金属的活性序

进阶

金属按反应活跃程度排成活性序:钾>钠>钙>镁>铝>锌>铁>铅>铜>银>金。活性越高越易和氧、水、酸反应;活性高的金属可以置换活性低金属的盐溶液(例如铁钉放入硫酸铜会析出铜)。

适合:中三科学 · 单元:我们的地球 · 建议学习路径第 5/11 课

学完呢课,你会识:
  • 活性序:钾钠钙镁铝 锌铁铅铜 银金
  • 活性高:易反应、易被氧化
  • 置换:活性高踢走活性低
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读呢课前,你应该识: 金属的性质与用途

§课文原文 Passage

1金属的活跃程度差别极大:钾和钠一接触水便剧烈反应,金和银摆放几百年也几乎没有变化。科学家按照反应的剧烈程度,由强到弱排出「活性序」:钾、钠、钙、镁、铝、锌、铁、铅,之后是铜、银、金。氢虽然不是金属,却排在铅和铜之间,作为判断金属能否与稀酸反应的参考线。

2排位越前的金属,与氧和水的反应越容易发生。钾和钠活跃得须浸在油中,隔绝空气保存;镁燃烧时发出刺眼的白光;铜要加热才慢慢变黑,生成黑色的氧化铜。与水反应的条件也随活性下降而越趋苛刻:钾、钠、钙在常温已能与冷水反应,镁要有热水才有明显反应,铜、银、金则与水完全不反应。

3只有排在氢之前的金属才能与稀酸反应并放出氢气,活性越高反应越剧烈;铜、银、金排在氢之后,所以稀酸可以用铜器盛载。活性序还能预测置换反应:活性高的金属能把活性低的金属从其化合物溶液中置换出来。将铁钉放入蓝色硫酸铜溶液,铁比铜活跃,便把铜置换出来,铁钉表面出现红褐色的铜层,溶液由蓝色转为浅绿色;反过来把铜放入硫酸亚铁溶液,则不会发生任何变化。

4活性序也决定金属在自然界的存在形式和提炼方法。金和银极不活跃,以单质形态直接存在;锌、铁等以矿石形式存在,可用碳还原等加热方法提炼;铝等更活跃的金属则须用电解法。金属越活跃,提炼越困难——铝在地壳中的含量其实比铁多,但人类要到十九世纪发明电解法之后,才能大量使用铝。

1重点摘要 Summary

金属按反应活跃程度排成活性序:钾>钠>钙>镁>铝>锌>铁>铅>铜>银>金。活性越高越易和氧、水、酸反应;活性高的金属可以置换活性低金属的盐溶液(例如铁钉放入硫酸铜会析出铜)。

