钠能从硫酸铜溶液里置换出铜吗？
1.8.3 节说过：排在前面的金属，能把排在后面的金属从它的盐溶液里置换出来。钠排在铜前面很远，那么把一小块钠放进硫酸铜溶液，会析出红色的铜吗？实验的结果是：钠在液面上游动，放出气体，溶液里出现蓝色沉淀，却一点铜也没有。这一节把活动性顺序用得更完整：除了酸和盐溶液，还有水，还有卤素之间的置换。
金属活动性顺序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
这是人教版的金属活动性顺序activity series，从左到右金属的活动性依次减弱。美国教材的表大同小异，常在前面加上 Li、Ba，在 Fe 和 Sn 之间加上 Ni，但这些常见金属的先后顺序完全相同，因为它们都是按金属失去电子的难易（标准电极电势）排的。单置换反应的实质，就是活泼的单质把不活泼的元素从化合物里“挤”出来。
金属和水。 K、Ca、Na 和冷水剧烈反应，生成碱和氢气：
Mg 和冷水几乎不反应，和热水缓慢反应。Fe 和冷水不反应，在高温下能和水蒸气反应：
金属和酸。 排在氢前面的金属，能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。铁生成 +2 价的亚铁盐，溶液呈浅绿色；铝生成 +3 价的铝盐。
金属和盐溶液。 排在前面的金属，能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来，但 K、Ca、Na 除外：它们放进盐溶液里，先和水反应生成碱，碱再和盐反应。钠放入硫酸铜溶液时，发生的是
生成的 NaOH 再和 CuSO₄ 反应，生成蓝色的 Cu(OH)₂ 沉淀和 Na₂SO₄（2.7.3 节）。
写生成物时注意电荷。 生成的盐由金属离子的电荷决定：2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu，Al³⁺ 和 SO₄²⁻ 组成 Al₂(SO₄)₃。不能发生反应时，美国教材写 NR（no reaction）。
卤素之间的置换
非金属单质之间也能发生置换反应。卤素的活动性顺序是
和 2.3.6 节一样，同族从上到下，非金属性减弱。活泼的卤素能把不活泼的卤素从它的盐溶液中置换出来：
生成溴时溶液变成橙黄色，生成碘时变成棕黄色。反过来，I₂ 不能置换出 Br₂ 或 Cl₂。
本节的方程式按人教版的写法标出反应条件和 ↑、↓。
选一种单质和一种溶液，先猜能不能反应，再看结果。切换到“卤素”试试非金属的置换：
例题 1：能反应吗？写出方程式
判断下列组合能否反应；能反应的，写出化学方程式。
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依据。 金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au。排在前面的金属，能把排在后面的金属从它的盐溶液里置换出来。
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铝片（已打磨）放入硫酸铜溶液。 Al 排在 Cu 前面，能反应。铝是 +3 价，硫酸铝是 Al₂(SO₄)₃。先配 SO₄（3CuSO₄ 对 1 个 Al₂(SO₄)₃），再配 Al 和 Cu：
铝片表面析出红色的铜，溶液的蓝色逐渐变浅。打磨是为了除去铝表面致密的 Al₂O₃ 薄膜，不然几乎看不到反应。
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铜片放入硫酸锌溶液。 Cu 排在 Zn 后面，不反应。
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铁丝放入硝酸银溶液。 Fe 排在 Ag 前面，能反应。铁和盐溶液发生置换反应时生成 +2 价的亚铁盐，这里是硝酸亚铁 Fe(NO₃)₂：
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常见错误。 把生成物写成 Fe(NO₃)₃。铁在置换反应里失去 2 个电子，生成 Fe²⁺。
例题 2：卤素和“例外”
判断下列组合能否反应；能反应的，写出化学方程式。
