人教网首页 人教网刊 滴定·化学 本期目录   上一篇 下一篇
2014年第02期
47

摘要:在金属活动性顺序中,排在前面的金属可以把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来。金属与几种盐的混合溶液反应时,金属单质与盐溶液中的金属元素,在金属活动性顺序表中,距离越远越先反应。实例分析金属ZnAgNO3 CuNO32的混合溶液反应规律,进行类比与拓展,解决多种金属,如FeZn同时放入CuCl2溶液中的进行反应的顺序问题

关键词:金属活动性顺   几种盐溶液   溶液质量变化 滤液成分 滤渣成分

在金属活动性顺序中,排在前面的金属可以把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来,特别活泼的金属,如钾、钙、钠等盐溶液时会首先直接和水反应,不遵循以上规律。例如,将金属钠投入硫酸铜溶液中,会出现如下情形,发生的反应方程式:2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 2NaOH + CuSO4 = CuOH2↓ + Na2SO4,通过两步反应,并没有将硫酸铜溶液中的铜置换出来。金属与盐溶液反应时,金属单质与盐溶液中的金属元素,在金属活动性顺序表中,距离越远越先反应。金属Zn放入AgNO3CuNO32的混合溶液中。Zn可以从CuNO32溶液中置换出Cu Zn也可以从AgNO3溶液中置换出Ag ,但在实际反应时,Zn先与AgNO3溶液反应而置换出Ag ,等AgNO3溶液被反应完后, Zn才能和CuNO32溶液反应而置换出Cu 。因为AgNO3溶液会把生成的Cu再反应成CuNO32溶液。在上述两个反应中ZnAgNO3溶液反应后,溶液质量呈现减少。ZnCuNO32溶液反应后,溶液质量不断增加。反应过程中溶液质量与加入金属的质量关系可以用下图表示。一定条件下,加入Zn质量多少,将直接影响着反应结束过滤之后滤液与滤渣的成分。

我们可以分以下五种情况来讨论:

1)少量的Zn加入溶液中,只将溶液中一部分AgAgNO3中置换出来,过滤后,滤液中存在AgNO3CuNO32ZnNO32,滤渣中只存在Ag(图中A点);

2)稍多量的Zn加入溶液中,将溶液中所有的AgAgNO3中置换出来,过滤后,滤液中存在CuNO32ZnNO32,滤渣中只存在Ag(图中B点);

3)多量的Zn加入溶液中,将溶液中所有的AgAgNO3中置换出来,一部分CuCuNO32中置换出来,过滤后,滤液中存在CuNO32ZnNO32,滤渣中既有Cu又有Ag(图中C点);

4)足量的Zn加入溶液中,将溶液中所有的AgAgNO3中置换出来,所有的CuCuNO32中置换出来,过滤后,滤液中只存在ZnNO32,滤渣中既有Cu又有Ag(图中D点);

5)过量的Zn加入溶液中,将溶液中所有的AgAgNO3中置换出来,所有的CuCuNO32中置换出来后Zn过量,过滤后,滤液中只存在ZnNO32,滤渣中既有AgCu又有Zn(图中E点)。

我们再通过几个典型的实例进一步分析金属与几种盐的混合溶液的反应规律。

【典型例题1】向CuNO32AgNO3的混合溶液中加入一定量的铁粉充分反应,发现有少量金属析出,过滤后向滤液中滴加稀盐酸,有白色沉淀生成。则析出的金属是( 

A.有CuAg        B.只有Ag      C.只有Cu           D.无法判断

解析:在CuNO32AgNO3的混合溶液中存在Cu2+Ag+,加入的Fe可以将Cu2+Ag+从溶液中置换出来。依据金属的活动性以及金属与盐的反应规律,Fe先与溶液中的Ag+反应,等溶液中所有的Ag+全部置换出来后,Fe才能与Cu2+反应,将所有的Cu2+置换出来,反应停止。加入过量的Fe,可以将Cu2+Ag+完全置换出来,加入少量的Fe只能将Ag+或部分Ag+Cu2+Ag+Ag+和部分Cu2+置换出来。本题中,充分反应后过滤,向滤液中加入盐酸,生成白色沉淀,表明此时溶液中还存在Ag+,那么被置换出来的金属只有Ag,滤液中存在AgNO3CuNO32FeNO32 ,本题选B项。

