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一金属的化学性质一、活泼金属与稀硫酸(或稀盐酸)反应的曲线图分析1.等质氢图:两种金属反应产生的氢气质量相同,此图反映了两种情况:(1)酸不足,金属过量,产生的氢气质量由酸的质量决定。(2)酸足量,投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好完全相同,如18g铝和56g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。2.等质等价金属图:如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都为+2价,产生氢气的速率和质量不同。此图反映出:(1)金属越活泼,图示反应物的曲线越陡,如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡。(2)金属的相对原子质量越小,与酸反应产生的氢气越多,曲线的拐点越高。可简单概括为越陡越活,越高越小。3.等质不等价金属图:铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2,此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速度不同,而且产生氢气的质量与金属化合价有关。可用下式计算氢气质量:m(H2)=【典例1】把某稀硫酸分为等体积的两份,放入两个烧杯中,分别加入等质量的甲、乙两种金属,反应后金属都没有剩余。产生H2的质量随时间变化的趋势如图。下列说法正确的是()A.甲的活动性比乙强B.甲的相对原子质量一定比乙小C.反应消耗等质量的硫酸D.反应消耗等质量的金属【解析】选D。从题中图可以看出,乙反应完需要的时间较短,故乙的活动性比甲强;等质量的甲、乙两种金属反应完后产生的氢气取决于金属的量价比,相对原子质量和化合价的比值越小,产生的氢气越多;由于产生的氢气量不同,故消耗的硫酸质量不同;由于加入等质量的甲、乙两种金属,且反应后金属都没有剩余,故反应消耗了等质量的金属。只有选项D符合题意。二、金属活动性顺序表的常见应用1.判断某些置换反应能否发生:(1)判断金属与酸能否反应。(2)判断金属与盐溶液能否反应。2.根据金属与盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分:如向CuSO4、AgNO3混合液中加铁粉,反应后过滤,判断滤液和滤渣成分。铁与CuSO4和AgNO3溶液反应有先后顺序,如果铁足量,先将AgNO3中的Ag完全置换后再置换CuSO4中的Cu,那么滤液中只有FeSO4、Fe(NO3)2,如果铁的量不足依据“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。3.根据金属与酸反应的剧烈程度或产生氢气的速率判断金属活动性顺序:如镁、锌、铁三种金属与相同溶质质量分数的稀硫酸反应产生氢气的速率:MgZnFe,则金属活动性顺序为MgZnFe。4.利用金属活动性顺序表研究金属冶炼的历史:金属活动性越弱,利用其矿石还原成单质越容易,金属活动性越强,从其矿石中还原出单质越难。【典例2】将一定质量的铁粉加至H2SO4、MgSO4和CuSO4的混合溶液中,充分反应后过滤,得到滤液M和滤渣N。下列有关说法中,不合理的是()A.滤液M中一定存在Fe2+B.滤渣N的质量一定小于加入铁粉的质量C.滤渣N中一定没有单质镁D.滤液M中至少含有两种金属阳离子【解析】选B。铁的活动性比镁弱,比铜强,故铁会与硫酸和硫酸铜反应,由题目信息可知,有滤渣存在,说明铁一定参与了反应,故该滤渣可能是铜,也可能是铜与铁的混合物,不管是哪种可能,滤液中一定存在亚铁离子;铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,铁的相对原子质量小于铜的相对原子质量,故滤渣的质量一定大于加入铁粉的质量,铁不与硫酸镁反应,故滤渣中一定没有单质镁。滤液中一定含有的金属离子是镁离子和亚铁离子,还有可能存在铜离子,故至少含有两种金属阳离子。1.