新解“金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)”

摘 要：“金屬的化學(xué)性質(zhì)”是初中化學(xué)第八單元的核心內(nèi)容.金屬與鹽溶液的化學(xué)反應(yīng)，是金屬化學(xué)性質(zhì)的重要體現(xiàn)，因此在各個大型考試中必然出現(xiàn)，但題目的難度較大.在教學(xué)中，學(xué)生的解題方法大多是按一定的“程序”，即將反應(yīng)的各種情況一一羅列出來，解題過程繁瑣.現(xiàn)嘗試提出新的解題方法，旨在于響應(yīng)“雙減”政策，減輕學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān).

關(guān)鍵詞：解題；金屬；鹽溶液；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（2023）17-0113-03

收稿日期：2023-03-15

作者簡介：張欣（1983-），女，湖北省武漢人，本科，中學(xué)一級教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

1 金屬與鹽溶液的化學(xué)反應(yīng)

金屬的化學(xué)性質(zhì)包括金屬與氧氣反應(yīng)、金屬與酸溶液的反應(yīng)、金屬與鹽溶液的反應(yīng).金屬與酸溶液的反應(yīng)、金屬與鹽溶液的反應(yīng)在基本反應(yīng)類型上均屬于置換反應(yīng)，但金屬與鹽溶液的反應(yīng)則因其多樣性更能考查學(xué)生能力，故而頻繁出現(xiàn)在各大考試中.在日常教學(xué)中，將課本內(nèi)容簡化為活動性強(qiáng)的金屬可以置換出活動性弱的金屬，學(xué)生在單一反應(yīng)的題目中均有較高的正確率.但近年來的考試中會涉及到多個反應(yīng)，解題時還需同時考慮反應(yīng)順序的問題，因此成為考試中的難點.在多個反應(yīng)中，最活潑的金屬會最先將最不活潑的金屬置換出來.同樣，如果將活動性不同的幾種金屬加入到一種鹽溶液中，最活潑的金屬會先發(fā)生反應(yīng).學(xué)生在教學(xué)中會按照上述結(jié)論將解題程序化.以下舉兩個例子，分別對應(yīng)一種金屬兩種鹽和兩種金屬一種鹽的反應(yīng)。

例題1 在Fe（NO₃）₂、Cu（NO₃）₂的混合溶液中投入一定量的鋅粉，充分反應(yīng)后得到濾渣和濾液.關(guān)于濾渣和濾液的下列說法中，正確的是（）.

A．濾渣中一定有銅和鐵

B．濾渣中一定有銅，可能有鐵

C．濾液中一定為淺綠色

D．濾液中不可能有三種溶質(zhì)

例題2 將一定質(zhì)量的Al和Fe的混合粉末加入AgNO₃溶液中，充分反應(yīng)后得到濾渣和濾液.關(guān)于該濾渣和濾液的下列幾種說法中，正確的是（）.

A.在濾渣中加入稀硫酸，一定有氣泡產(chǎn)生

B.濾渣中一定含有Ag

C.在濾液中加入稀鹽酸，一定有白色沉淀產(chǎn)生

D.濾液中一定含有Fe（NO₃）₂和Al（NO₃）₃，一定不含AgNO₃

2 教學(xué)常見解法

例題1中由于鋅粉的量為“一定量”，在化學(xué)上包括有少量、適量、過量的幾種情況，因此對于此類問題，在以往聽課的過程中，教師教授學(xué)生根據(jù)鹽溶液中的金屬的活潑程度按從小到大排列（考慮反應(yīng)的先后順序），然后根據(jù)各自的量對各自的濾渣和濾液進(jìn)行羅列，最后按照結(jié)果將題目的選項一一比對.如對于以上例題，通常解法見表1.

A.錯誤.濾渣中不一定有鐵，如情況Ⅰ、Ⅱ；B.正確；C.錯誤.濾液可能為無色，如情況Ⅳ、Ⅴ;

D.錯誤，如情況Ⅰ.

而對于例題2將金屬按活潑程度排列，與鹽溶液反應(yīng)（見表2）.

