運用圖像解決中考等質(zhì)量酸與兩種等質(zhì)量金屬反應(yīng)問題

摘 要：學(xué)生在解決等質(zhì)量酸與等質(zhì)量金屬相互反應(yīng)的問題時，對于反應(yīng)結(jié)束時，金屬有剩余還是酸有剩余，天平兩側(cè)金屬哪一側(cè)最終產(chǎn)生氣體量多的問題，一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個難點，教師僅通過化學(xué)方程式或者理論的語言講解，絕大多數(shù)學(xué)生較難理解，題目稍變就無從下手.因此，通過三個例題和三個變式說明如何通過畫圖像的方式更簡單地解決這類題目.

關(guān)鍵詞：等質(zhì)量;金屬與酸反應(yīng);圖像;初中化學(xué)

中圖分類號：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）05-0123-03

收稿日期：2021-11-15

作者簡介：荊曉冰，碩士，從事化學(xué)教學(xué)研究.

在等質(zhì)量酸與兩種等質(zhì)量金屬反應(yīng)的問題中，涉及到酸過量、兩種金屬均過量或僅一種金屬過量的情況.大部分初中生抽象概括能力較弱，僅靠化學(xué)方程式進(jìn)行思考，難以梳理清楚，理解的學(xué)生很多也存在只可意會不可言傳的狀況，因此，大多數(shù)學(xué)生做這類題就會產(chǎn)生恐懼心理，未審題就已經(jīng)放棄.針對在做這類題型時出現(xiàn)的問題，總結(jié)出以下方法，此方法適用于此類所有題型，便于學(xué)生理解反應(yīng)實質(zhì)，并且能夠讓學(xué)生舉一反三.

1 解題方法

為方便理解該方法的使用，以下圖像和題目中的金屬均以鋅和鐵為例.

1.1 理解四類基礎(chǔ)反應(yīng)情況的圖像

（1）等質(zhì)量的鋅和鐵分別與足量的酸反應(yīng)時，以反應(yīng)時間為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).因為鋅的金屬活動性比鐵強(qiáng)，所以在其中一種金屬反應(yīng)完之前，同樣時間下，鋅先反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量;根據(jù)計算，相對原子質(zhì)量越小，同等質(zhì)量的金屬產(chǎn)生的氣體越多，因此鐵最終產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于金屬鋅，如圖1所示.

（2）等質(zhì)量的鋅和鐵分別與足量的酸反應(yīng)時，以酸的質(zhì)量為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).從橫坐標(biāo)看，前期金屬對于酸是過量的，兩種金屬產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量均是根據(jù)酸的質(zhì)量計算，因此前期產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量在一條直線上;根據(jù)計算，相對原子質(zhì)量越小，同等質(zhì)量的金屬產(chǎn)生的氣體越多，因此鐵最終產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于金屬鋅，如圖2所示.

（3）等質(zhì)量的酸分別與足量的鋅和鐵反應(yīng)時，以反應(yīng)時間為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).因為鋅的金屬活動性比鐵強(qiáng)，所以在其中一種金屬反應(yīng)完之前，同個時間下，鋅先反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量;因為兩種金屬是過量的，酸最終是不足的，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量，是根據(jù)酸的質(zhì)量進(jìn)行計算，因此兩種金屬最終氫氣產(chǎn)生質(zhì)量相等，如圖3所示.

（4）等質(zhì)量的酸分別與足量的鋅和鐵反應(yīng)時，以金屬的質(zhì)量為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).從橫坐標(biāo)看，前期酸對于金屬是過量的，根據(jù)計算，相對原子質(zhì)量越小，同等質(zhì)量的金屬產(chǎn)生的氣體越多，所以在達(dá)到轉(zhuǎn)折點之前加入同等質(zhì)量的金屬鐵產(chǎn)生的氫氣一直高于金屬鋅;因為兩種金屬是過量的，酸最終是不足的，最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量，是根據(jù)酸的質(zhì)量進(jìn)行計算，因此兩種金屬最終氫氣產(chǎn)生質(zhì)量相等，如圖4所示.

1.2 具體解題流程

以上四幅圖均為酸過量或者金屬過量的情況，但不論是哪類物質(zhì)過量，兩個反應(yīng)中所加入的酸與金屬的質(zhì)量分別是等量的.由此可知，在題干給出分別加入等質(zhì)量的酸與等質(zhì)量的金屬反應(yīng)的題型中，就要結(jié)合所給信息判斷應(yīng)該是酸過量還是金屬過量了，是一種金屬過量了，還是兩種金屬均過量了.圖4表示的內(nèi)容即為向等量的酸中逐漸加入等質(zhì)量的金屬，直至加到兩種等質(zhì)量的金屬對于酸均過量.

