運(yùn)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(shí)，對(duì)于反應(yīng)結(jié)束時(shí)，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(gè)難點(diǎn)，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(gè)例題和三個(gè)變式說明如何通過畫圖像的方式更簡(jiǎn)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(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2022）05-0123-03

收稿日期：2021-11-15

作者簡(jiǎn)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(huì)不可言傳的狀況，因此，大多數(shù)學(xué)生做這類題就會(huì)產(chǎn)生恐懼心理，未審題就已經(jīng)放棄.針對(duì)在做這類題型時(shí)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(shí)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(shí)，以反應(yīng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).因?yàn)殇\的金屬活動(dòng)性比鐵強(qiáng)，所以在其中一種金屬反應(yīng)完之前，同樣時(shí)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(jì)算，相對(duì)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(shí)，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(duì)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(jì)算，因此前期產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量在一條直線上;根據(jù)計(jì)算，相對(duì)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(shí)，以反應(yīng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).因?yàn)殇\的金屬活動(dòng)性比鐵強(qiáng)，所以在其中一種金屬反應(yīng)完之前，同個(gè)時(shí)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?yàn)閮煞N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(jì)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(shí)，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(duì)于金屬是過量的，根據(jù)計(jì)算，相對(duì)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(diǎn)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?yàn)閮煞N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(jì)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(gè)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(duì)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(diǎn)），酸對(duì)于兩種金屬均為過量，因此根據(jù)計(jì)算，這部分產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量是相對(duì)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(diǎn)，相對(duì)原子質(zhì)量較小的金屬恰好和酸反應(yīng)完，相對(duì)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(diǎn)），相對(duì)原子質(zhì)量較小的金屬相對(duì)酸已過量，產(chǎn)生氣體多，相對(duì)原子質(zhì)量大的金屬相對(duì)酸量不足;②和③兩部分交界點(diǎn)，相對(duì)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(diǎn)），兩種金屬相對(duì)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(jì)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(gè)例題和兩個(gè)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(jì)算，假設(shè)兩個(gè)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(shí)，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(shí)，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(gè)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(gè)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(xiàng)錯(cuò)，銅不與稀硫酸反應(yīng)，天平不可能平衡;B選項(xiàng)錯(cuò)，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(shí)，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(xiàng)正確，所加兩種金屬質(zhì)量范圍從③往后，兩個(gè)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(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)，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(xiàng)錯(cuò)，根據(jù)金屬活動(dòng)性鋅大于鐵，開始時(shí)鋅反應(yīng)快，產(chǎn)生氣體多，所以開始時(shí)，天平指針應(yīng)偏向鐵;C選項(xiàng)錯(cuò)，D選項(xiàng)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(shí)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(xiàng)錯(cuò)，向等質(zhì)量的酸中加入等質(zhì)量的金屬鐵和鋅，因鋅活動(dòng)性強(qiáng)反應(yīng)更快，所以開始時(shí)鋅產(chǎn)生氫氣多，在酸足量的情況下，因鐵的相對(duì)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(xiàng)錯(cuò)，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(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)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(duì)原子質(zhì)量比B的相對(duì)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(jià)，兩種金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量隨反應(yīng)時(shí)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(gè)時(shí)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(dòng)性比金屬B強(qiáng)，和酸溶液反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氣體的速率也就越快，A選項(xiàng)錯(cuò)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(diǎn)處，可能兩種金屬均不剩，也可能剩余相對(duì)質(zhì)量小的A，選項(xiàng)B 錯(cuò)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?yàn)榱蛩岷望}酸的相對(duì)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(xiàng)正確;因?yàn)锳的相對(duì)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(xiàng)錯(cuò)誤.

以上6個(gè)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(huì)不可言傳，同時(shí)也避免了僅根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行分析時(shí)的失誤.

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[責(zé)任編輯：季春陽]