通過實(shí)驗(yàn)，人們歸納和總結(jié)出了常見金屬的化學(xué)活動(dòng)性順序。金屬的化學(xué)活動(dòng)性順序在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中有重要應(yīng)用，我們可以通過以下一些方法進(jìn)行判斷。

1.在金屬活動(dòng)性順序里，金屬的位置越靠前，它的活動(dòng)性就越強(qiáng)。

2.位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、硫酸中的氫。

3.在金屬活動(dòng)性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們化合物的溶液里置換出來。

那么，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)判斷金屬的活動(dòng)性順序呢？要驗(yàn)證不同金屬的活動(dòng)性順序，通過實(shí)驗(yàn)探究金屬與氧氣的反應(yīng)，根據(jù)金屬與氧氣反應(yīng)的難易程度、反應(yīng)的劇烈程度來判斷；通過實(shí)驗(yàn)探究金屬與稀鹽酸、稀硫酸以及金屬與金屬化合物溶液的置換反應(yīng)，依據(jù)置換反應(yīng)中“活潑置換不活潑”這種規(guī)律來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行判斷。也就是既可以與酸反應(yīng)看反應(yīng)進(jìn)行的快慢、劇烈程度，也可以與化合物溶液反應(yīng)，根據(jù)相互置換的次序進(jìn)行判斷。

為了幫助同學(xué)們掌握如何進(jìn)行金屬活動(dòng)性順序的判斷，現(xiàn)舉例說明。

一、大多數(shù)金屬都能與氧氣反應(yīng)，但反應(yīng)的難易程度和劇烈程度不同。

如：

2Mg+O₂=2MgO；4Al+3O₂ = 2Al₂O₃ ；3Fe+2O₂Fe₃O₄ ；2Cu+ O₂2CuO，

鎂、鋁、鐵、銅等金屬與氧氣反應(yīng)的難易程度和劇烈程度不同，金在高溫時(shí)也不與氧氣反應(yīng)。

例題1.下表數(shù)據(jù)是在某溫度下，金屬鎂和鎳(Ni)分別在氧氣中進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)，在金屬表面生成氧化薄膜的實(shí)驗(yàn)記錄：

注：a和b均為與溫度有關(guān)的常數(shù)，nm表示“納米”

請(qǐng)回答：Mg與Ni比較，哪一種更易氧化?                    。其理由是                                    。

解析：表中數(shù)據(jù)告訴我們，對(duì)于金屬Mg來說，與氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)，生成氧化鎂的層厚，從反應(yīng)后1小時(shí)的0．05a到4小時(shí)后的O。20a，增加了4倍。而金屬鎳與氧氣進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，生成氧化鎳的層厚，從反應(yīng)后1小時(shí)的b到4小時(shí)后的2b，只增加了2倍。并且在不斷氧化的過程中，在金屬表面生成氧化薄膜的層厚與反應(yīng)時(shí)間一直成比例關(guān)系，所以Mg比Ni更容易氧化。

解答： Mg更容易氧化 ； 相當(dāng)時(shí)間條件下，氧化鎂增厚速率比氧化鎳快。

小結(jié)：我們可以利用金屬與氧氣反應(yīng)進(jìn)行金屬活動(dòng)性的判斷，因?yàn)橄嗤瑮l件下，金屬與氧氣反應(yīng)越容易，金屬的活動(dòng)性就越強(qiáng)。

二、金屬與鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)

如：Mg + H₂SO₄  =  MgSO₄  +  H₂↑ ；

Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑ ；Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑ ，在金屬活動(dòng)性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫，而位于氫后面的金屬則不能，能進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，劇烈程度不同，金屬越活潑，與酸反應(yīng)的速度越快。

例題2．鈦因?yàn)榫哂性S多神奇的性能而越來越引起人們的關(guān)注。某化學(xué)興趣小組對(duì)Mg、Ti、Ag的金屬活動(dòng)性順序進(jìn)行探究。

