Question

1．我国第四套人民币硬币中使用到镍（Ni）、铜、铁等金属．某兴趣小组决定探究Ni、Fe、Cu的金属活动性顺序．
（1）[查阅资料]镍能与稀硫酸反应，生成可溶于水的NiSO₄，并放出氢气．
①写出镍与稀硫酸反应的化学方程式Ni+2HCl=NiCl₂+H₂↑．
②结合所学知识，不能（填“能”或“不能”）直接比较出Ni、Fe的金属活动性强弱．
（2）[探究实验]（所用金属片均已用砂纸打磨）．

实验步骤	实验现象	结论
相同浓度的NiSO4溶液	铁片表面有固体析出，铜片表面没有明显现象．	三种金属活动性由强到弱的顺序为：Fe、Ni、Cu．

（3）[实验反思]用镍片、硫酸亚铁溶液和CuSO₄（填化学式）溶液通过实验也能判断Fe、Ni、Cu的金属活动性顺序．
（4）[迁移应用]某化学实验室废液桶中收集了溶有大量FeSO₄、CuSO₄的废液，此外还有一些不溶性杂质．若废液直接排放到下水道不仅造成重金属污染，而且造成浪费，该校化学兴趣小组同学设计了如图废液处理方案，请回答有关问题：

①废液在加入金属X前需进行过滤，过滤时需要将圆形滤纸折叠处理．如图不该出现的情况是D．

②加入过量金属X发生反应的化学方程式为Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，溶液Y是稀硫酸．

Answer 1

分析 （1）①镍与稀盐酸反应生成氯化镍和氢气，写出反应的化学方程式即可．
②在金属活动性顺序中，位于氢前面的金属能置换出酸中的氢，且金属活动性越强，与酸反应产生氢气的速率越快，据此进行分析解答．
（2）在金属活动性顺序中，位于前面的金属能把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来，据此进行分析解答．
（3）验证三种金属活动性强弱时，通常采取“三取中”的方法，即取中间金属单质与两端的金属的盐溶液反应或取中间金属的盐溶液与两端金属的单质反应．根据金属活动性顺序表进行判断，氢前边的金属会与稀硫酸、盐酸反应产生氢气，且活动性越强，产生的气泡速率越快；但氢后边的金属不会与稀硫酸、盐酸反应产生氢气；位于前边的金属会把后边的金属从其盐溶液中置换出来，Zn的活动性比Cu的强，然后利用题干叙述的内容，从中提取有用的信息，完成这三种金属的活动性探究．
（4）由于目的是获得铜单质和硫酸亚铁，所以需要将铜离子转化为铜单质，而溶液中需要的是硫酸亚铁而不能引入新的杂质，所以加入的能够将铜离子转化为铜单质的只能是单质铁；由于加入的铁是过量的，加入过量稀硫酸的目的是除去铜中的铁；

解答 解：（1）①根据查阅的资料，Ni显正二价，故与盐酸反应时生成二价镍盐，同时生成氢气，反应的方程式为：Ni+2HCl=NiCl₂+H₂↑；
②镍和铁都能与盐酸或稀硫酸反应，并放出氢气，因此根据二者产生气泡的速率快慢比较二者的活动性强弱；
（2）因为镍和铁都在氢的前面，故铜不能置换出镍，观察到的现象是：没有明显现象；铁可以置换出镍，因此三种金属活动性由强到弱的顺序为：Fe、Ni、Cu；
（3）金属和盐溶液发生置换反应的规律是排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来，所以利用金属和盐溶液的置换反应进行验证．
故可选择中间的金属与其它两种金属的盐溶液能否发生置换反应进行验证：在两只试管中分别放入打磨光亮的镍片，再加入硫酸亚铁溶液和硫酸铜溶液中；现象为：在硫酸亚铁溶液中的镍片没有变化，在硫酸铜溶液中的镍片表面出现红色物质；
（4）①操作中需要将圆形滤纸折叠处理，D中的滤纸，接口处出现缝隙，液体会直接的进入下面的烧杯，故不该出现．
②为回收废液中的Cu²⁺并得到较为纯净的FeSO₄溶液，需向废液中加入过量的铁粉与硫酸铜发生置换反应．发生反应的化学方程式为：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；为除去混在铜粉里的铁粉并且得到FeSO₄溶液，把金属混合物放入足量的稀硫酸并过滤．
故答案为：（1）①Ni+2HCl=NiCl₂+H₂↑；②不能；
（2）没有明显现象；Fe、Ni、Cu；
（3）CuSO₄；
（4）①D；②Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；稀硫酸；

点评 本题是对金属活动性顺序的考查，运用实验探究金属的活动性顺序，考查了实验探究的过程，注重学生运用实验分析实验能力的培养，可依据氢前边的金属会与稀硫酸、盐酸反应产生氢气，但氢后边的金属不会与稀硫酸、盐酸反应产生氢气，位于前边的金属会把后边的金属从其盐溶液中置换出来进行分析．