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3. 化学小组选用下列试剂和装置验证锌、铁、银、铜的金属活动性顺序。
(1)向孔穴1和2中分别滴加稀硫酸,向孔穴3中滴加$\ce{FeSO_{4}}$溶液。
①孔穴1中反应的化学方程式为。
②孔穴3的实验目的是。
(2)为达到实验目的,在上述实验的基础上,还需补充的必要操作是。
(1)向孔穴1和2中分别滴加稀硫酸,向孔穴3中滴加$\ce{FeSO_{4}}$溶液。
①孔穴1中反应的化学方程式为。
②孔穴3的实验目的是。
(2)为达到实验目的,在上述实验的基础上,还需补充的必要操作是。
答案
解：
(1) ① $\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
② 验证锌的金属活动性比铁强（或比较锌和铁的金属活动性强弱）
(2) 将铜片放入孔穴4中，向孔穴4中滴加稀硫酸，观察到铜片表面无明显现象，说明铜的金属活动性排在氢之后，证明铁的活动性强于铜；再向孔穴5中的铜片上滴加$\ce{AgNO_{3}}$溶液，观察到铜片表面析出银白色固体，溶液变为蓝色，证明铜的金属活动性强于银，即可验证四种金属的活动性顺序为锌＞铁＞铜＞银（合理即可）。
(1) ① $\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
② 验证锌的金属活动性比铁强（或比较锌和铁的金属活动性强弱）
(2) 将铜片放入孔穴4中，向孔穴4中滴加稀硫酸，观察到铜片表面无明显现象，说明铜的金属活动性排在氢之后，证明铁的活动性强于铜；再向孔穴5中的铜片上滴加$\ce{AgNO_{3}}$溶液，观察到铜片表面析出银白色固体，溶液变为蓝色，证明铜的金属活动性强于银，即可验证四种金属的活动性顺序为锌＞铁＞铜＞银（合理即可）。
解析
【分析】
要验证锌、铁、银、铜的金属活动性顺序，需依据金属活动性顺序（$\ce{Zn＞Fe＞H＞Cu＞Ag}$），通过金属与酸、金属与盐溶液的反应判断活动性强弱。孔穴1中铁片与稀硫酸反应可验证铁在氢前；孔穴3中锌片与硫酸亚铁溶液反应可比较锌和铁的活动性；还需补充铜与氢、铜与银的活动性验证，从而完整推导四种金属的活动性顺序。
【解析】
(1) ①孔穴1中，铁与稀硫酸发生置换反应，生成硫酸亚铁和氢气，化学方程式为$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$；
②孔穴3中，锌片加入$\ce{FeSO_{4}}$溶液，若锌能置换出铁，说明锌的金属活动性强于铁，因此实验目的是验证锌的金属活动性比铁强；
(2) 现有实验已得出$\ce{Zn＞Fe＞H}$，还需验证铜和银的活动性：将铜片放入孔穴4，滴加稀硫酸，铜片无明显现象，说明铜在氢后（即$\ce{Fe＞Cu}$）；再将铜片放入孔穴5，滴加$\ce{AgNO_{3}}$溶液，铜片表面析出银白色固体、溶液变蓝，说明铜能置换出银（即$\ce{Cu＞Ag}$），由此可验证四种金属活动性顺序为$\ce{Zn＞Fe＞Cu＞Ag}$，完成实验目的。
【答案】
(1) ①$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$；②验证锌的金属活动性比铁强；
(2) 将铜片放入孔穴4中，向孔穴4中滴加稀硫酸，观察到铜片表面无明显现象，再向孔穴5中的铜片上滴加$\ce{AgNO_{3}}$溶液，观察到铜片表面析出银白色固体，溶液变为蓝色（合理即可）。
【知识点】
金属活动性顺序应用；化学方程式书写；实验设计
【点评】
本题通过实验探究金属活动性顺序，考查学生对金属反应规律的理解和实验设计能力，是化学基础实验题型，需结合金属与酸、盐溶液的反应逻辑分析。
【难度系数】
0.6
要验证锌、铁、银、铜的金属活动性顺序，需依据金属活动性顺序（$\ce{Zn＞Fe＞H＞Cu＞Ag}$），通过金属与酸、金属与盐溶液的反应判断活动性强弱。孔穴1中铁片与稀硫酸反应可验证铁在氢前；孔穴3中锌片与硫酸亚铁溶液反应可比较锌和铁的活动性；还需补充铜与氢、铜与银的活动性验证，从而完整推导四种金属的活动性顺序。
【解析】
(1) ①孔穴1中，铁与稀硫酸发生置换反应，生成硫酸亚铁和氢气，化学方程式为$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$；
②孔穴3中，锌片加入$\ce{FeSO_{4}}$溶液，若锌能置换出铁，说明锌的金属活动性强于铁，因此实验目的是验证锌的金属活动性比铁强；
(2) 现有实验已得出$\ce{Zn＞Fe＞H}$，还需验证铜和银的活动性：将铜片放入孔穴4，滴加稀硫酸，铜片无明显现象，说明铜在氢后（即$\ce{Fe＞Cu}$）；再将铜片放入孔穴5，滴加$\ce{AgNO_{3}}$溶液，铜片表面析出银白色固体、溶液变蓝，说明铜能置换出银（即$\ce{Cu＞Ag}$），由此可验证四种金属活动性顺序为$\ce{Zn＞Fe＞Cu＞Ag}$，完成实验目的。
【答案】
(1) ①$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$；②验证锌的金属活动性比铁强；