提出假設(shè)：

a．Ti的金屬活動(dòng)性比Mg強(qiáng)；      

b．Ti的金屬活動(dòng)性介于Mg和Ag之間。

查閱資料：在相同條件下，金屬與酸反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡的速度越快，則該金屬活動(dòng)性越強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：同溫下，取大小相同的這三種金屬薄片，分別投入等體積、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的足量稀鹽酸中，觀察現(xiàn)象。

請(qǐng)回答：

（1） 三種金屬加入鹽酸前都先用砂紙將表面擦光亮，其目的是     （填序號(hào)）

①除去氧化膜，利于直接反應(yīng)

②使反應(yīng)的金屬溫度相同，易反應(yīng)

③使表面光亮，易觀察現(xiàn)象           

（2） 根據(jù)下表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象填空：

結(jié)論：原假設(shè)中             不正確（填“a”或“b”或“a、b”），理由是                   ；

三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?u>                             。

（3）上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，如果所用鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，是否一定能夠得出正確的結(jié)論？         （填“是”或“否”），理由是                   。

解析：根據(jù)表中所記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，Mg與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡速度快，Ti與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡速度緩慢，而Ag與稀鹽酸根本就不反應(yīng)。所以，Mg的金屬活動(dòng)性比Ti強(qiáng)，而 Ti的金屬活動(dòng)性介于Mg和Ag之間。金屬加入鹽酸前都先用砂紙將表面擦光亮，是為了除去氧化膜，利于直接反應(yīng)。因?yàn)樵谙嗤瑮l件下，鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，反應(yīng)就越劇烈，如果所用鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，就不能夠得出正確的結(jié)論。所以，鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小對(duì)反應(yīng)速度有影響。  

解答：（1） ① ；   

（2）a ； 與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡速度鎂比鈦快 ； Mg ＞Ti ＞Ag  ；

（3）否 ；  鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小對(duì)反應(yīng)速度有影響。

小結(jié)：大多數(shù)金屬能與酸（稀鹽酸、稀硫酸）反應(yīng)，反應(yīng)的速率除了與酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)以外，還與金屬的活動(dòng)性有關(guān)。若與相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酸反應(yīng)，越活潑的金屬反應(yīng)越快。所以，我們可以利用金屬與酸的反應(yīng)，來進(jìn)行金屬活動(dòng)性的判斷。

三、金屬與某些化合物溶液的反應(yīng)

如： 2Al+3CuSO₄=Al₂（SO₄）₃+3Cu ；Fe+CuSO₄= FeSO₄+ Cu ；Cu+2AgNO₃=Cu（NO₃）₂+2Ag 

在金屬活動(dòng)性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的化合物溶液里置換出來。

例3．為了驗(yàn)證Al、Fe、Cu三種金屬的活動(dòng)性順序，可以選用的一組物質(zhì)是（    ）

A、 AlCl₃溶液、FeCl₂溶液、CuSO₄溶液   

B、 Fe、Cu、AlCl₃溶液

C、 Fe、AlCl₃溶液、CuSO₄溶液          

D、 Cu、AlCl₃溶液、FeCl₂溶液

解析：要驗(yàn)證三種金屬的活動(dòng)性，一般采用兩種方法：（1）選擇活動(dòng)性最強(qiáng)和最弱的金屬離子的溶液與活動(dòng)性居中的單質(zhì)金屬進(jìn)行檢驗(yàn)；（2）選擇活動(dòng)性居中的金屬離子的溶液與活動(dòng)性最強(qiáng)和最弱的金屬單質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?Al＞Fe＞Cu，所以，可以選取鐵單質(zhì)分別與可溶性的鋁的化合物溶液以及可溶性的銅的化合物溶液進(jìn)行驗(yàn)證。或者，選取鋁單質(zhì)、銅單質(zhì)分別與可溶性的鐵的化合物溶液進(jìn)行驗(yàn)證。

解答：本題選，C 項(xiàng)。

例4.某同學(xué)欲用實(shí)驗(yàn)證明鐵、銅、汞、氫的化學(xué)活動(dòng)性順序，他利用鐵片、銅片、硝酸汞溶液和稀鹽酸四種物質(zhì)，設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)方案，其中可行的是   (    )

