铁棒变金棒

铁棒变金棒

秀　场

道具之一　铁棒

魔术台上放着一根磨得发亮的铁棒和一瓶淡蓝色的水。只见魔术师手里拿着一块红布，满面笑容地向观众说:“观众朋友们，我今天要把这根铁棒变成金棒。”他说完之后，只见他将这根铁棒往瓶中一放，蒙上布，过一会儿，嘴里念念有词地说:“变！”拿出来一看，铁棒果然变成了金棒。

道具之二　硫酸铜溶液

揭　秘

铁棒真的能变成金棒吗？恐怕读者不会相信竟有此事，那么这魔术的奥妙在什么地方？

实际上，这是一个极为普通的化学反应，魔术师的瓶子里装的那种淡蓝色的溶液是硫酸铜溶液。铁比铜活泼，所以铁棒中的铁能把硫酸铜中的铜置换出来，这种反应结果生成了硫酸亚铁和铜。由于这个反应是在铁棒表面进行的，因此，生成的铜附在铁棒上了，铁棒就变成了紫铜色，好似金棒一样。懂得这个道理之后，同学们自己可以做类似的魔术——如:铁环变银环，把铁环浸在硝酸银中即可。

相关化学概念

置换反应是无机化学反应的基本类型之一，指一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应，可表示为:

A＋BC→B＋AC

置换关系是指组成化合物的某种元素被组成单质的元素所替代。

一、根据反应物和生成物中单质的类别，置换反应有以下4种情况:

发生置换反应的实验装置

1.较活泼的金属置换出较不活泼的金属或氢气，例如:

Fe＋CuSO₄＝Cu＋FeSO₄

Zn＋2HCl＝H₂↑＋ZnCl₂

2.较活泼的非金属置换出较不活泼的非金属，例如:

Cl₂＋2NaBr＝Br₂＋2NaCl

O₂＋2H₂S＝2S↓＋2H₂O

3.非金属置换出金属。

4.金属置换出非金属。

溶液中或气体之间发生的置换反应在常温下进行，气体与固体或两种固体之间发生的置换反应一般需在高温下进行。例如:

2Mg＋CO₂＝（点燃）2MgO＋C

二、根据反应环境的类别，置换反应有以下2种情况:

1.干态置换，在加热或高温条件下固体与固体或固体与气体发生的置换反应。

2.湿态置换，在水溶液中进行的置换反应。

①金属跟酸的置换，是金属原子与酸溶液中氢离子之间的反应。如:

“不能用浓硫酸，硝酸（具有氧化性）排除K.Ca.Na”

Zn＋2HCl══ZnCl₂＋H₂↑

Zn＋H₂SO₄══ZnSO₄＋H₂↑

2Al＋3H₂SO₄（稀══）Al₂（SO₄）₃＋3H₂↑

②金属跟盐溶液的置换，是金属原子跟盐溶液中较不活动金属的阳离子发生置换。如:

Cu＋Hg（NO₃）₂══Hg＋Cu（NO₃）₂

三、按元素的性质划分，金属与非金属单质间的置换。

1.金属单质置换金属单质

2Al＋Fe₂O₃══Al₂O₃＋2Fe（铝热反应。Al还可与V₂O₅、CrO₃、WO₃、MnO₂等发生置换）

Fe＋CuSO₄══FeSO₄＋Cu

2.金属单质置换非金属单质

2Na＋2H₂O══2NaOH＋H₂　2Mg＋CO₂══2MgO＋C

3Fe＋4H₂O══Fe₃O₄＋4H₂（高温下进行）

3.非金属单质置换金属单质

H₂＋CuO══Cu＋H₂O　C＋FeO══Fe＋CO

Si＋2FeO══2Fe＋SiO₂

4.非金属单质置换非金属单质

2F₂＋2H₂O══4HF＋O₂　2C＋SiO₂══Si＋2CO

C＋H₂O══CO＋H₂　2H₂＋SiCl₄══Si＋4HCl

四、按元素在周期表的位置划分，同族元素单质间的置换与不同族元素单质间的置换。

1.同主族元素单质间的置换

Na＋KCl══NaCl＋K　2Na＋2H₂O══2NaOH＋H₂

2H₂S＋O₂══2S＋2H₂O　2C＋SiO₂══Si＋2CO

Cl₂＋2H══2HCl　F₂＋2HCl══2HF＋Cl₂

2.不同主族元素单质间的置换

Mg＋2HCl══MgCl₂＋H₂　2Mg＋CO₂══2MgO＋C

2Al＋6HCl══2AlCl₃＋3H₂　2F₂＋2H₂O══4HF＋O₂

C＋H₂O══CO＋H₂　2H₂＋SiCl₄══Si＋4HCl

H2S＋Cl₂══S＋2HCl　3Cl₂＋8NH₃══6NH₄Cl＋N₂

4NH₃＋3O₂══2N₂＋6H₂O

3.主族元素单质置换副族元素的单质

H₂＋CuO══Cu＋H₂O　2Al＋2FeO₃══2AlO₃＋2Fe

C＋CuO══Cu＋CO　2Al＋3Hg^2＋══2Al₃＋＋3Hg

Na＋TiCl₄══4NaCl＋Ti

4.副族元素的单质置换主族元素单质

3Fe＋4H₂══O　Fe₃O₄＋4H₂　Zn＋2H══＋Zn^2＋＋H₂

5.副族元素的单质置换副族元素的单质

Fe＋CuSO₄══FeSO₄＋Cu

五、按物质类别划分，单质与氧化物间的置换和单质与非氧化物间的置换。

1.单质与氧化物发生置换反应

2Na＋2H₂O　══2NaOH＋H₂　2Mg＋CO₂══2MgO＋C

3Fe＋4H₂O　══Fe₃O₄＋4　H₂H₂＋CuO══Cu＋H₂O

C＋FeO══Fe＋CO　2F₂＋2H₂O══4HF＋O₂

2C＋SiO₂══Si＋2CO　2Al＋Fe₂O₃══Al₂O₃＋2Fe

C＋H₂O══CO＋H₂　2H₂＋SiCl₄══Si＋4HCl

Si＋2FeO══2Fe＋SiO₂　3H₂＋Fe₂O₃══2Fe＋3H₂O

2.单质与非氧化物发生置换反应

2H₂＋SiCl₄══Si＋4HCl　H₂S＋Cl₂══S＋2HCl

3Cl₂＋8NH₃══6NH₄Cl＋N₂　4NH₃＋3O₂══2N₂＋6H₂O

Mg＋2HCl══MgCl₂＋H₂　2Al＋6HCl══2AlCl₃＋3H₂

湿态置换遵守金属活动性顺序。

置换反应一定为氧化还原反应，氧化还原反应不一定为置换反应。