第一步，按等質(zhì)量酸加入等質(zhì)量且足量金屬，以金屬的質(zhì)量為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo)的情況畫出坐標(biāo)圖，并如圖5所示，將反應(yīng)過程分成三部分.

第二步，確認(rèn)圖像每部分含義.①范圍內(nèi)（不含交界點），酸對于兩種金屬均為過量，因此根據(jù)計算，這部分產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量是相對原子質(zhì)量越小的金屬產(chǎn)生氣體越多;①和②兩部分的交界點，相對原子質(zhì)量較小的金屬恰好和酸反應(yīng)完，相對原子質(zhì)量較大的金屬隨著金屬的繼續(xù)加入，繼續(xù)產(chǎn)生氫氣;②范圍內(nèi)（不含交界點），相對原子質(zhì)量較小的金屬相對酸已過量，產(chǎn)生氣體多，相對原子質(zhì)量大的金屬相對酸量不足;②和③兩部分交界點，相對質(zhì)量較大的金屬恰好和酸反應(yīng)完，兩種金屬產(chǎn)生氣體質(zhì)量達(dá)到相等;③范圍內(nèi)（不含交界點），兩種金屬相對酸均已經(jīng)過量，因此產(chǎn)生氣體的質(zhì)量均根據(jù)酸的質(zhì)量計算，因此氫氣質(zhì)量不再隨著金屬的加入而改變，一直保持相等.

第三步，根據(jù)圖像和題干，確認(rèn)氣體產(chǎn)量，判斷是酸剩余還是金屬剩余，金屬剩余是剩余的哪種金屬.

2 例題解析

下面以三個例題和兩個變式，具體解析該法如何應(yīng)用.

例1 如圖6在托盤天平兩邊各放一只燒杯，調(diào)節(jié)至平衡，再向兩只燒杯中各注入相同質(zhì)量、相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸，然后分別向左右燒杯中投入相同質(zhì)量的鋅粒和鐵粒，天平指針的可能指向是（? ）.

①分度盤的左邊 ②分度盤的中間 ③分度盤的右邊

A.① B.② C.①② D.②③

解析 為方便計算，假設(shè)兩個燒杯中稀硫酸質(zhì)量均為98g，向其中不斷加入等質(zhì)量的鋅和鐵，根據(jù)56g鐵就可消耗完98g酸產(chǎn)生2g氫氣，65g鋅才能消耗98g酸產(chǎn)生2g氫氣，畫出圖5.根據(jù)圖5可以看出，當(dāng)加入的兩種金屬質(zhì)量在①范圍內(nèi)時，鐵產(chǎn)生氣體多于鋅，所以天平左側(cè)重;當(dāng)在②的范圍內(nèi)時，依舊鐵產(chǎn)生氣體多于鋅，天平左側(cè)重;從②與③交界處之后部分，不管鐵和鋅加多少，產(chǎn)生氣體量相同，所以天平平衡.因此，答案選C.

例2 如圖7在天平的左右兩個托盤上，各放一質(zhì)量相等的燒杯，其中盛有等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸，天平平衡，如果分別將下列四組中的兩種物質(zhì)放入左右兩個燒杯內(nèi)，充分反應(yīng)后，天平仍保持平衡的是（? ）.

A.等質(zhì)量的鋅和銅

B.等質(zhì)量的鋅和鐵（反應(yīng)后燒杯內(nèi)酸都有剩余）

D.等質(zhì)量的鋅和鐵（反應(yīng)后燒杯中兩種金屬均有剩余）

D.等質(zhì)量的鋅和鐵（鋅完全反應(yīng)，鐵有剩余，兩燒杯內(nèi)的酸均完全反應(yīng)）

解析 A選項錯，銅不與稀硫酸反應(yīng)，天平不可能平衡;B選項錯，等質(zhì)量的兩杯酸中加入等質(zhì)量的金屬，只有產(chǎn)生氣體相同時，兩側(cè)燒杯才能保持平衡.根據(jù)圖5可以看出，從②與③交界處往后，兩種等質(zhì)量金屬產(chǎn)生氣體質(zhì)量相同，其中鐵在①與②交界處恰好把酸反應(yīng)完，酸不再有剩余，鋅在②與③交界處恰好把酸反應(yīng)完，酸不再有剩余，也就是從②與③交界處往后，燒杯內(nèi)均無酸剩余，C選項正確，所加兩種金屬質(zhì)量范圍從③往后，兩個燒杯酸均已反應(yīng)完，反應(yīng)后燒杯中兩種金屬均有剩余;D選項正確，當(dāng)兩種金屬所加質(zhì)量是②與③交界處，鋅恰好完全反應(yīng)，而鐵從①與②交界處往后就開始有剩余，兩燒杯內(nèi)的酸均完全反應(yīng).

