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(二)金属与盐溶液反应后的成分
考点解密
一、命题揭秘
核心考点:金属活动性顺序(K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au)的应用。
反应后溶质(盐)和固体(金属)成分的判断,涉及“优先反应原则”(强置换弱)和“过量问题”。
实验设计与现象分析(如加入试剂验证成分)。
命题形式:以“单一金属+单一盐”“单一金属+混合盐”“混合金属+单一盐”等反应为例,分析反应后溶液和固体的成分。
结合实验现象(如颜色变化、沉淀生成)推断成分,常以流程题或探究题形式呈现。
易错点:
(1)忽略金属与盐反应的顺序(如Fe加入Cu(NO3)2和AgNO3混合溶液中,先置换Ag+,后置换Cu2+)。
(2)未考虑反应物是否过量(如Fe是否过量决定溶液中是否残留Cu2+)。
二、命题背景
教材原型:人教版《化学》下册第八单元“金属的化学性质”中“金属与盐溶液的反应”实验(如铁与硫酸铜溶液反应)。
生活关联:工业湿法炼铜(Fe+CuSO4=FeSO4+Cu)、金属回收(如从废液中提取贵金属)等实际应用。
科学思维:培养“证据推理与模型认知”能力,通过实验现象反推反应进程。
三、解答思路与方法
1.实验原理
金属活动性顺序:Fe>Cu>Ag,故Fe先与AgNO3反应,待AgNO3完全反应后,再与Cu(NO3)2反应。
反应方程式:
①Fe+2AgNO3=Fe(NO3)2+2Ag(优先反应)
②Fe+Cu(NO3)2=Fe(NO3)2+Cu(后续反应)
2.成分分析(分情况讨论)
铁粉用量 滤渣成分 滤液成分 反应阶段
少量(不足) Ag Fe(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3 仅反应①,AgNO3剩余
适量(恰好) Ag、Cu Fe(NO3)2、Cu(NO3)2 反应①完成,反应②未开始
过量(过量) Ag、Cu、Fe Fe(NO3)2 反应①、②均完全,Fe剩余
3.实验步骤与现象
验证滤渣成分:取少量滤渣于试管中,滴加稀盐酸(或稀硫酸):
(1)若有气泡产生→滤渣含Fe(说明Fe过量)。
(2)若无气泡→滤渣不含Fe,可能为Ag或Ag、Cu。
验证滤液成分:取少量滤液于试管中,滴加稀盐酸:
若产生白色沉淀→滤液含AgNO3(Fe少量,Ag+未完全反应)。
另取少量滤液,插入铜片:
(1)若铜片表面析出银白色固体→滤液含AgNO3(Cu置换Ag+)。
(2)若无现象,再滴加氢氧化钠溶液:
(3)若产生蓝色沉淀→滤液含Cu(NO3)2(Fe适量或不足)。
(4)若无沉淀→滤液仅含Fe(NO3)2(Fe过量)。
4.实验结论
根据现象判断反应进行的程度,确定溶质和固体成分(如上述表格)。
5.注意事项
(1)优先反应原则:金属活动性差距越大,反应越优先(如Fe先置换Ag+,后置换Cu2+)。
(2)试剂选择:验证Ag+用稀盐酸(生成AgCl沉淀),验证Cu2+用NaOH溶液(生成Cu(OH)2蓝色沉淀),验证Fe用稀酸(产生气泡)。
(3)过量问题:若金属过量,滤液中不含比其不活泼的金属离子(如Fe过量时,滤液无Cu2+、Ag+)。
6.实验改进与拓展
改进装置:可设计“双试管对比实验”,同时验证滤液中的Ag+和Cu2+,减少试剂用量。
拓展题型:
1、混合金属+单一盐:如Zn和Fe的混合物加入CuSO4溶液中,Zn先反应,Zn完全反应后Fe再反应。