为比较A、B、C三种金属的活动性,某同学设计了如图所示实验,由此判断三种金属活动性由强到弱的顺序是()A.ACBB.ABCC.CABD.BCA【解析】选B。本题考查金属活动性顺序的判断。根据金属活动性顺序,排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来,由题意知A和B的盐溶液反应析出B,说明活动性AB,C和B的盐溶液反应无B析出,说明活动性BC,所以活动性ABC。2.根据金属活动性顺序判断,下列化学方程式正确的是()A.2Fe+6HCl2FeCl3+3H2↑B.Zn+SnCl2Sn+ZnCl2C.Cu+H2SO4CuSO4+H2↑D.Cu+ZnSO4Zn+CuSO4【解析】选B。铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,故A错误;锌比锡活泼,锌和氯化锡反应生成锡和氯化锌,故B正确;铜不会与硫酸反应,故C错误;铜不会与硫酸锌反应,故D错误。3.取等质量的甲、乙、丙三种金属,分别投入相同浓度的盐酸中,只有甲有气泡产生;再取一小块乙投入丙的硝酸盐溶液中,乙的表面没有丙析出,则甲、乙、丙三种金属的活动性顺序是()A.甲乙丙B.甲丙乙C.丙乙甲D.乙丙甲【解析】选B。取等质量的甲、乙、丙三种金属,分别投入相同浓度的盐酸中,只有甲有气泡产生;说明甲H乙和丙;乙不能置换丙,说明丙乙;因而三种金属的活动性顺序是甲丙乙。4.下列事实不能用金属的活动性顺序加以解释的是()A.不能用铜与稀硫酸反应制取氢气B.铁能置换出硫酸铜溶液中的铜C.在化合物中,铁显+2、+3价,铜显+1、+2价D.相同条件下,锌和铁与稀硫酸反应的剧烈程度【解析】选C。在金属活动性顺序表中铜的活动性比氢弱,所以不能用金属铜与稀硫酸反应制取氢气;铁的金属活动性比铜强,铁能将铜从硫酸铜溶液中置换出来;在化合物中,铁显+2、+3价,铜显+1、+2价,与金属的活动性无关,不能用金属活动性顺序解释;锌的金属活动性比铁强,因而锌和铁与稀硫酸反应的剧烈程度不同。5.下列不能作为判断金属Mg、Fe、Cu三种金属活动性强弱的是()A.在纯氧中燃烧的现象B.与盐酸反应的快慢程度C.金属导电性强弱D.三种金属发现和利用的年代的先后顺序【解析】选C。大多数金属可以与氧气反应,可以根据三种金属在纯氧中燃烧的现象判断三种金属活动性强弱;Mg、Fe都能与盐酸反应,且镁比铁的反应速率快,Cu不与盐酸反应,可以判断三种金属活动性强弱;金属的导电性与金属的活动性无关;人类使用最早的金属材料是铜,其次是铁,较晚的是镁,金属的活动性越强,冶炼的程度越难,利用的越晚,可以依次判断三种金属活动性强弱。6.金属M与AgNO3溶液发生反应:M+2AgNO3M(NO3)2+2Ag,下列说法正确的是()A.M可能是铝B.Ag的金属活动性比M强C.反应前后M的化合价发生了改变D.在金属活动性顺序表里,M一定排在氢前面【解析】选C。由于M与硝酸银溶液反应生成了M(NO3)2,则M在化合物中的化合价为+2价,铝与硝酸银溶液反应生成硝酸铝,铝为+3价,故该金属不可能是铝,故A说法错误;由于金属M能与硝酸银反应置换出银,这说明M的金属活动性比银强,故B说法错误;反应前M为单质,元素的化合价为0,反应后表现为+2价,故C说法正确;由于金属M能与硝酸银反应置换出银,说明M的金属活动性比银强,但M不一定排在氢前,故D说法错误。7.将一定量的锌粉加入Mg(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3三种物质的混合溶液中,充分反应后过滤,将滤渣放入稀盐酸溶液里,有气泡产生。则下列情况不可能存在的是()A.滤渣是Ag、Cu、ZnB.滤液中含有Zn2+、Mg2+、NC.滤渣是Ag、Cu、MgD.金属活动性顺序是AgCuZnMg【解析】选C。四种金属活动性由强到弱的顺序是MgZnCuAg,锌可以置换出硝酸铜中的铜,也可以置换出硝酸银中的银,但不能置换出硝酸镁中的镁,所以将一定量的锌粉加入Mg(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3三种物质的混合溶液中,充分反应后过滤,将滤渣放入稀盐酸中有气泡产生,说明滤渣中一定含有锌,因而Ag和Cu全部被置换出来,滤渣里有Zn、Cu、Ag,不会有Mg,滤液中有Mg(NO3)2和Zn(NO3)2。