路板。印刷线路板的生产及废液的处理过程如图8－9所示：
图8－9
①步骤Ⅱ中发生了两个反应：Fe＋2FeCl3===3FeCl2和Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu。滤渣的成分是________，滤液中的溶质是________。
②步骤Ⅲ中发生反应的化学方程式为____________________________________。
③氯化铁能腐蚀铜的原因是_____________________________________________________(用化学方程式表示)。
答案
1．D　 最终生成的氢气质量相等，则消耗的盐酸质量相等，需要Mg的质量少，需要Fe的质量多。已知“等质量的镁和铁”，因此铁可能恰好完全反应，而镁有剩余；由图可知，O～t1时段，产生氢气的质量曲线镁在铁的上方，即镁产生氢气比铁多；O～t2时段产生氢气的质量相等，则需要Mg的质量少，需要Fe的质量多。
2．B　3.A　
4．D　 因为金属与酸反应时氢气来源于酸中的氢元素，所以足量的镁、锌、铁与含等质量的HCl的盐酸反应时，生成的氢气质量相等，因此最终图像会是水平的相同图线，但三者的活动性不同，从强到弱依次是镁、锌、铁，与酸反应时的速率也是该顺序，因此消耗完酸所用的时间由少到多依次是镁、锌、铁。
5．A　 假设加入的是6 g纯净的金属锌和铁。
设6 g锌全部参加反应生成氢气的质量为x。
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
65 2
6 g x
＝　x＝ g＜0.2 g
设6 g铁全部参加反应生成氢气的质量为y。
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
56 2
6 g y
＝　y＝ g＞0.2 g
因为等质量的铝、镁、铁、锌产生氢气的质量铝＞镁＞铁＞锌，铜不能和稀硫酸反应产生氢气，所以锌中杂质金属产生的氢气应该比等质量的金属锌多，铁中杂质金属产生的氢气应比等质量的铁少或不产生氢气。
6．B　 开始时通过反应速率来判断，开始镁反应的速率快，产生的氢气多，所以开始偏向铝；产生氢气的多少决定最后指针的偏转，通过计算，10.8 g镁条产生的氢气少，而10.8 g铝条产生的氢气多，所以最后偏向于镁。
7．B　 在金属活动性顺序中，Zn＞Cu＞Ag，向一定质量AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入Zn，与两种溶质依次发生反应：
Zn＋2AgNO3===Zn(NO3)2＋2Ag
65 216
所以析出银的过程是溶液质量减少的过程；
Zn＋Cu(NO3)2===Zn(NO3)2＋Cu
65 64
所以析出铜的过程是溶液质量增加的过程。
在a点时，硝酸银没有全部参加反应，溶液中含有硝酸银、硝酸铜和生成的硝酸锌，溶质是3种；c点时硝酸铜恰好完全反应，溶液中只有硝酸锌；b～c段是硝酸银全部参加反应后锌和硝酸铜反应的过程，因此滴加稀盐酸，不会产生沉淀；d点时锌过量，因此加入稀盐酸会产生气泡。
8．C　 与足量盐酸反应产生1 g氢气所需锌的质量为＝32.5 g；所需铁的质量为＝28 g；所需铝的质量为＝9 g；所需镁的质量为＝12 g；由此可知，如果两种金属组成的混合物10 g与足量盐酸反应产生1.0 g氢气，那么其中必定有一种金属产生1 g氢气所需质量小于10 g，故混合物中一定含有铝。
9．D　 设m g镁全部参加反应消耗硫酸的质量为a。
Mg　＋　H2SO4===MgSO4＋H2↑
24 98
m g a
＝　a＝ g
设m g锌全部参加反应消耗硫酸的质量为b。
Zn　＋　H2SO4===ZnSO4＋H2↑
65 98
m g b
＝　b＝ g
a＞b，所以等质量的镁比锌消耗的稀硫酸多，所以等体积、等浓度的硫酸溶液完全反应后有一烧杯中金属有剩余，则剩余的金属是镁。原来硫酸的质量介于 g和 g之间，但不能等于最大值，因为镁有剩余。
10．(1)D　C　A
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
(2)B　制得的氮化镁不纯
(3)取少量产物于试管中，加入适量水，加热，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝
(4)O2比N2化学性质活泼
(1)镁可以和空气中的氧气、水蒸气、氮气和二氧化碳反应，在镁和氮气反应前应除去氧气、水蒸气和二氧化碳，氢氧化钠可吸收二氧化碳，浓硫酸可以吸收水分，干燥气体，铁粉可与氧气反应，除去氧气，在用铁粉除去氧气前，应将空气干燥，故装置的连接顺序为D→C→B→A。(2)应先点燃B装置的酒精灯，否则A装置中的空气未排空就开始反应，使制得的氮化镁纯度降低。(3)氮化镁与水在加热条件下反应生成氢氧化镁和氨气，氨气可以和水反应生成氨水，氨水显碱性，因此氨气可使湿润的红色石蕊试纸变蓝。验证氮化镁的实验操作是取少量产物于试管中，加入适量水，加热，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，可观察到试纸变蓝。(4)氧气比氮气化学性质活泼，更容易与镁反应，因此镁条在空气中燃烧生成的氮化镁量很少。
11．(1)①Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　②Mg
(2)①Fe和Cu　FeCl2
②Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
③Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2
(1)②由Fe和CuSO4溶液可以发生反应，得铁比铜活泼；由Mg和MnSO4溶液可以发生反应，得镁比锰活泼；由Mn和FeSO4溶液可以发生反应，得锰比铁活泼；四种金属活动性由强至弱的顺序为Mg＞Mn＞Fe＞Cu，则四种金属中能与盐酸反应且最剧烈的金属为Mg。(2)①向FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中加入过量铁粉，铁粉与FeCl3反应生成FeCl2、与CuCl2反应生成Cu和FeCl2，因此可知过滤所得滤渣中含有过量的Fe和生成的Cu，滤液中含FeCl2。②向含有Fe和Cu的滤渣中加入稀盐酸，铁与盐酸反应生成FeCl2和H2，反应的化学方程式为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。③印刷线路板的生产中所得废液中含FeCl3、FeCl2、CuCl2，可推断氯化铁能腐蚀铜生成FeCl2与CuCl2，反应的化学方程式为Cu＋2FeCl3=== 2FeCl2＋CuCl2。

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