例3 在已調(diào)平的托盤天平兩盤各放一只等質(zhì)量的燒杯，向燒杯中各加入質(zhì)量相等、質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相等的稀硫酸，然后在左右兩盤的燒杯中分別放入等質(zhì)量的鋅粉和鐵粉.下列現(xiàn)象不可能觀察到的是（? ）

A.天平指針最終偏向放鋅粉的燒杯一邊

B.天平指針開始偏向放鐵粉的燒杯一邊

C.只有鐵粉有剩余

D.只有鋅粒有剩余

解析 A選項錯，由圖5可知，所加兩種金屬質(zhì)量范圍在②與③交界處之前鐵產(chǎn)生氣體多，天平指針應(yīng)偏向鋅，在②與③交界處之后產(chǎn)生氣體量相同，天平平衡;B選項錯，根據(jù)金屬活動性鋅大于鐵，開始時鋅反應(yīng)快，產(chǎn)生氣體多，所以開始時，天平指針應(yīng)偏向鐵;C選項錯，D選項正確，鐵從①與②交界處往后就開始有剩余，鋅是從②與③交界處往后才開始有剩余，所以可能出現(xiàn)，只有鐵粉剩余或者兩種金屬均有剩余.

變式1 如圖8將等質(zhì)量的鋅粉和鐵粉分別與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同且等質(zhì)量的稀硫酸充分反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與時間的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（ D ?）A. 曲線a表示鐵與稀硫酸的反應(yīng)

B. 曲線a表示的反應(yīng)，金屬一定有剩余

C. 曲線b表示的反應(yīng)，稀硫酸一定有剩余

D. 若有一種金屬剩余，則剩余的金屬一定是鐵

解析 A選項錯，向等質(zhì)量的酸中加入等質(zhì)量的金屬鐵和鋅，因鋅活動性強(qiáng)反應(yīng)更快，所以開始時鋅產(chǎn)生氫氣多，在酸足量的情況下，因鐵的相對質(zhì)量小于鋅，所以鐵最后產(chǎn)生的氣體多.根據(jù)以上分析，a是鋅，b是鐵;B選項錯，根據(jù)圖8可知所加金屬質(zhì)量范圍處于鐵最終產(chǎn)生氣體多于鋅的②與③交界處之前，鋅還沒有將酸消耗完，不可能剩余;C選項錯誤，D選項正確，在①與②交界處之前，鐵與鋅均沒有消耗完酸，均無剩余，從①與②交界處開始鐵有剩余，②與③交界處之后鋅才有剩余，但根據(jù)圖8可知所加金屬質(zhì)量范圍處于②與③交界處之前，鋅不可能剩余.

變式2 將等質(zhì)量的A和B兩種金屬，分別放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的稀硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的稀鹽酸中，其中A的相對原子質(zhì)量比B的相對原子質(zhì)量小，在反應(yīng)中A、B元素在生成的化合物中均顯示正二價，兩種金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量隨反應(yīng)時間變化曲線如圖10所示.下列說法正確的是（ C ）

A.產(chǎn)生氫氣的速率A<B

B.反應(yīng)后A、B一定都有剩余

C.消耗的稀硫酸和稀鹽酸質(zhì)量一定不相等

D.消耗B的質(zhì)量一定小于A的質(zhì)量

解析 根據(jù)圖中前期每同個時間下均是金屬A產(chǎn)生氣體多于金屬B，因此金屬A的活動性比金屬B強(qiáng)，和酸溶液反應(yīng)時產(chǎn)生氣體的速率也就越快，A選項錯誤;根據(jù)圖10最終兩種金屬產(chǎn)生氣體一樣多，說明反應(yīng)處于圖5③范圍含與二范圍的交界點處，可能兩種金屬均不剩，也可能剩余相對質(zhì)量小的A，選項B 錯誤;兩種金屬最終產(chǎn)生的氫氣相等，那么氫元素的質(zhì)量相等，因為硫酸和鹽酸的相對分子質(zhì)量不相等，因此等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸和稀鹽酸質(zhì)量一定不相等，C選項正確;因為A的相對原子質(zhì)量小于B，因此得到相同質(zhì)量的氫氣所消耗的金屬A的質(zhì)量要小一些，D選項錯誤.

以上6個題目均為向等質(zhì)量的酸中加入等質(zhì)量的金屬常見題型，根據(jù)畫圖的方法，確認(rèn)每部分含義后，學(xué)生可以準(zhǔn)確的判斷出反應(yīng)所在階段，明確氣體產(chǎn)量以及酸與金屬誰有剩余，該方法便于學(xué)生理解，給學(xué)生一定的解題思路，讓學(xué)生不在只可意會不可言傳，同時也避免了僅根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行分析時的失誤.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽]