金属与酸发生置换反应的图像分析

张引宏

金属与酸发生置换反应的图像是中考的考点和难点。此类图像题比较的金属多为金属Mg、Al、Zn、Fe，其中Mg、Zn、Fe为二价金属，但Al为三价金属，可以把Al看作相对原子质量为18（27的2/3）的二价金属，本文从中考常考的两种情况作以详细分析。

一、等质量的金属放入足量酸中（以Mg、Al、Zn、Fe为例）

由于酸是足量的，最终产生氢气的质量取决于金属的质量，即根据金属的质量来计算，Mg、Zn、Fe三种金属与酸反应都生成+2价盐，（只有Al生成+3价盐，可以把Al作为相对原子质量为1 8的+2价盐，以下处理相同）与酸反应可以写成通式：

由以上式子可看出，最终产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比，即金属的相对原子质量越小，最终产生氢气越多，见图l、图2。

观察图像不难看出，分析图像主要就是分析平台、斜率和拐点。

1.平台高低

图1和图2中曲线平台高低表示最终产生氢气的质量，由上面分析知道，对于等价等质量金属，最终产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比，即金属的相对原子质量越小，产生氢气越多，平台越高。

2.斜率（或曲线陡峭程度）

图l中曲线斜率表示单位时间产生氢气的质量。单位时间产生氢气的质量越大，反应速率越快，金属的活动性越强，斜率越大，曲线越陡。

图2中曲线斜率表示单位质量的酸产生氢气的质量。从化学方程式可以看出，氢气中的氢元素全部来自于酸。根据质量守恒定律，单位质量的酸产生的氢气质量相同，故斜率相同（或曲线陡峭程度一样）。

3.拐点

图1中曲线出现拐点越早，则金属反应用的时间越短，反应速率越快，金属的活动性越强。

图2中曲线拐点的纵坐标就是平台高低已做分析。图2中曲线拐点的横坐标表示金属所消耗酸的质量。

由以上式子可看出，消耗酸的质量与金属的相对原子质量成反比，即金属的相对原子质量越小，消耗酸越多，拐点对应的横坐标越大（或越右）。

二、足量金属分别放入等质量的酸中（以Mg、Al、Zn、Fe为例）

由于金属是足量的，最终产生氢气的质量取决于酸的质量，即根据酸的质量来计算，氢气中的氢元素全部来自于酸，酸的质量相同，根据质量守恒定律，产生的氢气质量相同，见图3、图4。

1.平台高低

由上面分析得出，产生的氢气质量相同，故图3和图4平台高低均相同。

2.斜率（或曲线陡峭程度）

图3曲线斜率表示单位时间产生的氢气质量。单位时间产生氢气的质量越大，反应速率越快，金属的活动性越强，斜率越大，曲线越陡。

图4曲线斜率表示单位质量的金属所产生的氢气质量。

由以上式子可看出，单位质量的金属产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比，即金属的相对原子质量越小，单位质量的金属产生氢气越大，斜率越大（或曲线越陡）。

3.拐点

图3中曲线先出现拐点，则酸反应完用的时间越短，反应速率越快，金属的活动性越强。

图4中拐点的纵坐标表示等量的酸所消耗的金属的质量。

由以上式子可看出，等量的酸消耗金属的质量与金属的相对原子质量成正比，即金属的相对原子质量越小，消耗的金属的质量越少，拐点的横坐标越小。

金属与酸发生置换反应的图像题，首先看横纵坐标的含义，然后分析题目条件是“等金足酸”还是“等酸足金”，最后看平台、斜率或拐点。尤其注意的是只有横坐标是时间时才能表示反应速率，才能反映金属活动性强弱。

例 图5所示四个图像中能正确反映其对应实验操作的是（ ）。

A.分别向质量相等的铁片和锌片中滴加溶质质量分数相同的稀硫酸至过量

B.向等质量的铝粉和镁粉中分别加入溶质质量分数相同的足量的稀盐酸

C.向完全相同的两份稀盐酸中，分别加入过量的锌粉和铁粉

D.等质量的镁粉和铝粉分别与足量溶质质量分数相同的稀硫酸反应

解析A图像的横坐标为时间，Zn的活动性比Fe强，Zn先出现拐点或曲线斜率大，故A錯;B选项是等金足酸，产生氢气的质量取决于金属，产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比，（Mg是二价金属，铝是三价金属，可把Al看作相对原子质量为18的二价金属），故铝的平台高;单位质量酸产生氢气质量相同，故斜率相同;消耗酸的质量与金属的相对原子质量成反比，故金属铝曲线拐点对应的横坐标大。从三方面分析B都正确;C选项是等酸足金，最终产生氢气的质量取决于酸的质量，酸质量相同，氢气质量相同，平台高低应相同，故C错;D选项是等金足酸，产生氢气的质量取决于金属，产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比，铝（以二价金属计，相对原子质量可看作18）的平台高，故D错。

答案：B

（收稿日期：2022 - 03 - 16）