金屬在溶液中反應(yīng)的有關(guān)量變化規(guī)律探究

許波蘭

在各地中考化學(xué)試題中常出現(xiàn)一些金屬與酸金屬與鹽溶液進(jìn)行置換反應(yīng)時有關(guān)量變化的題型，這類試題多數(shù)設(shè)計成選擇填空，能否簡便、準(zhǔn)確、快速地作出結(jié)果，重要在于知識的牢固、靈活掌握的能力。

一、金屬與酸的置換反應(yīng)

規(guī)律1：等質(zhì)量不同種活潑金屬的單質(zhì)與非氧化性稀酸反應(yīng)，放出H2質(zhì)量比等于反應(yīng)生成鹽中各金屬元素化合價和金屬的相對原子質(zhì)量之比，其中比值最大的放出H2的質(zhì)量最多，同理，要得到相同質(zhì)量的H2所需金屬的質(zhì)量比應(yīng)為：相對原子質(zhì)量與化合價之比。

例1 將質(zhì)量為mg，Zn、Fe、Mg、Al分別投入到足量的稀鹽酸中，置換出氫氣質(zhì)量從多到少的順序_____.

解析 由題意知：Zn、Fe、Mg、Al分別與鹽酸反應(yīng)生成的鹽分別為ZnCl₂、FeCl₂、MgCl₂、AlCl₃。按上述規(guī)律可求它們所生成的氫氣的質(zhì)量比為：2/65：2/56：2/24：3/27=1/32.5：1/28：1/12：1/9，所以上述金屬置換出H2的質(zhì)量由多到少的順序

為：Al>Mg>Fe>Zn。

規(guī)律 1也可用于判定等質(zhì)量金屬的碳酸鹽和稀酸反應(yīng)放出CO₂氣體的質(zhì)量的多少，即用反應(yīng)生成鹽中金屬元素的化合價與相對原子質(zhì)量之比來衡量，比值大的放出CO₂氣體的質(zhì)量較多，相反則較少。

規(guī)律 2：等質(zhì)量、等濃度的不同種稀酸溶液與足量的活潑金屬單質(zhì)（也可指不同種活潑金屬）反應(yīng)，放出H2的質(zhì)量比等于各酸酸根的化合價與其酸的相對分子質(zhì)量的比，其中比值大的放出H₂質(zhì)量多。

例2 濃度相同、質(zhì)量均為wg的稀鹽酸、稀硫酸、稀磷酸的溶液分別跟足量金屬鋅反應(yīng)，放出H₂質(zhì)量由多到少順序為_______。

解析 HCI、H₂SO₄、H₃PO₄。中各酸根的化合價和其酸的相對分子質(zhì)量比分別為1/36.5、2/98、3/98，即1/36.5.1/49、1/32.7，因此上述三種酸按放出H2的質(zhì)量由多到少的順序為：H₃PO₄>HCl>H₂SO₄。

規(guī)律 3：等質(zhì)量、等濃度同一種稀酸溶液與不同種活潑金屬的單質(zhì)完全反應(yīng)或等質(zhì)量同一種活潑金屬的單質(zhì)與不同種稀酸溶液完全反應(yīng)，放出H2的質(zhì)量都相等（理由：（1）因同一種酸中所含的氫元素的質(zhì)量相等;（2）參加反應(yīng)的同種金屬單質(zhì)與反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量比一定）。

例3 Al、Zn、Fe分別跟等質(zhì)量、等濃度稀H，SO4完全反應(yīng)后，三種金屬都有剩余，且剩余金屬的質(zhì)量Al>Zn>Fe。如果生成H₂的質(zhì)量分別為ag，bg，cg，則a、b、c之間的關(guān)系是（）。

A.a>b>c

B.a

C.a=b=c

D.沒有一定關(guān)系

解析 如果對題意沒有審清，很容易錯誤選B，原因是金屬剩余少，與酸反應(yīng)時就消耗得多，生成H₂的質(zhì)量就多。其實，題中給出的剩余金屬Al>Zn>Fe是個陷阱，因為無論金屬剩余多少，稀H₂SO₄，在反應(yīng)中都已耗盡。所以，本題如果依上述規(guī)律求解，則化難為易，迅速得到正確答案：a=b=c。答案為C。