8.将一定量的锌粉加入硫酸亚铁、硫酸铜和硫酸镁的混合溶液中,过一段时间后过滤,向滤渣中加入稀盐酸有气泡产生,则下列叙述正确的是()①滤渣中一定含有锌②滤渣中一定含有铜,可能含有锌③向滤渣中加入稀盐酸,最后溶液一定变成浅绿色④滤液中溶质一定含有硫酸锌和硫酸镁⑤滤液的颜色不可能为浅绿色A.①④⑤B.②③④⑤C.②③④D.②④【解析】选D。由金属活动性顺序可知镁锌铁铜,混合溶液中加入一定量的锌充分反应后,锌会优先置换最弱的铜,若锌的量较多还会置换出铁,但是一定不能置换出镁。因为过滤后往滤渣中加盐酸,有气泡产生,说明滤渣中一定有铁,无法确定锌是否有剩余,故滤出的固体必有铜和铁,因此①错误,②正确;滤渣中一定含有铁,可能含有锌,加入稀盐酸,铁会和稀盐酸反应产生浅绿色的氯化亚铁,但如果锌较多,则锌和稀盐酸先反应,溶液为无色,因此③错误;因为锌会与硫酸铜反应,置换出其中的铜,同时生成硫酸锌,则滤液中一定含有硫酸锌,硫酸镁不参与反应,故一定含有硫酸镁,故④正确;若锌与硫酸铜反应后,剩余的锌与硫酸亚铁反应时,相对不足,硫酸亚铁剩余,滤液颜色可能为浅绿色,故⑤错误;因此叙述正确的有②④。9.为了探究a、b、c三种金属活动性顺序,某同学设计了如下实验。实验结论正确的是()A.bacB.abcC.cbaD.cab【解析】选B。根据图示可知,金属a能与硫酸反应,而b不能和硫酸反应,说明a的活动性强于b,b、c两金属同时和硝酸银溶液反应,b表面有物质析出,而c表面无明显现象,说明b的活动性强于c,因此三种金属的活动性是abc。10.向100mL硫酸铜溶液中加入一定量的铁粉充分反应后过滤。下列情况可能出现的是()A.滤液只有硫酸铜,滤出固体只有铁B.滤液只有硫酸亚铁,滤出固体为铁、铜C.滤液只有硫酸铜,滤出固体只有铜D.滤液有硫酸亚铁、硫酸铜,滤出固体为铁【解析】选B。向100mL硫酸铜溶液中加入一定量的铁粉,铁粉可能是完全反应,也可能是过量或不足,需要具体分析。若铁粉完全反应,滤液应是硫酸亚铁,滤出固体只有铜;若铁粉过量,滤液应是硫酸亚铁,滤出固体应是铜和铁;若铁粉不足,滤液应是硫酸亚铁、硫酸铜,滤出固体应是铜。故B选项正确。11.相同质量的M、N两种活泼金属,分别与足量的稀盐酸在室温下发生反应(M、N在生成物中的化合价均为+2价),生成H2的质量m和反应时间t的关系如图所示。(1)金属活动性顺序是M比N________(填“强”或“弱”);相对原子质量是M比N的________(填“大”或“小”)。(2)M与稀盐酸反应结束后,消耗稀盐酸中溶质的质量为________g。【解析】(1)相同质量的M、N两种活泼金属与稀盐酸完全反应,M需要的时间短,可知金属活动性顺序是M比N强;M产生的氢气比N多,可知相对原子质量M比N的小。(2)设消耗稀盐酸中溶质的质量为x,由于M的化合价为+2,根据M与稀盐酸反应的化学方程式:M+2HClMCl2+H2↑732x1g=解得x=36.5g答案:(1)强小(2)36.512.根据下面部分金属的活动性顺序回答:(1)上述金属中活动性最强的是________。(2)按年代最早被广泛使用的金属是____________。(3)已知:①X+H2SO4XSO4+H2↑②Y+2ZNO3Y(NO3)2+2Z③Y与稀硫酸不反应,则符合要求的X、Y、Z分别是________(填字母序号)。A.Cu、Hg、AgB.Fe、Cu、AgC.Mg、Zn、Fe【解析】(1)上述金属中活动性最强的是镁。(2)最早被广泛使用的金属是铜。(3)X会与硫酸反应生成氢气,Y会置换出Z,且一个Y会置换出2个Z。铜不会与硫酸反应,故A错误;铁会与硫酸反应生成氢气,一个铜原子会置换出两个银原子,符合题意,故B正确;镁会与硫酸反应生成氢气,一个锌原子会置换出一个铁原子,故C错误。答案:(1)镁(2)铜(3)B13.印刷铜制电路版的“腐蚀液”为FeCl3溶液。已知铜、铁均能与FeCl3溶液反应,反应的化学方程式分别为①Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2,②Fe+2FeCl33X。(1)写出化学方程式②中X的化学式:____________。(2)现有一包铜、铁的混合粉末加入到盛有一定量FeCl3溶液的烧杯中,充分反应后烧杯中仍有少量固体剩余