2、定量计算:结合化学方程式计算反应后溶液质量变化(如Fe置换Cu,溶液质量减小)。
3、废液处理:工业废水中含多种金属离子时,设计回收流程(如分步沉淀法)。
四、规律总结
步骤化分析:
第一步:列出金属活动性顺序,确定反应顺序。
第二步:分情况讨论金属用量(不足、适量、过量),推断成分。
第三步:根据实验现象反向验证(如“无气泡→无Fe”“蓝色沉淀→有Cu2+”)。
关键词记忆:
“有强先换强”:先置换活动性更弱的金属离子。
“固体里有强,溶液里无弱”:若滤渣含某金属,则滤液不含比它不活泼的金属离子(如滤渣含Cu,则滤液无Ag+)。
避免误区:
(1)混淆反应顺序(如认为Fe先与Cu2+反应)。
(2)忽略无色溶液的隐含条件(如滤液无色→无Cu2+,说明Cu2+完全反应)。
金属与盐溶液反应成分的试题,核心是金属活动性顺序和过量分析。解题时需结合反应顺序分步讨论,通过实验现象验证推断,注意试剂选择与逻辑推理的严密性。多练习“少量→适量→过量”的分情况模型,可有效提升答题准确率。
应试特训
1.向AgNO3和Cu(NO3)2混合溶液中加入一定量的金属Mg,充分反应后过滤,得到滤液和滤渣。下列说法正确的是( )
A.滤渣中一定含有的金属是Cu
B.滤液中可能含有的溶质是AgNO3、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2
C.若向滤液中加入稀盐酸,无明显现象,则滤液一定呈蓝色
D.若向滤渣中加入稀盐酸,有气泡产生,则滤液中一定含有的金属离子是Ag+、Cu2+、Mg2+
2.为了验证镁、锌、铁、铜四种金属的金属活动性强弱,某同学进行了如下实验(如图甲所示),充分反应后发现试管中均有少量固体残留。实验结束后,将三支试管中的物质全部倒入一只洁净的烧杯中,最终得到无色溶液a和固体b(如图乙所示)。
由此得出以下结论:
①反应前后三支试管中溶液的颜色均发生明显变化;
②固体b中可能只含有一种金属;
③固体b中最多含有四种金属;
④溶液a中至少含有两种金属离子;
⑤该实验能得出四种金属的活动性顺序:Mg>Zn>Fe>Cu。
其中正确结论的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
3.某化学小组进行如图所示实验,探究Zn、Fe、Cu、Ag的金属活动性顺序,先进行如图甲、乙、丙的三个实验,再将丙中试管内的物质过滤,并向滤液中加入乙中剩余的铁,滤液中析出固体质量随反应时间的变化关系如图丁所示。下列说法中不正确的是( )
A.该实验可得出金属活动性顺序为:Zn>Fe>Cu>Ag
B.丙实验试管内的物质过滤后所得滤液呈蓝色,滤渣肯定含Ag,可能含Cu
C.图丁中b点对应溶液所含的溶质是Cu(NO3)2、Fe(NO3)2
D.图丁中c点对应溶液所含的溶质肯定有Fe(NO3)2,可能含有Cu(NO3)2
4.现有一定量AgNO3和Mg(NO3)2的混合溶液,按如图流程实验,下列说法正确的是( )
A.滤液②中一定含有Fe2+、Mg2+
B.滤渣①的质量一定小于a克
C.滤渣①中含有银、铁和镁
D.实验过程中发生3个不同的化学反应
5.某溶液中含有Cu(NO3)2和AgNO3,现向其中加入一定量的锌粉进行处理,并绘制出参加反应的锌与溶液中溶质种类的关系如图所示。下列说法中不正确的是( )
A.当溶质种类为1种时,金属单质种类不可能为1种
B.c~d间(不含两点)发生反应的化学方程式为Zn+Cu(NO3)2=Cu+Zn(NO3)2
C.从m1变化到m2时,溶液中硝酸铜的质量分数变大
