金屬 / 子課題
活性序與提取
Reactivity Series and Extraction
金屬活性序排列、各活性範圍的提取方法及例外情況
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 金屬活性序與反應
考評提示：活性序排列、與水及稀酸反應的現象
- 活性序：K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Au
- 與水反應：K, Na, Ca 與冷水劇烈反應；Mg 與熱水緩慢反應，與水蒸氣反應劇烈。
- 與酸反應：排在 (H) 以上的金屬能與稀酸反應釋放 H₂；(H) 以下則不能。
2. 金屬提取方法
考評提示：活性範圍與提取方法的配對（電解/碳還原/直接加熱）
- 活性越高的金屬 -> 越難提取（其化合物越穩定）。
- 提取法：① 高活性 (K-Al)：電解熔融礦石。② 中活性 (Zn-Cu)：碳還原法。③ 低活性 (Hg-Au)：直接加熱氧化物或以天然形式存在。
常見題型 · scoring points
列出並解釋金屬活性序的排列依據
- 依據：金屬原子失去電子形成陽離子的傾向。
- 規律：越容易失去電子的金屬，活性越高。
- 測試方法：觀察金屬與水、稀酸反應的劇烈程度，或金屬間的置換反應。
描述鈉 (Na) 與冷水反應的現象及方程式
- 現象：鈉浮在水面並熔成銀色小球；在水面快速游動並發出「嘶嘶」聲；溶液加入酚酞變粉紅色。
- 化學方程式：2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)。
- 安全性：需在通風櫥操作，並使用防護屏。
比較鎂 (Mg) 與冷水、熱水及水蒸氣的反應差異
- 冷水：極緩慢反應，幾乎觀察不到現象。
- 熱水：緩慢反應，產生少量氣泡。
- 水蒸氣：劇烈反應，發出耀眼白光，生成白色固體 (MgO)。
- 方程式（水蒸氣）：Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g)。
分析為何鋁 (Al) 的表現活性看似比其實際活性低
- 原因：鋁表面極易與空氣反應，形成一層緻密且堅固的氧化鋁 (Al₂O₃) 薄層。
- 效果：該氧化層不透水也不透氣，保護內層鋁不被進一步侵蝕。
- 測試：若除去氧化層（如用汞鹽），鋁會與水劇烈反應。
解釋金屬提取方法與其在活性序中位置的關係
- 原理：金屬活性越高，其陽離子越穩定（還原越難）。
- 電解法：應用於活性極高的金屬 (K to Al)，因為碳不足以將其還原。
- 碳還原法：應用於中等活性的金屬 (Zn to Cu)，焦炭 (C) 或一氧化碳 (CO) 能奪取其氧化物中的氧。
- 加熱法：應用於不活潑金屬 (Hg, Ag)，其氧化物受熱即分解。
詳述工業上在高爐中提取鐵的過程及反應
- 原料：鐵礦石 (Fe₂O₃)、焦炭 (C)、石灰石 (CaCO₃)、空氣。
- 主要還原劑：一氧化碳 (CO)，由焦炭不完全燃燒生成。
- 主要反應：Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂。
- 石灰石作用：去除雜質（砂石），生成熔渣 (Slag)。
分析電解熔融氧化鋁提取鋁的過程
- 電解質：氧化鋁 (Al₂O₃) 溶解在熔融的冰晶石 (Cryolite) 中。
- 冰晶石作用：降低電解質的熔點（從 2000°C 降至約 900°C），並增加導電性。
- 陰極反應：Al³⁺ + 3e⁻ → Al(l)。
- 陽極問題：生成的 O₂ 會與碳陽極反應生成 CO₂，因此陽極需定期更換。
比較金屬碳酸鹽的熱穩定性規律
- 規律：金屬活性越高，其碳酸鹽的熱穩定性通常越高。
- 例子：K₂CO₃ / Na₂CO₃ 受熱不分解；CaCO₃ 強熱分解；CuCO₃ 輕微加熱即分解（變黑色 CuO）。
- 結論：熱穩定性由 K 往 Cu 逐漸降低。
描述實驗：如何利用碳還原氧化銅(II)
- 步驟：將黑色氧化銅(II)粉末與碳粉混合，置於試管中強熱。
- 現象：黑色固體混合物變為粉紅色/紅棕色固體 (Cu)；產生的氣體使石灰水變乳白色。
- 化學方程式：2CuO(s) + C(s) → 2Cu(s) + CO₂(g)。
討論回收金屬的經濟與環境效益
- 經濟：回收鋁等金屬比從礦石中重新提取節省大量能量（如回收鋁僅需原電解能量的 5%）。
- 環境：減少礦山開採導致的生態破壞；減少冶煉過程中的污染物排放。
- 資源：保護日益枯竭的金屬礦石儲量，實現可持續發展。
解釋為何某些金屬（如金、銀）能以天然形式存在
- 原因：這些金屬在活性序中排在最末端，化學性質極不活潑。
- 結構：它們不輕易與大氣中的氧氣、水或硫反應形成化合物。
- 結果：它們在自然界中可以保持單質狀態數千年而不變質。
設計實驗比較鋅、鐵、銅與稀鹽酸的反應速率
- 步驟：將相同大小和形狀的 Zn、Fe、Cu 片分別放入等體積、等濃度的稀 HCl 中。
- 現象：Zn 產生氣泡最快；Fe 產生氣泡較慢；Cu 沒有氣泡產生。
- 結論：活性 Zn > Fe > (H) > Cu。
金屬 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