(2) 将铜片放入孔穴4中，向孔穴4中滴加稀硫酸，观察到铜片表面无明显现象，再向孔穴5中的铜片上滴加$\ce{AgNO_{3}}$溶液，观察到铜片表面析出银白色固体，溶液变为蓝色（合理即可）。
【知识点】
金属活动性顺序应用；化学方程式书写；实验设计
【点评】
本题通过实验探究金属活动性顺序，考查学生对金属反应规律的理解和实验设计能力，是化学基础实验题型，需结合金属与酸、盐溶液的反应逻辑分析。
【难度系数】
0.6
4.已知某金属材料中含有镁、锌、铁、铜中的两种。小明在老师的指导下对该金属材料的成分进行探究。
实验一:根据表中实验步骤完成相关内容。
|实验步骤|实验现象|实验结论|
|取少量金属材料样品于试管中,加入过量的稀硫酸。观察现象|固体全部溶解,
|金属材料中一定有铁,反应的化学方程式为
|实验完成后,将废液倒入废液缸中|—|—|
实验二:
步骤1:另取金属材料,用砂纸打磨,称量其质量为20 g;
步骤2:将打磨过的金属材料浸入过量的硫酸锌溶液中,过一会儿取出,洗净,在一定条件下烘干,称量其质量大于20 g;
步骤3:实验完成后,将废液倒入废液缸中,如下图所示。
【得出结论】该金属材料中除铁外,还含有
【拓展提升】小红想对废液缸中的废液进行回收利用,请你帮她分析废液成分:反应后金属材料已被取出,废液的成分中有水,还有的物质是
实验一:根据表中实验步骤完成相关内容。
|实验步骤|实验现象|实验结论|
|取少量金属材料样品于试管中,加入过量的稀硫酸。观察现象|固体全部溶解,
溶液变成浅绿色,有气泡产生
|金属材料中一定有铁,反应的化学方程式为Fe+H2SO4 = FeSO4+H2↑
;金属材料中一定没有铜
||实验完成后,将废液倒入废液缸中|—|—|
实验二:
步骤1:另取金属材料,用砂纸打磨,称量其质量为20 g;
步骤2:将打磨过的金属材料浸入过量的硫酸锌溶液中,过一会儿取出,洗净,在一定条件下烘干,称量其质量大于20 g;
步骤3:实验完成后,将废液倒入废液缸中,如下图所示。
【得出结论】该金属材料中除铁外,还含有
镁
。【拓展提升】小红想对废液缸中的废液进行回收利用,请你帮她分析废液成分:反应后金属材料已被取出,废液的成分中有水,还有的物质是
硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸(或FeSO4、MgSO4、ZnSO4、H2SO4)
。(提示:实验一和实验二废液混合不再发生反应)答案
4. 溶液变成浅绿色,有气泡产生 Fe+H2SO4 = FeSO4+H2↑ 铜 【得出结论】镁 【拓展提升】硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸(或FeSO4、MgSO4、ZnSO4、H2SO4)
【解析】查阅资料知,只有在金属镁、锌、铁表面有气泡生成,而且反应的速率逐渐减慢。金属材料中有铁,铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,硫酸亚铁溶液是浅绿色的;由于固体全部溶解,则没有铜,铜与硫酸不反应。【得出结论】铁、锌与硫酸锌不反应,镁与硫酸锌反应生成锌和硫酸镁,每24份质量的镁能置换出65份质量的锌,根据步骤1、2反应后固体质量增大,故一定有镁。【拓展提升】根据分析金属是镁和铁,实验一中,铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,镁与稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气,硫酸过量,则废液有硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸;实验二中镁与硫酸锌反应生成锌和硫酸镁,硫酸锌过量,由于反应后金属材料被取出,故废液中只有硫酸镁和硫酸锌,实验一和实验二废液混合不再发生反应,则废液中除水外,还含有硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸。
【解析】查阅资料知,只有在金属镁、锌、铁表面有气泡生成,而且反应的速率逐渐减慢。金属材料中有铁,铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,硫酸亚铁溶液是浅绿色的;由于固体全部溶解,则没有铜,铜与硫酸不反应。【得出结论】铁、锌与硫酸锌不反应,镁与硫酸锌反应生成锌和硫酸镁,每24份质量的镁能置换出65份质量的锌,根据步骤1、2反应后固体质量增大,故一定有镁。【拓展提升】根据分析金属是镁和铁,实验一中,铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,镁与稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气,硫酸过量,则废液有硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸;实验二中镁与硫酸锌反应生成锌和硫酸镁,硫酸锌过量,由于反应后金属材料被取出,故废液中只有硫酸镁和硫酸锌,实验一和实验二废液混合不再发生反应,则废液中除水外,还含有硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸。
解析
【分析】
