金属：活动序与金属的提取
进阶活动序把金属按活泼程度由强至弱排列；最活泼的钾至铝须电解熔融矿石提取，锌铁铅铜可与碳共热还原，金银汞极不活泼，甚至以自由态存在于自然界。
- 活动序：钾钠钙镁铝、（碳）、锌铁铅、（氢）、铜汞银金；愈前愈活泼、愈易失电子
- 氢前金属与稀酸反应出氢气；氢后金属不与稀酸反应
- 置换反应：活泼金属把不活泼金属挤出盐溶液，如 Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
文体小知识：科学知识说明文——从金属与氧、水和稀酸的反应剧烈程度建立活动序，再依金属在序中的位置讲解碳还原与电解两种提取方法。
§课文原文 Passage
1把镁带烧起来火花四射，铜线放在火焰上却只是慢慢变黑，可见金属的活泼程度相差极远。化学家比较各金属与氧（或空气）、水和稀酸反应的剧烈程度，把它们由活泼到不活泼排成一列，称为活动序：钾、钠、钙、镁、铝、（碳）、锌、铁、铅、（氢）、铜、汞、银、金。碳和氢虽然不是金属，也列入作为参考界线。
2活动序愈前的金属愈容易失去电子成为阳离子，也愈难从其化合物中还原出来。排在前面的钾、钠、钙、镁、铝，能与水或稀酸剧烈反应，在自然界几乎全部以化合态存在；排在氢之后的铜、汞、银、金则不与稀酸反应，金和银甚至能在自然界以自由态出现，古人因此早就能直接拾得天然金块。
3提取金属，就是把金属从其化合物还原出来，方法由活泼程度决定。排在铝之前的五种金属太活泼，与氧结合得太牢，碳也还原不动，须用电解熔融化合物的方法，例如电解熔融氧化铝制铝；锌、铁、铅和铜在碳之后，可把矿石与碳共热，或用一氧化碳在高温下还原，鼓风炉炼铁正是一例。
4活动序还能预测置换反应：较活泼的金属能把较不活泼的金属从其盐溶液中置换出来。举个例子：把铁钉放进硫酸铜(II)溶液，铁溶解的同时，表面便铺上一层红棕色的铜。掌握活动序，等于掌握金属反应的路线图：能否与酸反应、谁置换谁、怎样提取，全都能由此推断，这正是本课题的实用价值。
1重点摘要 Summary
活动序把金属按活泼程度由强至弱排列；最活泼的钾至铝须电解熔融矿石提取，锌铁铅铜可与碳共热还原，金银汞极不活泼，甚至以自由态存在于自然界。
2生字卡 Vocabulary
金属按活泼程度由强至弱排列的次序，又称金属活性序，碳和氢列入作参考。
较活泼的金属把较不活泼的金属从其盐溶液中取代出来的反应。
含有金属化合物、可供提取金属的岩石，如赤铁矿、铝土矿。
把金属从其矿石（化合物）还原出来的过程，方法取决于金属的活泼程度。
物质得到电子（或失去氧）的过程；提取金属即把金属离子还原成金属。
主要成分为氧化铁(III)（Fe₂O₃）的铁矿石，是鼓风炉炼铁的原料。
以一氧化碳在高温下还原铁矿石炼铁的大型炉。
用电流逼使物质分解的反应；活泼金属靠电解熔融化合物提取。
金属在自然界以化合物形式存在的状态，活泼金属几乎全是化合态。
金属以单质形式存在于自然界的状态，如天然金和天然银。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：用实验排出一条队伍比较金属活泼程度，看三类反应的剧烈程度：与氧（或空气）、与水、与稀酸。举个例子：钾和钠投入水中便滋滋作响、快速游动，镁与冷水几乎不反应却能与稀酸剧烈冒泡，铜连稀酸也不理。综合各项实验证据，金属由活泼到不活泼排成活动序：钾、钠、钙、镁、铝、锌、铁、铅、铜、汞、银、金，碳和氢分别插在铝后与铅后作界线。
- 第二步：活动序的位置说明甚么位置愈前，金属愈容易失去电子变成阳离子，与氧结合愈牢固，把它的化合物还原成金属便愈困难。氢是重要界线：排在氢之前的金属能与稀氢氯酸或稀硫酸反应，放出氢气；排在氢之后的铜、汞、银、金则不能。举个例子：锌粒滴进稀酸咕咕冒泡，铜片放进同样的酸却毫无动静，单凭这一对照已可判断锌活泼于氢而铜不活泼于氢。
- 第三步：置换反应——活动序的实战应用较活泼的金属能把较不活泼的金属从其盐溶液中挤出去，这是活动序最直接的应用。以铁钉放入硫酸铜(II)溶液为例：铁排在铜之前，铁原子失去电子变成亚铁离子进入溶液，铜离子得到电子变成铜原子，附在钉面。反应式为 Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu，离子反应式为 Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu。现象是铁钉铺上红棕色固体、蓝色溶液逐渐转淡，两个观察都要写齐。