A.只有在濾渣中存在活潑金屬的情況下，加入酸溶液才可能會產(chǎn)生氣泡，而情況Ⅳ、Ⅴ在濾渣中加入酸溶液均不可能產(chǎn)生氣泡，錯誤；B.正確；

C.只有在溶液中存在有硝酸銀時，加入稀鹽酸才可能產(chǎn)生沉淀，而只有情況Ⅴ才符合，錯誤;

D.看分析，濾液中的溶質(zhì)一定含有Al（NO₃）₃，其余兩種均為可能產(chǎn)生，錯誤.

從上述過程可以看出這樣的解法，除了要掌握多個置換反應(yīng)發(fā)生的先后順序規(guī)律外，還要能夠正確分析出每一種情況對應(yīng)的濾渣濾液情況，這對于優(yōu)生問題不大，因為他們理解到位，基礎(chǔ)扎實，思路清晰；但對于大部分普通學(xué)生而言，無論是作業(yè)中還是考試中，都需要花費較多的時間，影響學(xué)生的成績.在實際的教學(xué)過程中，教師也發(fā)現(xiàn)這類學(xué)生往往會有“聽得懂，不會做”的困惑.

3 新的解題思路

在現(xiàn)在的考試中，也已經(jīng)不滿足于一種金屬、兩種鹽的情況，出現(xiàn)了多種金屬與多種鹽反應(yīng)的情況，且題目通常描述為“一定量”（如上述例題），因此一一羅列的情況會更加復(fù)雜.已知金屬反應(yīng)的先后順序由金屬的活動性順序決定，可以引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)想想為什么題目中濾渣和濾液的成分有“一定”“可能”的區(qū)別呢？通過對上述解題的圖表分析出某些物質(zhì)一定存在，這是因為某個反應(yīng)確定發(fā)生了，那么該反應(yīng)的產(chǎn)物一定會存在于相應(yīng)的濾渣或濾液中，但其反應(yīng)物是否發(fā)生完全，無法確定（但兩種反應(yīng)物不能同時存在）；而某些反應(yīng)無法判斷其是否發(fā)生，則該反應(yīng)的產(chǎn)物只能是可能存在于相應(yīng)的濾渣或濾液中（發(fā)生了就存在，不發(fā)生就不存在）.

這里仍以前文例題為例說明此思路：

例題1整個反應(yīng)涉及三種金屬，其金屬的活動性順序排列為Zn>Fe>Cu，

所以無論金屬量多量少，一定發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是：

Zn+Cu（NO₃）======₂Cu+Zn（NO₃）₂

因此在濾渣里一定有金屬Cu，濾液里一定有Zn（NO₃）₂.

而鋅是否與硝酸亞鐵反應(yīng)不確定，其產(chǎn)物鐵可能存在于濾渣中，則對于反應(yīng)后濾渣濾液的成分判斷見表3.

因此，例題1中只有選項B正確.

通過觀察能發(fā)現(xiàn)，錯誤的選項在設(shè)置上主要是將因為無法判斷是否發(fā)生反應(yīng)而不能確定的物質(zhì)描述為一定存在，或?qū)⒛艽_定發(fā)生了反應(yīng)一定存在的物質(zhì)描述為可能存在，根據(jù)以上的方法，這個題目的解題過程就會相當(dāng)?shù)睾唵慰焖?

對于例題2中的兩種金屬與一種鹽反應(yīng)的情況也同樣適用.

例題2中同樣涉及三種金屬，其金屬的活動性順序為Al>Fe>Ag，

因此在過程中一定發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

Al+3AgNO₃=======3Ag+Al（NO₃）₃

由上述反應(yīng)可以得出在濾渣中一定含有Ag，而在濾液里一定有Al（NO₃）₃（見表4）.

A.濾渣中有活潑金屬加酸才可能有氣泡，而鋁和鐵只是可能存在，錯誤；B.正確；C.AgNO₃只是可能存在，因此只能說可能產(chǎn)生沉淀，說法錯誤；

D.濾液中能確定一定存在的只有硝酸鋁，說法錯誤.

無需列舉所有情況，只需根據(jù)活動性順序就可以解題.對于更復(fù)雜的情況，例如前文中提到多種金屬與多種鹽的反應(yīng)，如果用原有的方法，因為反應(yīng)多，幾乎羅列所有情況.