該規(guī)律也可以推出：（1）等質(zhì)量的不同種金屬的碳酸鹽和足量的稀酸溶液（也可指不同種酸）反應(yīng)，如果它們的相對分子質(zhì)量相等，那么所產(chǎn)生的CO₂氣體的質(zhì)量也相等。（2）等質(zhì)量的同一種金屬的碳酸鹽和不同種稀酸溶液完全反應(yīng)，放出CO₂氣體質(zhì)量相等。

例4 相同質(zhì)量的碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉分別跟足量的稀鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量分別是mg.ng，pg.qg，m.n、p.q之間的關(guān)系是（）

A.m=n=p=q

B.m=n，p=q

C.m=p，n=q

D.m=q，n=p

解析 本題只要進(jìn)行比較，并不要求（也不可能）算出CO₂的質(zhì)量，通常解法是：寫出四種物質(zhì)分別與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式或關(guān)系式，并確定質(zhì)量關(guān)系，進(jìn)行比較。這種解法顯然耗時費力，容易產(chǎn)生錯誤，事倍功半。但若掌握了上述解題規(guī)律，就可以信手拈來，輕松得出正確答案：m=p，n=q。答案為B。

規(guī)律 4：足量的活潑金屬單質(zhì)和稀酸溶液反應(yīng)時，溶液質(zhì)量一定增大，而金屬的質(zhì)量一定減小;如果金屬與稀酸溶液不發(fā)生反應(yīng)，則溶液的質(zhì)量和金屬的質(zhì)量都不變。

例5 在天平兩端的燒杯中分別盛有足量稀鹽酸，調(diào)整天平平衡后向其中一只燒杯中投人10g碳酸鈣，要使天平繼續(xù)保持平衡，向另一只燒杯中投人鋁片的質(zhì)量為_______g。

解析 設(shè)向另一只燒杯中需投入xg鋁片，那么

根據(jù)題意知，因反應(yīng)后天平仍保持平衡，所以48x/54=56x10/100，解得x=6.3g。

二、金屬和鹽的置換反應(yīng)

規(guī)律 5：足量的金屬單質(zhì)和鹽溶液不發(fā)生置換反應(yīng)時，溶液的質(zhì)量和金屬的質(zhì)量都不變。

規(guī)律 6：足量的金屬單質(zhì)和鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)時，如果兩種金屬元素在鹽中的化合價相等，那么溶液或金屬（包括附著物）的質(zhì)量增減由參加反應(yīng)的金屬的相對原子質(zhì)量和生成的金屬的相對原子質(zhì)量大小來衡量。如果前者大于后者，那么溶液的質(zhì)量增大，金屬質(zhì)量減小;反之，相反;若其化合價不等，則取決于各個相對原子質(zhì)量之和的大小，但結(jié)論和等價時一致。

例6 將足量的金屬鋅片浸人下列溶液中：

A.HCl

B.MgCl₂

C.Hg（NO₃）₂

D.Na₂SO₄

E.H₂SO₄

F.CuCl₂

G.KNO₃

H.FeSO₄

經(jīng)一定時間后，則（用序號填空）：（1）溶液的質(zhì)量增大的有_______，鋅片的質(zhì)量減小的有_______。（2）溶液的質(zhì)量不變的有_______，鋅片的質(zhì)量不變的有_______。（3）溶液的質(zhì)量減小的有_______，鋅片的質(zhì)量增大的有_____。

解析 題中給出的溶液，有兩種是酸的溶液，六種是鹽的溶液。初看似乎難以解答，但若按上述規(guī)律就可迅速選出合適的答案：（1）AEFH，AEFH;（2）BDG，BDG;（3）C，C.

總之，有的放矢并且合理運用以上規(guī)律，將其再解類似問題時提供一把“鑰匙”，使學(xué)生不斷總結(jié)和積累知識，并讓規(guī)律在中考中發(fā)揮作用。