- 第四步：提取的原则——还原金属离子矿石中的金属多以阳离子形式存在，提取金属就是把这些离子还原成金属原子，方法由活泼程度决定。规律很清晰：金属排在碳之前，碳还原不动，要用电解；排在碳之后，把矿石与碳共热或用一氧化碳还原即可。举个例子：提取铝要电解熔融氧化铝，提取铁只需鼓风炉，成本相差极大，这也解释了为何铝虽比铁多蕴藏，价格却长期较高。
- 第五步：电解提取——最活泼的五个钾、钠、钙、镁、铝排在碳之前，与氧结合极牢，化学还原剂无能为力，须用电流强行把金属离子还原：把矿石熔融，通电后金属离子在阴极得到电子变成金属。举个例子：工业上电解熔融氧化铝（Al₂O₃）大量制铝，铝罐、飞机机身用的铝都源于此；钠则由电解熔融氯化钠制得。电解耗电巨大，所以提炼铝的工厂多半建在电力便宜的地方，回收铝远比从矿石炼铝省能。
- 第六步：碳还原炼铁——鼓风炉锌、铁、铅、铜排在碳之后，可用碳或一氧化碳还原。鼓风炉炼铁以赤铁矿（主要成分 Fe₂O₃）为原料：焦炭燃烧提供高温并生成一氧化碳，一氧化碳在高温下夺走氧化铁中的氧，反应式为 Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂。举个例子，配平时要逐步检查：铁左右各二、氧左右各三、碳左右各三，三种原子都齐。若直接用碳共热，反应式为 2Fe₂O₃ + 3C → 4Fe + 3CO₂，两式都要写得平冲才算对。
- 第七步：最不活泼的金属与资源保育活动序末端的铜、汞、银、金化性极不活泼：铜和汞的氧化物稍加热便分解出金属，金和银更常以自由态藏在矿脉中，直接开采提炼即可。举个例子：古代金沙江畔有人直接淘取天然金砂，而钠、钙在自然界却连一克单质也找不到，对比正说明活泼程度差异。金属蕴藏量有限，开采又耗能兼破坏环境，所以回收金属（如回收铝罐再造）能同时节约资源与能源，是课程强调的正面态度。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
工业情境：某钢铁厂以赤铁矿（主要成分为氧化铁(III)，Fe₂O₃）炼铁；另一工场则要从矿石提取铝，并有学生误以为可用碳把铝还原出来。试解答：一、写出高温下用一氧化碳还原氧化铁(III)的平衡化学反应式；二、解释为何铝不能用碳还原提取，并写出应采用的方法；三、指出活动序中哪些金属必须用电解提取。
- 写反应式：一氧化碳夺走氧化铁(III)中的氧，先写 Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂，再配平为 Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
- 检查配平：铁左二右二、氧左三右三、碳左三右三，三种原子数目全部相等
- 判断铝的方法：铝排在碳之前，与氧结合极牢固，碳的还原能力不足以把铝还原出来
- 写出正确方法：电解熔融氧化铝（Al₂O₃），铝离子在阴极得到电子变成铝金属
- 指出电解名单：活动序中排在碳之前的钾、钠、钙、镁、铝五种金属都须用电解提取
- 答案：高温下氧化铁(III)被一氧化碳还原的反应式为 Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂。铝排在活动序中碳之前，与氧结合极牢固，碳无法把铝从氧化铝中还原出来，因此必须电解熔融氧化铝，让铝离子在阴极得到电子变成铝金属。活动序中排在碳之前的五种金属——钾、钠、钙、镁、铝——都必须用电解法提取；锌、铁、铅、铜排在碳之后，用碳或一氧化碳还原即可。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1写出活动序由前至后的金属次序（连同碳和氢的界线）。
Q2为何钾和钠等金属须用电解法提取？
Q3写出高温下一氧化碳还原氧化铁(III)的化学反应式。
Q4把铁钉放进硫酸铜(II)溶液有何现象？写出化学反应式。
Q5为何自然界可以找到天然金，却找不到天然钠？
8重点回顾 Recap
- 活动序：钾钠钙镁铝、（碳）、锌铁铅、（氢）、铜汞银金；愈前愈活泼、愈易失电子
- 氢前金属与稀酸反应出氢气；氢后金属不与稀酸反应
- 置换反应：活泼金属把不活泼金属挤出盐溶液，如 Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
- 提取方法看位置：钾至铝用电解熔融矿石；锌铁铅铜用碳或一氧化碳还原（Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂）
- 金银汞极不活泼：氧化物易热解，金银可呈自由态；回收金属是保育资源的正路