例題3

某廢液中含有硝酸銅和硝酸銀，向該廢液中加入一定量的鋅粉與鋁粉，充分反應(yīng)得到濾渣和濾液，關(guān)于濾渣與濾液的下列說法中正確的是（）.

A．若濾液為無色，則濾液中可能含有三種溶質(zhì)

B．若向濾液中滴加氯化鈉溶液產(chǎn)生白色沉淀，則濾渣可能是混合物

C．若濾渣中含有三種金屬組成，則濾液可能呈藍(lán)色

D．若向濾渣中滴加稀硫酸無氣泡冒出，則濾液中可能含有兩種陽離子

如何按新的方法解題呢？先按上述解法：

整個反應(yīng)涉及四種金屬，其金屬的活動性順序為Al>Zn>Fe>Cu，

所以在整個過程中一定發(fā)生的一個反應(yīng)是：

Al+3AgNO₃======3Ag+Al（NO₃）₃

即無論金屬量多量少，該反應(yīng)一定是發(fā)生了，因此在濾渣里一定有Ag，濾液里一定有Al（NO₃）₃.

但選項中還包括了新的條件，如A選項中溶液的顏色等.新的條件給出的目的是為了說明還有哪些反應(yīng)是確實發(fā)生了，發(fā)生到了哪個程度，或者哪些物質(zhì)是還沒有反應(yīng).

如選項A中描述濾液為無色，說明溶液中的硝酸銅也已經(jīng)完全發(fā)生了反應(yīng)，硝酸銀也已經(jīng)反應(yīng)完，則濾液中一定沒有硝酸銅和硝酸銀，一定有硝酸鋁，而其他物質(zhì)無法確定，故濾液中最多含有硝酸鋁和硝酸鋅兩種物質(zhì).

選項B中向濾液中滴加氯化鈉溶液產(chǎn)生白色沉淀，說明濾液中還有硝酸銀剩余，則說明能與硝酸銀反應(yīng)的金屬都已經(jīng)反應(yīng)完全，且硝酸銅沒有發(fā)生反應(yīng)，因此固體中只有銀，是一種純凈物，錯誤.

選項C若濾渣由三種金屬組成，根據(jù)活動性順序，出現(xiàn)的金屬為銀、銅和鋅.活潑金屬鋅剩余，說明硫酸銅已經(jīng)完全與鋅發(fā)生了反應(yīng)，故溶液不可能為藍(lán)色，錯誤.

選項D若向濾渣中滴加稀硫酸無氣泡冒出，說明活潑金屬均已反應(yīng)完，再根據(jù)前面提示可知濾渣中一定有銀，可能有銅，一定沒有鋅和鋁，濾液中一定有硝酸鋁和硝酸鋅，其余成分均為可能存在，溶溶液中陽離子可能含兩種或更多，正確.

4 方法總結(jié)

該方法要求首先理解金屬的活動性順序，然后根據(jù)活動性順序判斷一定發(fā)生的反應(yīng)，則可以首先推出一定有的濾渣和濾液成分，其余成分均為可能含有，避免多次列舉耗費時間；若題目有更多的條件，則同樣根據(jù)題目給定的條件來判斷一定發(fā)生的反應(yīng)還有哪些，再考慮一定有的濾渣和濾液成分，而對于無法判斷的反應(yīng)，其濾渣和濾液成分只能表述為可能存在.簡化解題的步驟，避免學(xué)生機(jī)械化地重復(fù)模仿，將更多地思考還給學(xué)生，使學(xué)生能真正理解金屬的活動性順序?qū)τ诜磻?yīng)順序的影響，促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識的理解和思考，提升學(xué)生的解題效率.

參考文獻(xiàn)：

［1］張春霞.金屬與鹽溶液反應(yīng)類型題目的解題技巧[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（初中版），2013（04）：49-50.

[2] 魯欣.淺談金屬活動性順序的探究[J].中學(xué)課程資源，2015（05）：56．

[3] 龍曉輝.“金屬與鹽溶液反應(yīng)后成分判斷”解法新探[J].數(shù)理化解題研究，2021（11）：82-83.

［責(zé)任編輯：季春陽］