金属活动性顺序实验的再思考

风风1号

1问题提出

金属活动性顺序是中学阶段一个重要的规律，贯穿中学化学的教学过程，其不仅指导着金属置换反应的判断，而且在电化学中也有着广泛的应用。课程标准分别在内容与学业水平部分明确要求“通过实验探究等活动认识常见金属的主要化学性质及金属活动性顺序”1]，“能运用研究物质性质的一般思路与方法，从物质分类的视角，依据金属活动性顺序初步预测常见的金属的主要性质，设计实验方案，分析、解释有关的实验现象，进行证据推理，得出合理的结论”[2]。因此，金属活动性顺序不仅是教育教学的重点内容，也是中考命题的考查对象，然而2024年黑龙江的一道相关试题引起了一线教师广泛的争议。

原题：探究 Mg 、Fe、Cu的金属活动性顺序，下列试剂的选择方案正确的是 。

A. Mg 、 cu 、 FeSO4 溶液B.Fe、 MgSO4 溶液、 CuSO4 溶液C. Mg 、Fe、 Cu， 稀盐酸D. Cu 、 MgSO4 溶液、 FeSO4 溶液

本小题的参考答案为BC。有许多教师认为，金属与酸的反应速率快慢属于动力学范畴，不能作为判断金属活动性强弱的依据。若果真如此，此题必然会有着严重的科学性错误，问题的根源究竟在何处？如何解决此类现象？

2 现状概述

金属的活动性是金属单质的属性，是指金属固体原子在常温下的水溶液中失去电子形成水合离子倾向的大小，它以 25°C 时金属的标准电极电势为判断依据，也称为热力学金属活动性顺序。许多专家与一线教师针对金属活动性顺序作了深入研究[3]，经过多年的讨论乃至争论，目前化学理论界一般认为，金属活动性顺序既然是热力学规律，就不应该用金属反应的剧烈程度来衡量，也不应用于比较金属与酸的反应速率。然而令人费解的是，习题、试卷甚至教材都不时地出现与此相悖的信息，在实际教学（包括教学比赛）中，也屡屡会出现“金属与氧气反应、与酸反应越剧烈活动性越强”的结论，这使得一线教师感到相当的困惑。

3 实验内容的对比分析

3.1 多版本教材内容的比较

根据国家“一标多本”的总体要求，许多省市均组

织专家进行了教材的编写工作，目前国内使用范围最广、最具代表性的九年级化学教材有三本，分别为人教版、沪教版和鲁教版。这些教材都是依据课程标准的

各项要求编写的，因此各版本的教材都将金属活动性顺序作为教学的重点内容，但在内容的组织和呈现的形式上有一定差异，具体见表1。

表1三种版本教材中“金属活动性顺序”内容的比较3.2 多版本教材内容的分析3.2.1学习内容分析人教版将金属的活动性编排于金属的化学性质单元里，学生在此之前只是在镁条和铁丝燃烧、铜粉加热等实验中初步知道了金属的化学性质，因此进入新的内容学习，学生不仅需要从分类观的视角掌握金属的化学性质规律，还需要从科学思维和探究实践角度掌握金属活动性顺序的形成与应用。沪教版将金属活动性编排于常见的酸单元，在此之前学生已经有了很好的知识基础：（1）在铁丝和镁条燃烧、镁条与酸反应等实验中初步认识了金属的化学性质；（2）在金属的化学性质单元掌握了常见金属的性质规律，初步建立了分类观及分类学习的思维方法。因此，在新内容的学习过程中重点探究金属活动性顺序的形成，但金属与盐溶液的置换不在其中，其编排在“盐的组成与分类”单元[7]。鲁教版也将金属活动性安排于金属的化学性质单元，但学生经过之前的学习已经初步了解了常见金属的化学性质、掌握了酸的化学性质、认识了盐。因此，教材在新内容中安排的重点是研究性学习，使学生通过科学探究与实践认识了金属活动性顺序。3.2.2 实验设计分析从表1可知，为帮助学生的理解和方便学生的记忆，教材都从实验入手构建科学探究情境，依据实验中观察到的现象进行提问，引导学生进行反思，进而得出结论。例如，根据金属与酸之间能否发生置换反应，得出“排在氢前面的金属能与酸反应放出氢气，而排在氢后面的金属不能与酸反应放出氢气”的结论；根据金属与盐溶液之间能否发生置换反应，得出“位置靠前的金属可以把位于其后的金属从它们的盐溶液中置换出来”的结论（沪教版此内容编排于下个单元）。然而三个版本教材设计实验得出金属活动性顺序的思路却有着迥然的差异，人教版从金属与盐溶液之间能否发生置换反应来比较金属的活动性强弱；鲁教版则明确依据金属与酸之间反应的剧热程度（生成气泡的速率）来比较金属的活动性强弱；而沪教版虽未明确比较金属活动性强弱的依据，但“比较实验现象”“讨论可能的原因”“反应的难易程度”等描述都指向了金属与酸反应生成气泡的快慢，实际在课堂教学中也是如此处理的。4教学再思考4.1 金属活动性应如何比较化学经典理论告诉我们[8]，金属活动性只讨论反应进行的可能性。因此，人教版教材在探究金属活动性顺序时，主要利用了金属和盐反应的实验探究，同时也利用金属与酸反应的实验，以是否可与酸反应置换出氢气将金属分成两类。但为了撇清金属活动性与反应速率的关系，利用重新修订之机将原版9中的\"金属与盐酸反应的比较”漫画图（见图1）删去，将师生对金属活动性顺序的教学引导至金属与盐溶液的置换实验中。