D.若m2=6.5g m4=13.0g,则d点滤渣质量不大于28g
答案解析
1. B
解析:反应顺序:Mg先与AgNO3反应,再与Cu(NO3)2反应。滤渣成分:至少含Ag(先反应产物),可能含Cu或Mg,A错误。滤液溶质:若Mg量不足,AgNO3未完全反应,滤液含AgNO3、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2,B正确。滤液加稀盐酸:无现象说明不含AgNO3,若Cu(NO3)2完全反应,溶液无色,C错误。滤渣加稀盐酸有气泡:说明Mg过量,滤液中只有Mg2+,D错误。
2. A
解析:试管中反应:甲:Mg与FeCl2反应,溶液由浅绿色变无色,固体残留为Fe和过量Mg。乙:Zn与FeCl2反应,溶液由浅绿色变无色,固体残留为Fe和过量Zn。丙:Fe与CuCl2反应,溶液由蓝色变浅绿色,固体残留为Cu和过量Fe。混合后现象:最终溶液无色,说明Fe2+、Cu2+完全反应,固体b含Cu、Fe、Zn、Mg中的一种或多种。结论分析:
①错误(丙中溶液颜色由蓝变浅绿,变化不明显)。
②错误(固体至少含Cu,可能含Fe、Zn、Mg)。
③正确(若三种金属均过量,固体含Mg、Zn、Fe、Cu四种)。
④错误(溶液中只有Mg2+、Zn2+,但题目问“至少”)。
⑤错误(实验无法直接比较Mg与Zn的活动性)。
正确结论仅③,选A。
3. B
解析:实验分析:甲:Zn与FeCl2反应,证明Zn>Fe。乙:Fe与稀盐酸反应,证明Fe>H。丙:Cu与AgNO3反应,证明Cu>Ag。丁:向丙的滤液(含Cu(NO3)2、可能含AgNO3)中加Fe,先置换Ag,再置换Cu,图像中固体质量先陡增(Ag析出)后缓增(Cu析出)。
选项判断:A正确(综合得出Zn>Fe>Cu>Ag)。B错误(丙滤液呈蓝色,说明含Cu2+,滤渣一定含Ag,不含Cu,因Fe先置换Ag)。C正确(b点时Ag完全析出,滤液含Cu(NO3)2、Fe(NO3)2)。D正确(c点若Fe过量,滤液只含Fe(NO3)2;若Fe不足,可能含Cu(NO3)2)。
4. 答案:A
解析:反应顺序:Fe只能与AgNO3反应(Mg>Fe>Ag),与Mg(NO3)2不反应。滤渣①加稀盐酸有气体:说明Fe过量,滤渣含Ag和Fe,不含Mg,C错误。滤液②成分:含Mg2+(未反应)和Fe2+(Fe与AgNO3反应生成),A正确。滤渣质量:Fe置换Ag时,每56g Fe生成216g Ag,滤渣质量大于a克,B错误。反应个数:仅Fe+2AgNO3=Fe(NO3)2+2Ag,1个反应,D错误。
5. 答案:D
解析:反应阶段:0-m1:Zn与AgNO3反应,溶质为3种(AgNO3、Cu(NO3)2、Zn(NO3)2)。
m1-m2:AgNO3完全反应,Zn与Cu(NO3)2反应,溶质为2种(Cu(NO3)2、Zn(NO3)2)。
m3后:Cu(NO3)2完全反应,溶质为1种(Zn(NO3)2)。
选项分析:A正确,溶质1种时,滤渣含Ag和Cu,至少2种金属:B正确,c-d为Zn与Cu(NO3)2反应:C正确,m1-m2时,溶液总质量因Ag析出而减少,Cu(NO3)2质量不变,质量分数增大:D错误,m2=6.5g时,生成Ag 21.6g;m4=13.0g时,与Cu(NO3)2反应的Zn为6.5g,生成Cu 6.4g,滤渣总质量=21.6g+6.4g=28g,“不大于”表述错误,应为“等于”。
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