师:同学们好,这节课我们继续学习金属的某些化学性质。我国劳动人民很早就发现活泼金属铁,能从铜的化合物溶液里置换出金属铜,由此发明了湿法炼铜。唐末五代,湿法炼铜原理应用于生产,宋代得到飞速发展,成为大量生产金属铜的重要方法之一。而在欧洲,湿法炼铜出现较晚。15世纪50年代,人们把金属铁浸入硫酸铜溶液,偶尔看到铁表面出现红色的金属铜,还感到十分惊讶,更谈不上应用这个原理炼铜了。我国的湿法炼铜成为湿法冶金术的先驱,在世界化学史上占有光辉的一页。
湿法炼铜主要是金属铁和硫酸铜溶液的反应,这个实验我们之前接触过,大家还记得实验现象吗?接下来通过实验视频回顾一下金属铁和硫酸铜溶液的反应,请仔细观察,并将实验现象记录在学习任务清单上。
师:通过视频,我们看到将金属铁放入硫酸铜溶液中,铁丝表面有红色物质生成,溶液由蓝色变成浅绿色,这说明反应生成了红色的金属铜和浅绿色的硫酸亚铁溶液。请按下暂停键,试着写一写反应的化学方程式。
师:大家写对了吗?我们已经知道,铁比铜活泼,活泼的金属铁可以从硫酸铜溶液中置换出不活泼的金属铜。如果把金属铁换成更活泼的金属铝,是否也能从硫酸铜溶液中置换出金属铜呢?接下来看实验视频,请仔细观察,将实验现象记录在学习任务清单上。将一根用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中观察现象。
师:铝丝表面覆盖一层红色物质,进一步实验证明这种物质是铜单质,试管中溶液颜色变浅。通过视频,我们看到将金属铝放入硫酸铜溶液中,铝丝表面有红色物质生成,溶液由蓝色变成无色,这说明金属铝也能从硫酸铜溶液中置换出红色的金属铜。请按下暂停键,写一写反应的化学方程式。
师:大家写对了吗?我们发现除了金属铁,活泼的金属铝也能从硫酸铜溶液中置换出不活泼的金属铜。那如果交换一下,把不活泼的金属铜放到硫酸铝溶液中,能不能置换出金属铝呢?我们来看实验视频,请仔细观察,将实验现象记录在学习任务清单上,将一根洁净的铜丝浸入硫酸铝溶液中观察现象。
师:通过视频,我们看到将金属铜放入硫酸铝溶液中无明显现象,说明金属铜不能从硫酸铝溶液中置换出金属铝。比较金属铁和硫酸铜溶液的反应、金属铝和硫酸铜溶液的反应以及金属铜和硫酸铝溶液的反应,大家有什么发现?
生:金属铝和金属铁比金属铜活泼,可以从硫酸铜溶液中置换出金属铜;不活泼的金属铜不能从硫酸铝溶液中置换出金属铝。
师:非常好。活泼的金属可以将不活泼的金属从其化合物溶液中置换出来,而不活泼的金属不能将活泼的金属从其化合物溶液中置换出来。利用这一化学性质,通过一种金属能否将另一种金属从其化合物溶液中置换出来,我们就能比较金属的活动性顺序。经过许多类似上述实验的探究过程,人们认真分析、归纳和总结,得出了常见金属在溶液中的活动性顺序:钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、锡、铅、氢、铜、汞、银、铂、金。
在金属活动性顺序表里,金属的位置越靠前,它的活动性就越强。位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的化合物溶液里置换出来。在利用金属活动性顺序表时,我们要注意以下几点:排在氢前面的金属可以置换出酸中的氢元素,而不是氢气;强氧化性的酸,如浓硫酸、硝酸与金属反应不产生氢气;当金属铁与其后面的金属化合物溶液发生反应时,生成的是正二价的亚铁离子;钾、钙、钠等金属的活动性较强,与化合物溶液的反应比较复杂,一般不用金属钾、钙、钠直接置换比其不活泼的金属。
接下来,请根据金属活动性顺序表判断,将金属铜放入硝酸银溶液中反应能否发生。如若能发生反应,试着写出实验现象和化学方程式。
师:相信大家心中已经有了答案。我们通过视频中的实验来验证一下。将一根洁净的铜丝浸入硝酸银溶液中观察现象。
师:根据金属活动性顺序表,铜在银的前面,说明金属铜比银活泼,所以金属铜能从硝酸银溶液中置换出金属银,化学方程式如下。大家写对了吗?在实验中我们可以观察到铜丝表面有银白色物质生成,溶液由无色变成蓝色。利用金属活动性顺序表,我们可以判断反应能否发生。请按下暂停键思考以下两题。
师:我们来看第一题,下列金属不能与硫酸铜溶液反应的是?根据金属活动性顺序表,位于前面的金属可以将后面的金属从它的化合物溶液中置换出来。在金属活动性顺序表中,铁、锌、铝位于铜的前面,金属铁、锌、铝可以从硫酸铜溶液中置换出金属铜,而银位于铜的后面,不和硫酸铜溶液反应。所以答案选择a。
师:我们来看第二题,下列物质能由金属和酸直接反应得到的是?在金属活动性顺序表里,铜和银位于氢后,金属铜和银不能和稀硫酸发生反应。铁位于氢前,金属铁可以和稀硫酸发生反应,但反应生成的是硫酸亚铁,不是硫酸铁。所以答案选择d。利用金属活动性顺序表,我们还可以比较金属的活动性顺序。请按下暂停键思考以下两题。
师:我们来看第一题,x、y、z三种金属,将x和z分别投入到盐酸中,z溶解并有氢气放出,而x不溶解,这说明z可以和稀盐酸反应生成氢气,而x不能和稀盐酸反应,从而得出金属活动性顺序z大于x;将x投入到y的化合物溶液里,x表面覆盖有y,说明金属x可以从盐溶液中置换出金属y,即金属活动性顺序x大于y。最终我们可以得出x、y、z三种金属的活动性顺序,由强到弱依次是z、x、y。
师:我们来看第二题,验证镁、铜的金属活动性顺序,下列试剂不能选用的是?a选项,将金属铜放入硫酸镁溶液中,无明显现象,说明铜不和硫酸镁溶液反应,即金属活动性顺序铜小于镁;b选项,将金属镁、铜分别放入氯化钾溶液中均无明显现象,即金属镁和铜都不能和氯化钾溶液反应,说明金属活动性铜小于钾,镁小于钾,但无法比较出镁和铜的活动性顺序;c选项,将金属镁、铜分别放入稀盐酸溶液中,金属镁可以和稀盐酸反应产生气体,而金属铜不能和稀盐酸反应,说明金属活动性顺序铜小于镁;d选项,将金属镁、铜分别放入氯化锌溶液中,金属镁可以和氯化锌溶液反应置换出金属锌,而金属铜不能和氯化锌溶液反应,说明金属活动性顺序铜小于锌,锌小于镁,从而得出镁和铜的金属活动性顺序镁大于铜。根据以上分析,只有氯化钾溶液无法验证出镁和铜的金属活动性顺序,所以答案选择b。