表2动力学金属活动性顺序和热力学金属活动性顺序比较

4.2金属与酸反应的实验是否需要控制变量

三种版本教材中都将金属与酸的反应设计成探究实验，实验设计思路基本相似，只是实验设计方案和实验素材的选择略有不同（见表3）。

表3三种版本教材中“金属与酸反应\"实验设计对比

由表3可知，人教版和沪教版教材实验方案的设计主线清晰，教材中的表格方便学生分类记录实验现象，对比整理出实验结论；鲁科版教材中学生已经学习过镁与稀盐酸的反应，对金属与酸的反应有一定的认识，在此基础上教材给出实验药品，但没有具体的实验步骤，为师生设计探究实验提供较大的发挥空间[14]

在实际课堂教学中，教师都要求学生观察实验过程中金属与酸反应的速率快慢。按对比实验设计的规范要求，在实验中必然进行控制变量，其中包括金属的质量、金属的表面积、酸的浓度、酸的体积和反应温度等，然而人教版和沪教版教材在实验设计中都没有明确提出控制变量的要求，特别是没有要求所使用的金属单质表面积相同；但鲁教版让学生在设计实验方案时思考：是否需要进行变量控制？即提示学生需关注实验中控制变量。令人不解的是，人教版在实验方案中对使用的金属虽未提及其形状，但在实验图示中明显使用了表面积大致相同的金属条[15；沪教版在实验方案中明确使用了镁条、铝片、铜片，而在图示中却显示出三种表面积相同的镁条、铝条和铜条1；更加令人意外的是，鲁教版在学生进行实验方案设计时特意以问题思考的形式提醒学生注意变量控制，但其提供的实验用品却是铁丝、铜丝和锌片。

又回到了开始的问题上，金属与酸的反应需要控制变量吗？其核心的问题是：需要严格比较金属与酸的反应速率吗？在一般情况下，教师提醒学生观察各种金属与酸的反应速率快慢，其目的只是为实验室制氢气时金属单质的选择作铺垫，因此对实验的要求并不高。但如若以金属与酸的反应速率作为金属活动性强弱比较的事实依据，则必须控制变量，将一切干扰因素考虑到位，特别是金属的表面积相同和去除表面氧化膜。使用铝单质需要特别注意，因为其化学性质活泼，在打磨金属表面的同时会迅速生成新的氧化膜，所以如果表面氧化膜不能完全除去，就会影响与酸反应时铝和锌的比较。

5结语

综上所述，教师对教学中存在的传统问题需要进行辩证、客观的分析，厘清其中的曲直，寻找合适的处理方法，真正实现“用教材教”的教材观。特别应学会与教材对话、与编者对话，理解教材编写的意图、所秉持的学术观点，在各种观点中寻找平衡点，采纳其合理之处，做到兼容并蓄。当然，也建议编者基于科学本质，对教材作适当修改，使之更加完善。因此，对金属活动性顺序实验的争论应该休止，转向为学生提供多元化的学习资源和支持，培养他们的创新能力和解决实际问题的能力，助力他们成为具有科学素养的优秀人才。

参考文献：

[1][2］中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2022年版）［S].北京：北京师范大学出版社，2022：19～20.

[3］张成桂.金属活动性顺序的使用范围[J].化学教学，1996，（11）：39～40.

［4][11][15］王晶，郑长龙主编．义务教育教科书·化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，2024：11.

[5][7][12][16］王祖浩主编.义务教育教科书·化学（下册）[M].上海：上海教育出版社，2024：52，68，53.

［6][13］毕华林，卢巍主编．义务教育教科书·化学（下册）[M]．济南：山东教育出版社，2024：62.

［8］宋心琦．化学实验改革建议之四[J]．化学教学，2012，（9）：3～4.

［9」王晶，郑长龙主编．义务教育课程标准实验教科书·化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，2012：10.

［10］陈花蕊，占小红．金属活动性顺序表的诞生与发展[J].教学月刊（中学版），2011，（4）：36～38.

［14］乔啊娟．多版本初中化学教材“金属单元\"实验内容对比分析[J].教育与装备研究，2021，（8）：65～68.