【典型例题2】某溶液中仅含有AgNO3CuNO32两种溶质,某校课外活动小组的同学将溶液分为ABC三份,各加入一定量的铁粉,充分反应后过滤、洗涤,分别得到滤渣和滤液。

1)若将A得到的滤渣加入到稀盐酸中有气泡产生,则其滤液中的溶质是   

2)若将B得到的滤渣加入到稀盐酸中没有气泡产生,则此滤渣中一定有    

3C得到的滤液中滴加稀盐酸,有白色沉淀生成,则此滤液中含有的溶质是   

解析:FeAgNO3CuNO32反应的化学方程式:Fe +2AgNO3  = FeNO32+2Ag

Fe + CuNO32= FeNO32+ Cu 。本题中的三种情况分别是:(1)充分反应后过滤,在滤渣中加入盐酸,若产生气泡,说明滤渣中一定存在Fe,则Fe有剩余,过量的Fe可以将AgNO3CuNO32完全置换出来,那么滤液中不可能含Ag+Cu2+,滤液中的溶质只有FeNO32;(2)向滤渣中加入盐酸,若无气泡产生,则没有Fe剩余。根据反应规律,Fe应先与AgNO3反应,滤渣可能是AgAgCu,所以此时滤渣中一定存在Ag。(3)向滤液中加入盐酸,若产生白色沉淀,则滤液中一定存在Ag+,那么此时滤液中的溶质必含AgNO3CuNO32FeNO32。解答:(1FeNO3;(2Ag ;(3AgNO3CuNO32FeNO32

【典型例题3】向一定质量AgNO3CuNO32的混合溶液中加入Zn,溶液质量与加入Zn的质量关系如下图所示,下列说法正确的是(  

Aa点溶液中的溶质有2

Bc点溶液中溶质为ZnNO32  

C.若取bc段溶液,滴加稀盐酸,有白色沉淀

D.取d点的固体,加入稀盐酸,无气泡产生

解析:在金属活动性顺序中,ZnCuAg,向一定质量AgNO3CuNO32的混合溶液中加入Zn,与两种溶质依次发生反应Zn+2AgNO3=ZnNO32+2Ag,反应析出银的过程是溶液质量减少的过程;Zn+CuNO32=ZnNO32+Cu,反应析出铜的过程是溶液质量增加的过程。在a点时,硝酸银没有全部参加反应,溶液中含有硝酸银、硝酸铜和生成的硝酸锌,溶质是三种;c点时硝酸铜恰好完全反应,溶液中只有硝酸锌;bc段是硝酸银全部参加反应完后锌和硝酸铜反应的过程,因此滴加稀盐酸,不会产生沉淀;d点时锌过量,因此加入稀盐酸会产生氢气,所以本题选B项。

【典型例题4】某研究性学习小组在综合实践活动中对某化工厂化验室排出的废水感兴趣,并对其进行了探究:

[调查获悉]废水中含有硝酸亚铁、硝酸银

[查阅资料]含硝酸亚铁的溶液呈浅绿色

[实验目的]探究用从废水中回收金属银的方法;探究锌和废水中硝酸亚铁、硝酸银的反应顺序。

[实验用品]废水、所需化学试剂及相关的仪器、用品

[设计方案]他们设计了如下方案:

[发现问题]小组成员分别进行实验,在得到固体甲的同时发现:有些同学得到无色

液乙,有些同学得到深浅不同的浅绿色溶液乙,小丹同学提出问题:哪种结果回收金属银的效果最好?与废水中哪种物质先反应呢?

[讨论分析]小军同学认为:这个问题必须通过探究溶液乙或固体甲的组成才能回答,

此观点得到了大家的赞同,经研究,他们决定探究溶液乙。于是他们分成两小组,第一组对无色溶液进行探究,第二组对浅绿色溶液进行探究:

1)首先他们对溶液乙中的溶质做出了多种猜想:

第一组:溶质为ZnNO32   溶质为 ZnNO32 AgNO3

第二组:溶质为FeNO32      溶质为 FeNO32         

2)小悦同学思考后指出:通过实验或推理,都能排除第一组同学提出的猜想,从而确立猜想是合理的,请你叙述其推理过程                    

3)第二组同学经过向不同的浅绿色溶液中加入一种试剂,观察实验现象后得出结论,

使③④两种猜想都得以验证。请你参与到实验操作过程中并完成下表:

