怎样区分活泼与不活泼金属?
金属的活泼性顺序
一些金属在空气或氧气中燃烧时会放出大量的热能和光能,而另外一些金属与氧气的反应则不明显。这表明,有些金属可与氧进行剧烈的反应,而有些金属则不然。我们说前者更易与氧进行反应。换句话说,这些金属与氧有更大的亲和力。
现在考察镁与空气或与氧气的反应。把镁带加热到某一足够高温度时,镁带即与氧发生迅速的反应,同时产生大量的热能和光能。镁带燃烧部位放出的热量必须能把相邻部位的金属加热到足够高的温度从而使整个反应能迅速进行下去。镁和氧的反应放出大量的热能这一现象表明了镁和氧有较大的亲和力,也就是说,镁和氧比较容易进行反应。
再来考察铜与空气或与氧气的反应。此反应进行缓慢,并且放出热能的现象不明显。该反应需要供给大量的热,这是由于铜和氧的亲和力小,即铜与氧的反应性低,铜与氧发生反应的部位放出的热量不足以维持邻近区域的铜继续进行反应。
实验可以比较一些金属和氧的反应性。为使比较合理,所有金属必须是同一状态,如都是粉末。实验时,首先对高锰酸钾加热制得氧气,然后让氧气流过灼热的金属粉末。通过观察金属灼烧的剧烈程度或者观察软质玻璃试管开始出现弯曲的先后时间就可确定每种金属的反应性。
借助这一实验可以把某些金属的反应活泼性顺序排列出来,排列时,反应性最强的金属放在上部,反应性最差的金属放在下部,下面就是一简短的反应性顺序。
其它金属例如钠和金也可排入这一顺序,实际上,钠可在空气中剧烈地燃烧,不管预先是否对钠加过热,因此,要防止钠在空气中着火燃烧,就要把钠储藏在油中。但金即使在相当高的温度下也绝不会在空气中燃烧。这样,在活泼性顺序中,可把钠排在镁的上面,而金则放在铜的下面。
与水和酸反应的金属
金属活泼性顺序的观点,除用以说明它们与空气或氧的反应以外,也可用来说明金属与其它物质进行反应时的强弱程度。
一些金属在与水或水蒸汽反应时所观察到的现象。由该表可看出,金属与水或水蒸汽反应时的反应顺序与金属与空气或金属与氧气反应时的顺序非常相似。
实验1 金属与酸反应时的活泼性顺序
本实验需要用下面三种浓度的酸各约25毫升。
(a)很稀的盐酸
(b)稀盐酸
(c)中等浓度的盐酸
注意:如果酸液溅到皮肤或衣服上必须立刻用大量的清水冲洗干净。
还需要10平方毫米(或带状)的镁带,以及铜、铅和锌箔,铁试样可用一根小铁钉。
取三种浓度的酸液各若干厘米3,分别加入放有同一种金属的三个试管内。
·怎样鉴别试管内是否发生了化学反应?
如果某种金属与冷酸反应,则可判定该金属也与热酸发生反应。对于稀酸,如果不发生反应,可用微火对试管加热。加热时不要让试管口朝向人。
·此时是否发生了反应?
不要把沸腾与气体(氢气)在金属表面逸出这两种现象相混淆。
·填表,表格及填写格式如下表,你认为已经发生了反应,就在表格中画一勾号“√”。说明你是如何做的实验时可画一条直线。
·哪些金属最容易与酸反应?打勾多的还是打勾少的?
·按金属的活泼性顺序排列这些金属?最易反应的排在第一位。
·金属和氧或金属和水的活泼性顺序与本实验排列出的活泼性顺序相同吗?
从溶液中制取金属
在硫酸铜溶液中放入一枚铁钉,铁钉表面就会覆盖上一层红色的固体物质(图11.2)。这种物质是金属铜,它被金属铁从硫酸铜中“排挤”(置换)出来。该反应可用下面的方程来描述:
铁+硫酸铜→铜+硫酸铁
Fe(s)+CuSO4(aq)→Cu(s)+FeSO4(aq)
式中“aq”是“aqueous”的缩写,意为水溶液,它说明硫酸铜和硫酸铁均为水溶液。
这类反应称为置换反应。如果知道了金属的活泼性顺序,就能预测一种金属能否从另一种金属的溶液中将该金属置换出来。例如,铁在顺序表中的位置排在铜的上面,故铁可从硫酸铜溶液中置换出铜。
实验2 某些置换反应的验证
所用的金属和溶液列于表11.2中。在每种情况下,都是把一片干净的金属(箔或钉)放入盛有几毫升溶液的试管内。
是否可观察到金属表面上出现新的沉积物(镀层)?
如果金属表面未立刻发生变化,可将试管直立放在试管架上静置几分钟,然后再重新观察。
·抄表11.2并在相应的表格内标以记号,如认为已经发生反应,则标以“√”,反之则标以“×”(表中已标有一“√”和一“×”)。
·在这些置换反应中金属的活泼性顺序是怎样的?
·这个顺序与金属与酸反应的顺序一致吗?
习题
1.假如给你一块金属锡,叙述确定其在金属活泼性顺序中位置的方法。回答时应叙述几个不同的实验。
2.下面是铅的一些性质:
(a)加强热时,铅可与空气缓慢反应生成氧化物。
(b)铅可和沸腾状态的中等浓度盐酸反应,但不和稀盐酸反应。
回答铅是否比下列金属(i)镁,(ii)铜,(iii)铁更容易进行反应,说明你的理由。
如果提供给你下列实验物质:铅屑、硝酸、铅溶液、铜屑、硫酸铜溶液、铁钉、硫酸铁溶液、镁带和硫酸镁溶液,你怎样利用这些物质验证你的答案。
3.(a)金属金和银常作为什么应用?
(b)你认为这两种金属在活泼性顺序中什么位置?
(c)解释(a)和(b)的答案间的联系。
4.描述一个可说明镁粉比铁粉更易与硫酸反应的实验。