经典实验：铁与硫酸铜的置换反应

实验原理

这是经典的金属活动性顺序验证实验：

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

• 铁（Fe）比铜（Cu）活泼
• 铁把硫酸铜溶液里的铜离子（Cu²⁺）置换成单质铜
• 铁溶解进入溶液变成 Fe²⁺（亚铁离子）
• 硫酸铜溶液蓝色变浅 → 硫酸亚铁溶液是浅绿色

准备器材

• 100 mL 烧杯
• 硫酸铜溶液（混合物类，蓝色）
• 铁丝 / 铁钉（固体 Fe）
• Label 功能（开启观察浓度变化）

实验步骤

步骤 1：准备溶液

1. 拖一个 100 mL 烧杯到实验区
2. 从试剂库混合物分类找 硫酸铜溶液
3. 加约 50 g 到烧杯里

步骤 2：加入铁

1. 从固体分类找 Fe 铁
2. 拖到烧杯上方
3. 长按添加一小段铁丝（约 5-10 g）

步骤 3：观察现象

立刻可以看到：

• 铁丝表面逐渐变红（析出铜）
• 硫酸铜溶液蓝色变浅（Cu²⁺ 被消耗）
• 反应比较温和，不像钠和水那样剧烈

步骤 4：用 Label 数据跟踪

开启 Label 功能，选择 Molarity 浓度模式：

• 观察 CuSO₄ 浓度逐渐降低
• FeSO₄ 浓度逐渐升高
• 两者的量关系符合 1:1 方程式

进阶对比实验

铁与稀盐酸（同样是置换反应）：

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

• 有气泡产生（氢气）
• 铁表面逐渐溶解
• 溶液变成浅绿色（FeCl₂）

铜与稀盐酸（对比）：

• 铜不反应！铜不如氢活泼
• 没有任何气泡或溶解现象
• 这就是金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

教学意义

这个实验完美回答了学生的常见问题：

• 为什么铁能换出铜？ 因为铁比铜活泼
• 为什么铜不能换出铁？ 因为铜没有铁活泼
• 为什么金属会有这样的顺序？ 可以引导到金属失电子能力的差异
• 置换反应的通式？ A + BC → AC + B

小贴士：如果想让反应快一点，用玻璃棒搅拌、或加热一下烧杯。