实验操作

实验现象和结论

取少量乙溶液于试管中,       ,观察。

         则是      

         则是       

[交流后得出结论]

4)当反应后的溶液呈无色,溶质为   ,当反应后溶液呈浅绿色,溶质为   

   时,能最大程度的回收金属银。通过探究,同学们认为:使用过量的锌,过滤后得无色溶液是方便、快捷并确保最大程度的回收金属银的一种方法。经过观察和思考,同学们还得出了 Zn先和废水中         反应,再和       反应的结论。

[探究后反思]

5)老师评价:这种方法虽然方便、快捷,但也有不足,请你指出它的不足       

解析:根据前面几例,将Zn加入FeNO32 AgNO3混合溶液中,Zn先与AgNO3反应,完全此阶段的反应后,Zn再与FeNO32反应,所以加入的Zn的质量,决定着滤液、滤渣的成分。

解答:(1③ZnNO32  ④ZnNO32 AgNO32猜想成立,说明Zn先与废水中的FeNO32反应生成Fe,而 Fe还会与过滤前的溶液中AgNO3反应,因此Zn先与FeNO32反应不可能,从而排除猜想

3

实验操作

实验现象和结论

取少量乙溶液于试管中,在

液中插入一根铜丝(或铜片)

若铜丝表面无变化,则溶质是ZnNO32 FeNO32

若铜丝表面有银白色固体析出,则溶质是ZnNO32

FeNO32 AgNO3

取少量乙溶液于试管中,滴加滴稀盐酸(或其他氯化物溶液)

若溶液无明显变化,则溶质是ZnNO32 FeNO32

若有白色沉淀生成,则溶质是ZnNO32 FeNO32

AgNO3

4ZnNO32  ZnNO32 FeNO32   AgNO3    FeNO32  

5)浪费一些锌和稀硫酸,最好能对亚铁盐和锌盐进行回收利用,又能减少污染。

【类比拓展1】在氯化铜溶液中加入一定量的锌和铁,充分后,得到一些固体,过滤,向固体中加入少量稀盐酸,有气体放出。对上述固体叙述:一定含有锌一定含有铁一定含有铜可能含有锌  ⑤可能含有铁可能含有铜,正确的( 

A③④⑤       B②③④      C①②③      D①②⑥

解析:根据金属活动性顺序可知:ZnFe>(H)>Cu,因为金属活动性强的金属,能把金属活动性比它弱得金属从它的盐溶液中置换出来,金属活动性越弱,越以单质的形式存在。Fe可以从CuCl2溶液中置换出Cu,生成FeCl2溶液。Zn也可以从CuCl2溶液中置换出Cu,但实际反应时,Zn先与CuCl2溶液反应,等Zn被反应完后,Fe才能与CuCl2发生反应。因为Zn会把FeCl2溶液中的Fe元素再置换出来。由题意可知,充分反应,过滤得到一些固体,固体则为金属活动性较弱的金属;向固体中加入少量稀盐酸,有气体放出,则含有与酸反应生成氢气的金属,由金属活动性顺序可知,则一定含有CuFe,而可能含有Zn,故选B项。

【类比拓展2】含有高价态元素的化合物,通常具有氧化性,如在氯化铁溶液中,氯化铁能将单质铜氧化成氯化铜,自身被还原成氯化亚铁:Cu+2FeCl3 = CuCl2 +2FeCl向反应后的溶液中加入一定量的锌粉,充分反应后过滤,由于加入锌粉的量不同,过滤后,滤渣和相应滤液的组成也不同。试推断有哪几种可能性,并将结果列入下表:

 

滤渣

滤液中溶质

可能性1

 

 

可能性2

 

 

可能性3

 

 

可能性4

 

 

可能性5

 

 

解析:金属与盐溶液反应时,金属单质与盐溶液中的金属元素,在金属活动性顺序表中,距离越远越先反应。将Zn加入CuClFeCl2 混合溶液中,Zn先与CuCl2反应,完全此阶段的反应后,Zn再与FeCl2反应,所以加入的Zn的质量,决定着滤液、滤渣的成分。

 

滤渣

滤液中溶质

可能性1

Cu

CuCl2  FeCl2  ZnCl2

可能性2

Cu

FeCl ZnCl2

可能性3

Cu   Fe

FeCl2  ZnCl2

可能性4

Cu   Fe

ZnCl2

可能性5

Cu   Fe   Zn

ZnCl2