2生字卡 Vocabulary

R
Reactivity series活性序

金属由最活跃排到最不活跃的次序。

D
Displacement reaction置换反应

活性高的金属将活性低的金属从它的化合物中「踢走」。

O
Oxide氧化物

金属和氧化合的产物,例如氧化铜 CuO。

U
Unreactive不活跃

好少参与反应,例如金、银。

O
Oxidation氧化

金属与氧结合的反应;活性越高的金属越易被氧化。

D
Dilute acid稀酸

用来测试金属活性的酸;氢之上的金属与之反应并放出氢气。

H
Hydrogen氢

活性序中的参考位置;氢之上的金属才能与稀酸反应。

N
Native state天然单质

极不活跃的金属(金、银)以纯金属形态存在于大自然。

3逐步讲解 Steps

  1. 记活性序口诀活性序口诀「钾钠钙镁铝,锌铁铅,铜银金」,由左至右活性递减:排得越前,金属越活跃。氢虽然不是金属,却排在铅和铜之间,作为一条参考线,决定哪些金属能与稀酸反应。背熟这条次序,是判断金属与氧、水、酸的反应,以及置换反应能否发生的基础,整个章节的题目都建立在它之上。
  2. 对氧:活性高的金属燃烧更猛烈活性越高的金属越容易与氧化合:钾和钠活跃得须浸在油中,隔绝空气保存;镁燃烧时发出刺眼的白光;铜要加热才慢慢变黑,生成黑色的氧化铜;金和银极不活跃,在自然界以单质形态存在,古代人在河床直接拾到天然金块,正是这个原因。反应的猛烈程度,恰好按活性序由强到弱排列。
  3. 对水:钾钠钙常温已反应钾、钠、钙在常温已能与冷水反应,钾和钠更会熔成小球、浮在水面快速游动;镁要有热水才有明显反应,铁须接触高温蒸气才缓慢反应;铜、银、金则与水完全不反应。可见反应条件随活性下降而越趋苛刻,这些实验现象是判断金属活跃程度的重要证据,也是排序题的常用素材。
  4. 对酸:活性序在氢之前的金属先反应只有活性序排在氢之前的金属,即由钾至铅,才能与稀酸反应并放出氢气,活性越高反应越剧烈;铜、银、金排在氢之后,与稀酸不起反应,所以稀酸可以用铜器盛载。实验中观察气泡出现的快慢,正是比较金属活跃程度的常用方法,也是排序实验题的作答依据,引用实验结果作答会更有说服力。
  5. 置换反应条件置换反应只有一条规则:活性高的金属能把活性低的金属从其化合物溶液中置换出来。例如铁比铜活跃,可以把铜从硫酸铜溶液中置换出来;反过来,铜却不能置换铁。判断这类题目时,先查活性序再下笔,把方向倒转是最常见的错误;紧记「活跃者排挤不活跃者」这条规则,即可避免失分。
  6. 活性序与提炼活性序决定金属在自然界的存在形式和提炼难度:金、银极不活跃,以单质形态直接存在;锌、铁等以矿石形式存在,可用碳还原等加热方法提炼;铝等更活跃的金属则须用电解法。金属越活跃越难提炼——铝在地壳中的含量其实比铁多,但人类要到十九世纪发明电解法之后,才能大量使用铝。

4图解 Diagrams

金属活性序Reactivity seriesK钾Na钠Ca钙Mg镁Al铝Zn锌Fe铁Pb铅Cu铜Ag银Au金活性高 High与水/酸猛烈反应中等 Medium与酸反应活性低 Low唔反应(天然单质)置换:铁钉放入硫酸铜 Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
图 1:金属活性序

5例题示范 Example

将一条铁钉放入蓝色硫酸铜溶液,会发生什么事?

  1. 活性序:铁>铜
  2. 铁将铜从硫酸铜中置换出来
  3. 蓝色渐变浅(铜离子减少),铁钉表面出现红褐色铜
  4. 方程式:Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
  5. 答案:铁的活性高于铜,所以铁把铜从硫酸铜溶液中置换出来:铁钉表面逐渐覆盖一层红褐色的铜,溶液因蓝色的铜离子减少、生成浅绿色的硫酸亚铁而由蓝转绿。方程式:Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu。作答时须写出「铁比铜活跃→发生置换→颜色变化+沉积物」三个得分点。

6常见错误 Mistakes

✗ 以为所有金属都同酸反应放氢气
✓ 只有活性序在氢之前的金属先得;铜、银、金同稀酸不反应。
✗ 置换方向搞错:以为铜可以置换铁
✓ 只有「活性高踢走活性低」:铁踢铜得,铜踢铁不得。
✗ 以为金属愈昂贵就愈活跃
✓ 活性与价格无关:金价格高昂却极不活跃;钠价格低廉却遇水即剧烈反应。判断活性只可以依据活性序。
✗ 把氢当成活性序中的一种金属
✓ 氢不是金属,只是排在铅与铜之间的参考线:氢之上的金属能与稀酸反应,氢之下的不能。

75 题快测 Quick check

Q1哪个较活跃:锌定铜?

Q2镁放入硫酸亚铁溶液会不会反应?

Q3为什么金可以在大自然直接找到(金块)?

Q4把铜片放入稀硫酸,会不会放出氢气?为什么?

Q5钾和钠为什么要浸在油中保存?

8重点回顾 Recap

  • 活性序:钾钠钙镁铝 锌铁铅铜 银金
  • 活性高:易反应、易被氧化
  • 置换:活性高踢走活性低
  • 氢之上的金属才与稀酸反应,放出氢气
  • 钾钠要浸油保存;金银以天然单质存在

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