A、①Cu＋HCl  ②Fe＋Hg(NO₃)₂   ③Cu＋Hg(NO₃)₂

B、①Fe＋HCl  ②Cu＋HCl       ③Fe＋Hg(NO₃)₂

C、①Fe＋HCl  ②Fe＋Hg(NO₃)₂    ③Cu＋Hg(NO₃)₂

D、①Fe＋HCl  ②Cu＋HCl       ③Cu＋Hg(NO₃)₂

解析：對(duì)于這樣的綜合性問題，我們可以從提供的方案正面入手，進(jìn)行分析判斷。A項(xiàng)中實(shí)驗(yàn)后可以得到如下結(jié)論： H＞Cu 、Fe＞Hg、Hg＞Cu ，那么H與Fe、Hg的活動(dòng)性強(qiáng)弱無法考證。B項(xiàng)中實(shí)驗(yàn)后可以得到如下結(jié)論：Fe ＞H、H＞ Cu

Fe＞Hg ，那么Cu與Hg的活動(dòng)性強(qiáng)弱無法考證。C項(xiàng)中實(shí)驗(yàn)后可以得到如下結(jié)論：Fe ＞H、Fe＞Hg 、Cu＞Hg ，那么Cu與H、Fe的活動(dòng)性強(qiáng)弱無法考證。

D項(xiàng)中實(shí)驗(yàn)后可以得到如下結(jié)論：Fe ＞H、H＞Cu 、Cu＞Hg ，三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱層次分明，清清楚楚。

解答：本題選，D。

例題5．下列事實(shí)不能說明Zn比Ag活潑的是（   ）

A.Zn能與AgNO₃溶液反應(yīng)，置換出Ag

B.Zn能與稀硫酸反應(yīng)，Ag則不能

C.自然界沒有以單質(zhì)形式存在的Zn，而有以單質(zhì)形式存在的Ag

D.Zn的熔點(diǎn)為420 ℃，Ag的熔點(diǎn)為962 ℃

解析：本題概括出了要驗(yàn)證不同金屬的活動(dòng)性順序，可以通過探究金屬與氧氣、金屬與稀鹽酸、稀硫酸以及金屬與金屬化合物溶液進(jìn)行反應(yīng)，依據(jù)能否進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的快慢、劇烈的程度進(jìn)行判斷。金屬的熔點(diǎn)與金屬的活動(dòng)性之間沒有必然的聯(lián)系。

解答：本題選，D。

小結(jié)：我們可以利用金屬能否與金屬化合物溶液發(fā)生反應(yīng)，來進(jìn)行金屬活動(dòng)性的判斷。

配套訓(xùn)練題

1.一般情況下，金屬越活潑，與酸反應(yīng)的速度越快。為了探究金屬Al、Zn、Fe與酸反應(yīng)的快慢，某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

⑴ 取 A、B、C 三支試管，分別加入2 mL濃度相同的鹽酸溶液。

⑵分別加入足量的、大小相等的Al、Zn、Fe，立即把三個(gè)相同的氣球分別套在各試管口上。

【實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)與分析】

⑴寫出鐵與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：______           _______。

⑵氣球膨脹速度最快的是____      _____（填試管編號(hào)）。

⑶該實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)室一般選用鋅而不選用鋁、鐵制取氫氣的主要原因是：___________________________________。

2.分別用以下四組物質(zhì)測(cè)定鐵和銅的活潑性順序：

①Fe、Cu、稀H₂SO₄  

②Fe、CuSO₄ ?、?span>Cu、FeCl₂ ④Fe、Cu、ZnSO₄溶液，僅用組內(nèi)物質(zhì)就能夠直接達(dá)到目的是（    ）

A、①②③        B、③④       C、①④     D、②④

參考答案：

1、(1)Fe+2HCl==FeCl₂+H₂↑   (2)      A     

(3)鋁與鹽酸反應(yīng)的速度太快，而鐵與鹽酸反應(yīng)的速度較慢，因此選擇鋅。 2、A