探究规律培养能力——金属与酸反应的规律探究

□向庆元

探究规律培养能力
——金属与酸反应的规律探究

□向庆元

近年来，涉及有关金属与酸反应的中考题，侧重于考查金属的活动性、金属的相对原子质量、氢气的质量（或体积）等数量关系以及金属中杂质的判断等问题，有时还与图象、天平平衡等问题相结合.下面分类举例说明.

类型一、质量比较型

例1Wg铁与足量的稀硫酸充分反应产生ag氢气，Wg锌与足量的稀盐酸充分反应产生bg氢气，则a与b的关系是（）.

A.a＞bB.a＜b

C.a=bD.无法比较

解析：相同质量的铁和锌与足量的稀酸反应时，金属完全反应且反应后它们的化合价相同，均为+2价.生成氢气的质量与金属的相对原子质量有关，金属的相对原子质量越大，生成的氢气质量越小.铁的相对原子质量小于锌，故选A.

【针对练习】将一定质量的镁和锌放入相同质量相同浓度的稀硫酸中，充分反应后金属均有剩余.则产生氢气的质量（）.

A.镁产生氢气多

B.锌产生氢气多

C.两种金属产生氢气一样多

D.无法判断

答案：C

规律技巧：涉及金属与酸反应的量有：金属的质量；金属元素在反应后显示的化合价；金属的相对原子质量；金属的活动性；产生氢气的量；产生氢气的时间；酸的量.这些量之间存在如下关系：（1）当金属的化合价相同时，对于相同质量的金属与足量的稀酸反应，金属的相对原子质量越大，生成的氢气越少；（2）等质量的同种金属分别与不同的酸反应（酸足量），产生氢气质量相等.

类型二、成分判断型

例2某校研究性学习小组的同学为了对Cu－Zn合金、Fe－Cu合金、Fe－Zn合金、Fe－Al合金进行研究，他们取其中一种合金的粉末5.6g，与足量的稀硫酸充分反应，经测定，产生了0.38g气体.则该合金可能是（）.

A.Cu－Zn合金

B.Fe－Cu合金

C.Fe－Zn合金

D.Fe－Al合金

解析：根据金属活动性顺序，Cu与稀硫酸不反应，Zn、Fe、Al都能与稀硫酸反应生成氢气.分别计算出5.6gZn、Fe、Al与足量的稀硫酸充分反应产生氢气质量为0.17g，0.2g，0.62g，经分析可以得出合金与酸反应后所得氢气质量的取值范围，进而得解.A.5.6gCu-Zn合金与足量的稀硫酸充分反应，产生氢气的质量只能小于0.17g，故A错误；B. 5.6gFe-Cu合金与足量的稀硫酸充分反应，产生氢气的质量只能小于0.2g，故B错误；C.5.6gFe-Zn合金与足量的稀硫酸充分反应，产生氢气的质量只能大于0.17g小于0.2g，故C错误；D.5.6gFe-Al合金与足量的稀硫酸充分反应，产生氢气的质量只能大于0.2g小于0.62g，0.38g在此范围内，故D符合题意.故选D.

【针对练习】某不纯的铁5.6g与足量的稀硫酸充分反应，生成0.21g氢气，则铁中混有的金属可能是（）.

A.ZnB.Cu

C.MgD.Ag

答案：C

规律技巧：根据金属与酸反应所得氢气质量判断金属的组成，可以先将不纯的金属样品看作“纯金属”，计算出产生氢气的理论值M，将实际产生氢气的质量M′和M相比较.（1）M′＞M，所含杂质和酸能反应放出氢气，且该金属与氢气的质量比要比主要成分金属与氢气的质量比偏小；（2）M′＜M，所含杂质有三种可能：和酸不能反应；和酸反应不产生氢气；和酸反应放出氢气，但质量比偏大；（3）M′=M，所含杂质至少有两种，兼有（1）（2）两种情况.

类型三、天平平衡型

例3在托盘天平两边各放一只烧杯，调节至平衡.在两只烧杯里注入完全相同的足量稀盐酸，然后分别向左右两烧杯中加入质量相等的铁和金属A，此时，两烧杯中都有气体产生，反应过程中天平指针慢慢向左偏转（如图1）；指针偏转到一定角度后，又慢慢向右偏转；反应结束后，天平指针指向右端（如图2）.则天平右端加入的金属A可能是（）.

图1

图2

A.ZnB.Mg C.CuD.Al

解析：根据质量相等的铁和金属A加入完全相同的足量稀盐酸，反应过程中天平指针慢慢向左偏转，可判断金属A反应与盐酸反应放出氢气速率大于金属铁即金属A的活动性比铁强；根据金属活动性顺序镁＞铝＞锌＞铁＞铜，可知锌、镁、铝都符合这一要求.反应结束后，天平指针指向右端，可判断等质量金属A完全反应放出氢气质量小于金属铁，4种等质量金属完全反应放出氢气的质量由多到少的顺序为铝＞镁＞铁＞锌，则只有金属锌符合这一要求.故选A.

【针对练习】在托盘天平两端各放一只烧杯，调节至平衡.在两只烧杯里各加入等质量、等质量分数的稀盐酸，然后向左右两烧杯中分别放入质量相等的镁和铝，待充分反应后，镁有剩余，则还可以观察到的现象是（）.

①天平保持平衡；②铝也有剩余；③天平指针偏向放镁的一方；④天平指针偏向放铝的一方.

A.只有①B.①和②C.②和④D.只有③

答案：B

规律技巧：本题可利用类型一的方法判断产生氢气多少.根据“天平两端净增质量相等，天平才能保持平衡”，否则，天平指针最终将偏向净增质量较多的一端.

类型四、图象分析型

例4两个烧杯中装有等质量的金属锌和镁，然后分别逐渐加入同浓度的稀硫酸，产生氢气的质量与加入硫酸的质量关系如图3所示.下列说法正确的是（）.

A.该图反映出镁比锌的金属活动性强

B.a点时，两个烧杯中的酸都恰好完全反应

C.b点时，两个烧杯中产生氢气的质量相等

D.c点时，两个烧杯中都有金属剩余

图3

解析：根据镁和锌金属活动性比氢强，均能与稀硫酸反应，等质量的金属锌和镁，分别逐渐加入同浓度的稀硫酸，由生成氢气的质量与加入硫酸的质量关系图，最终镁产生的氢气质量多做出判断.A.由产生氢气的质量与加入硫酸的质量关系图，镁产生的氢气质量多，但无法得出镁和锌的金属活动性关系，故该说法错误；B.a点时，镁和稀硫酸恰好完全反应，锌早已完全反应，故该说法错误；C.b点时，镁产生的氢气多，锌产生的氢气少，故该说法错误；D.c点时，镁和锌均没有完全反应，两个烧杯中都有金属剩余，故该说法正确.故答案为D.

【针对练习】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4所示，下列说法错误的是（）.

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.0-t1时段，产生氢气的质量镁比铁大

D.0-t2时段，参加反应的镁的质量与铁相等

图4

答案：D

规律技巧：分析图象时要做到“五看”，即看坐标、看比例、看起点、看终点、看转折点，将图象表示意义与化学知识结合起来，从而理解图象题的真正意义.一般的判断规律有：（1）金属越活泼，图示反应的曲线越陡；（2）当金属的化合价相同时，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）不等价金属与酸完全反应用金属和氢气质量比来判断氢气的多少（质量比越大，生成氢气越少，反之生成氢气越多）.

总之，我们通过探究得出解决问题的一般规律，不仅可以帮助我们快速解答问题，更重要的是可以使我们各方面的能力得到提高.