要从置换结果排列金属顺序,就找出哪些金属把别的金属从溶液中推出来。能置换另一种金属的金属,比那种金属更活泼。 数一数置换的次数,顺序就出来了。
这项技能是金属与活动性的开端。后面的提取、腐蚀与防护题,都要用到你在这里建立的顺序。
什么是置换反应?
置换反应(displacement reaction)发生在较活泼的金属取代化合物中较不活泼的金属时。最标准的例子是锌放入硫酸铜(copper(II) sulfate)溶液:Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu。
写成离子形式是 Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu。锌原子失去电子变成离子,铜离子得到电子变成铜原子。更容易失去电子的金属更活泼。
所以对每个结果都要问:被加入的金属有没有变化,变化朝哪个方向?
如何从表格建立顺序
- 列出每一次测试:加入的金属、使用的溶液、结果。
- 把每个反应标为置换:被加入的金属比溶液中的金属高。
- 把每个“没有反应”标出来:被加入的金属比溶液中的金属低,或者不高于它。
- 数每种金属做了几次置换:次数越多,位置越高。
- 写出顺序,从最活泼到最不活泼,再用每一个结果逐一核对。
例题详解
以下结果使用杜撰的金属 W、X、Y、Z,仅供练习。每种金属都分别加入其他金属的硫酸盐溶液中。
| 加入的金属 | W 的硫酸盐 | X 的硫酸盐 | Y 的硫酸盐 | Z 的硫酸盐 |
|---|---|---|---|---|
| W | (未测试) | 有反应 | 有反应 | 有反应 |
| X | 没有反应 | (未测试) | 有反应 | 有反应 |
| Y | 没有反应 | 没有反应 | (未测试) | 有反应 |
| Z | 没有反应 | 没有反应 | 没有反应 | (未测试) |
第一步,数置换次数: W 做了 3 次,X 做了 2 次,Y 做了 1 次,Z 做了 0 次。
第二步,排序: W > X > Y > Z,从最活泼到最不活泼。
第三步,核对: Y 与 Z 的硫酸盐有反应,所以 Y 在 Z 之上。X 与 W 的硫酸盐没有反应,所以 X 不在 W 之上。每一格都吻合。
答案:W、X、Y、Z。W 最活泼,Z 最不活泼。
要留意的错误
常见的失误是把表格读反,把溶液里的金属当成活泼的那个。
错误的读法: “W 的硫酸盐有反应,所以 W 最不活泼。”
学生把“反应”一词联系到溶液,而不是被加入的固体金属。
纠正的办法是先说出固体金属。问自己:“加入的是哪种金属,它有没有被消耗?”发生变化的是被加入的金属,所以它在顺序中更高。下结论之前,先在每一行把被加入的金属划线标出。
自我检测
先在纸上做,再打开答案。
1. 把铜加入硝酸银溶液,出现灰白色沉积物。哪种金属更活泼?写出配平的方程式。
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铜置换了银,所以铜比银活泼。Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag。核对原子:两边各有 Cu 1 个、Ag 2 个、NO₃ 2 个。
2. 把铁加入硫酸镁溶液。你预期会怎样,为什么?
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没有反应。 镁比铁活泼,所以铁不能把镁从它的化合物中推出来。
3. 杜撰的金属 P、Q、R:P 能从 Q 的硫酸盐中置换出 Q,Q 能从 R 的硫酸盐中置换出 R。请排序。
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P 胜过 Q,Q 胜过 R,所以 P > Q > R。P 也应该能置换 R,可以再做一次测试来确认。
接下来学什么
能从证据给金属排序之后,继续学把提取方法与活动性联系起来,再用金属与活动性练习题检验自己。方程式配平推理训练器可帮你处理上面的方程式,摩尔与方程式比例辅导器可处理物质的量。
有些学生排序正确,却在考试压力下把结论写反。这正是我们的老师在一对一线上化学补习中会留意的模式。