首先分析实验一：金属材料中的金属与过量稀硫酸反应，铁和稀硫酸反应会生成浅绿色的硫酸亚铁和氢气，因此反应现象是溶液变浅绿色、有气泡产生；铜不能和稀硫酸反应，而实验中固体全部溶解，说明金属材料中不含铜；铁与稀硫酸反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑。接着分析实验二：根据金属活动性顺序，镁＞锌＞铁，镁能与硫酸锌溶液反应置换出锌，反应中每24份质量的镁可置换出65份质量的锌，导致反应后固体质量增大，而锌、铁无法置换出锌，因此金属材料除铁外还含有镁。最后分析废液成分：实验一中，镁、铁与过量稀硫酸反应生成硫酸镁、硫酸亚铁，还有剩余的硫酸；实验二中，镁与过量硫酸锌反应生成硫酸镁，剩余硫酸锌；两者混合后不发生反应，因此废液中除水外还含有硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸。
【解析】
实验一：铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁（溶液呈浅绿色）和氢气，故现象为溶液变成浅绿色，有气泡产生；铜不与稀硫酸反应，固体全部溶解说明金属材料中无铜；反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑。
实验二：金属活动性顺序中，镁的活动性强于锌，锌强于铁，镁能与硫酸锌发生置换反应：Mg+ZnSO₄=MgSO₄+Zn，每24份质量的镁反应生成65份质量的锌，反应后固体质量增大，而锌、铁不能置换出锌，因此金属材料中除铁外还含有镁。
废液成分分析：实验一的废液含硫酸镁、硫酸亚铁、过量的硫酸；实验二的废液含硫酸镁、过量的硫酸锌；两者混合后不发生反应，因此废液成分有水、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸。
【答案】
溶液变成浅绿色，有气泡产生；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；铜；【得出结论】镁；【拓展提升】硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸（或FeSO₄、MgSO₄、ZnSO₄、H₂SO₄）
【知识点】
金属的化学性质；金属活动性顺序；化学方程式书写
【点评】
本题通过实验探究金属材料的成分，结合金属与酸、金属与盐溶液的反应规律进行分析，考查学生对金属活动性顺序的应用能力，以及实验现象分析、逻辑推理和化学方程式书写的能力，是一道综合性较强的实验探究题。
【难度系数】
0.5
首先分析实验一：金属材料中的金属与过量稀硫酸反应，铁和稀硫酸反应会生成浅绿色的硫酸亚铁和氢气，因此反应现象是溶液变浅绿色、有气泡产生；铜不能和稀硫酸反应，而实验中固体全部溶解，说明金属材料中不含铜；铁与稀硫酸反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑。接着分析实验二：根据金属活动性顺序，镁＞锌＞铁，镁能与硫酸锌溶液反应置换出锌，反应中每24份质量的镁可置换出65份质量的锌，导致反应后固体质量增大，而锌、铁无法置换出锌，因此金属材料除铁外还含有镁。最后分析废液成分：实验一中，镁、铁与过量稀硫酸反应生成硫酸镁、硫酸亚铁，还有剩余的硫酸；实验二中，镁与过量硫酸锌反应生成硫酸镁，剩余硫酸锌；两者混合后不发生反应，因此废液中除水外还含有硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸。
【解析】
实验一：铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁（溶液呈浅绿色）和氢气，故现象为溶液变成浅绿色，有气泡产生；铜不与稀硫酸反应，固体全部溶解说明金属材料中无铜；反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑。
实验二：金属活动性顺序中，镁的活动性强于锌，锌强于铁，镁能与硫酸锌发生置换反应：Mg+ZnSO₄=MgSO₄+Zn，每24份质量的镁反应生成65份质量的锌，反应后固体质量增大，而锌、铁不能置换出锌，因此金属材料中除铁外还含有镁。
废液成分分析：实验一的废液含硫酸镁、硫酸亚铁、过量的硫酸；实验二的废液含硫酸镁、过量的硫酸锌；两者混合后不发生反应，因此废液成分有水、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸。
【答案】
溶液变成浅绿色，有气泡产生；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；铜；【得出结论】镁；【拓展提升】硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸（或FeSO₄、MgSO₄、ZnSO₄、H₂SO₄）
【知识点】
金属的化学性质；金属活动性顺序；化学方程式书写
【点评】
本题通过实验探究金属材料的成分，结合金属与酸、金属与盐溶液的反应规律进行分析，考查学生对金属活动性顺序的应用能力，以及实验现象分析、逻辑推理和化学方程式书写的能力，是一道综合性较强的实验探究题。
【难度系数】
0.5