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依据。 卤素的活动性：F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂。活泼的卤素能把不活泼的卤素从它的盐溶液里置换出来。
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溴水加入氯化钠溶液。 Br₂ 不如 Cl₂ 活泼，不能置换出 Cl₂，不反应。
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氯气通入碘化钠溶液。 Cl₂ 比 I₂ 活泼，能反应。生成的 I₂ 使溶液变成棕黄色（加淀粉溶液会变蓝）：
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钾放入硝酸银溶液。 K 排在最前面，能和冷水剧烈反应。它一进入溶液就先和水反应，生成 KOH 和 H₂：
生成的 KOH 再和 AgNO₃ 反应生成沉淀，但得不到银。
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规律。 K、Ca、Na 太活泼，不能用来置换盐溶液中的金属。“排在前面就能置换”这条规则，只适用于 Mg 及其后面的金属。
- 锌片放入硫酸亚铁溶液
Zn 排在 Fe 前面：Zn + FeSO₄ → ZnSO₄ + Fe，溶液由浅绿色变为无色。
- 铁丝放入硫酸锌溶液
Fe 排在 Zn 后面，不能置换出锌。
- 铜片放入稀盐酸
Cu 排在氢后面，不能置换出酸中的氢。
- 锡粒放入稀盐酸
Sn 排在氢前面，能缓慢地放出氢气：Sn + 2HCl → SnCl₂ + H₂↑。
- 钾放入硫酸铜溶液
K 太活泼，先和水反应生成 KOH 和 H₂，KOH 再和 CuSO₄ 生成蓝色的 Cu(OH)₂ 沉淀。
- 银丝放入硝酸铜溶液
Ag 排在 Cu 后面，不反应。
- 镁条放入硝酸银溶液
Mg + 2AgNO₃ → Mg(NO₃)₂ + 2Ag。
- 溴水加入碘化钾溶液
Br₂ 比 I₂ 活泼：Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂，溶液变成棕黄色。
- 碘加入氯化钠溶液
I₂ 不如 Cl₂ 活泼，不能置换出 Cl₂。
常见误区
误区 1：“铁和稀盐酸反应生成 FeCl₃。” 铁在置换反应中生成 +2 价的亚铁盐：Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑，溶液呈浅绿色。FeCl₃ 溶液是黄色的，要用别的方法得到。
误区 2：“钠比铜活泼，所以钠能从硫酸铜溶液中置换出铜。” K、Ca、Na 放进任何水溶液，都先和水反应。钠和硫酸铜溶液反应，得到的是氢气和蓝色的氢氧化铜沉淀，没有铜。
误区 3：“排在氢前面的金属，和任何酸反应都放出氢气。” 这条规律只适用于盐酸、稀硫酸这类酸。硝酸和浓硫酸有强氧化性，和金属反应一般不生成氢气（高中会学）。
即时小测
X、Y 都能和稀盐酸反应放出氢气，Z 不能；把 X 放入 Y 的盐溶液中，X 表面没有变化。三种金属的活动性由强到弱是？
X、Y 排在氢前面，Z 排在氢后面；X 不能置换出 Y，说明 Y 比 X 活泼。所以 Y > X > Z。
下列反应能发生的是？
卤素的活动性 Cl₂ > Br₂ > I₂，只有活泼的置换不活泼的。只有 Cl₂ 置换 I₂ 能发生。
小结
- 单置换反应中，活泼的单质把不活泼的元素从化合物中置换出来。金属看金属活动性顺序，卤素看 F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂。
- K、Ca、Na 和冷水反应生成碱和氢气，放进盐溶液也先和水反应；氢前的金属置换酸中的氢；前面的金属置换后面金属的盐溶液。
- 写生成物要看电荷：铁生成 +2 价的亚铁盐，铝生成 +3 价的铝盐。
通往 AP（以后再看）
AP 化学把单置换反应归为氧化还原反应：活泼的金属失去电子被氧化，溶液中的离子得到电子被还原。第 9 单元的标准还原电势表就是更精确的活动性顺序，Zn + Cu²⁺ 这个反应还会被做成原电池。AP 题目常要求写出它的净离子方程式：Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)（2.7.4 节）。