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金属的化学置换反应


实验室k / 2018-11-30

       运动会上,小俊夺得了100米赛跑的铜牌,十分高兴。回家后,便急不可待把辛苦训练的成果展示给姐姐看。姐姐看了一眼便问小俊:“你想把这面铜牌变成银牌或金牌吗?”小俊不假思索地回答说:“当然想啦!”那么你知道如何把铜牌变成金牌或银牌吗?

金属的化学置换反应

       姐姐教小俊把铜牌放进硝酸银溶液,片刻后取出,铜牌便变成银牌了;若把铜牌放进硝酸金溶液中,铜牌便变成了金牌。这便是化学中的置换反应,反应如下:

硝酸银溶液+铜牌上的铜 → 铜牌上的银

       此外,还有一个方法可以将铜牌变成银牌或金牌,但该方法是利用了化学的非置换反应:
       (1)把12克氢氧化钠溶于50立方厘米的水中。
       (2)把3克锌置于氢氧化钠溶液中加热。这时,把铜牌放进热溶液中约5分钟。
       (3)把铜牌取出,就会发现铜牌已变成“银牌”。
       (4)把这面“银牌”放在火上烤一会儿,银牌又会变成“金牌”。
       听了姐姐的解释后,小俊却说:“还是自己辛苦赢得的铜牌更有价值啊!”
       置换反应是一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应,是化学反应基本类型之一。置换是指组成单质的元素替换出化合物里的某种元素。
       置换反应有两个突出特点:
       一是在反应中一种游离态元素将另一种元素从其化合物中替换出来,使其变为游离态,因而在反应物和生成物中必定各有一种单质出现。例如:

Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

       二是反应的发生必定伴有某些元素化合价的变化,因此属于氧化还原反应,如上述两例。
       在初中阶段学习的是发生在水溶液里的置换反应,主要有金属与酸溶液的反应和金属与盐溶液的反应,这两种反应都遵循金属活动性顺序而进行。
       1.金属+酸 → 盐+氢气
       金属:必须是位于金属活动性顺序中氢以前的金属,排在氢后面的金属不能跟酸发生置换反应。金属的位置愈靠前,置换反应愈容易进行。例如:

Mg+H2SO4(稀)=MgSO4+H2↑   很快
Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑   平稳
Fe+H2SO4(稀)=FeSO4+H2↑   较慢
Cu+H2SO4(稀)    不能反应

       酸:必须是可溶性的非氧化性酸,如盐酸、稀硫酸、磷酸等。氧化性酸如硝酸、浓硫酸等不能与金属发生置换反应,这种具有强氧化性的酸与金属发生的是另一种类型的反应。例如:

Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+2H2O

       此外,碳酸(H2CO3)、氢硫酸(H2S)等很弱的酸,虽然能与氢前面的金属发生置换反应,但其反应不够典型或难以进行。硅酸(H2SiO3)是微溶性酸,难与金属发生置换反应。
       盐:反应生成的盐必须是可溶的,否则,生成难溶或微溶的盐会沉积在金属表面,阻碍反应顺利进行。例如下列反应因生成难溶的硫酸铅,反应很难顺利进行:

Pb+H2SO4(稀)=PbSO4+H2
Pb+CuSO4=PbSO4+Cu

       2.金属+盐 → 另一种盐+另一种金属
       金属:只有在金属活动性顺序中位于前面的金属才能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。这两种金属的位置相距愈远,反应愈容易进行。但应注意,K、Ca、Na等很活跃的金属在与其他金属的盐溶液发生反应时,是先置换水中的氢,而难以置换盐中的金属。例如将一小块金属钠投入氯化铁溶液中,发生的反应是:

2Na+2H2O=2NaOH+H2
3NaOH+FeCl3=Fe(OH)3↓+3NaCl

       盐:反应物和生成物中的盐都应是可溶性的。
       以上讨论的都是在水溶液中进行的置换反应。此外,在初中化学里还接触一些不是在水溶液中而是在固态下发生的置换反应。例如:

       这类反应的规律是受其他因素支配的,不能依据金属活动性顺序去判断。

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