纵观人类炼金史，金(Au)\mathrm{(Au)}(Au)、银(Ag)\mathrm{(Ag)}(Ag)、铜(Cu)\mathrm{(Cu)}(Cu)这样的稀有金属是最早被发现并运用的。铁(Fe)\mathrm{(Fe)}(Fe)在其之后，而铝材料更是在近代之后才出现。

这与金属的冶炼难度有关。金在自然界中以单质存在，而铜则大多以氧化铜的形式存在，需要还原。随着金属活性的增加，其冶炼难度也在增加。这决定了人类炼金史的发展。

鉴别金属活性有两种常用的方式。

金属与氧气的反应

氧化反应是自然界中普遍存在的反应，也是鉴别金属活性最直接的方式。

在此，我们选择了铝(Al)\mathrm{(Al)}(Al)、镁(Mg)\mathrm{(Mg)}(Mg)、铁、铜、金五种金属来讨论。

常温下就能发生的反应

由于化学性质活泼，镁铝在常温下就会反应。自然界中他们以化合物的形式存在，且冶炼难度较高，不易获得单质。

Al\mathrm{Al}Al

铝是银白色金属，在常温下可与氧气反应生成氧化铝(Al2O3)\mathrm{(Al_2O_3)}(Al2O3)，一种白色化合物。因此氧化时铝表面会逐渐变暗，并形成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝被进一步氧化。因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。另外，其硬度大、密度小以及价格等优点也决定了其理想材料地位。

4Al+3O2=2Al2O3\mathrm{4Al+3O_2\space {\xlongequal{}} \space2Al_2O_3}4Al+3O2 2Al2O3

Mg\mathrm{Mg}Mg

镁铝化学性质相似。常温下镁与氧气反应生成氧化镁(MgO)\mathrm{(MgO)}(MgO)，其表面薄膜致密程度略低于铝。

镁在点燃条件下能在空气中燃烧，发出刺眼白光，放热。

2Mg+O2=点燃2MgO\mathrm{2 Mg +O_2 \space {\xlongequal{点燃}} \space 2 MgO}2Mg+O2 点燃 2MgO

点燃或加热时才能发生的反应

相对于镁铝，铁、铜的化学性质较稳定，常温下不易反应，需要点燃或加热。其冶炼难度低于镁铝。

Fe\mathrm{Fe}Fe

铁在点燃条件下能在氧气中燃烧。其现象是剧烈燃烧，火星四射，放热。

3Fe+2O2=点燃Fe3O4\mathrm{3Fe+2O_2 \space {\xlongequal{点燃}} \space Fe_3O_4}3Fe+2O2 点燃 Fe3O4

Cu\mathrm{Cu}Cu

铜在加热条件下能与空气中的氧气反应，现象是表面变黑，失去金属光泽。

2Cu+O2=Δ2CuO\mathrm{2Cu+O_2 \space {\xlongequal{\Delta}} \space 2CuO}2Cu+O2 Δ 2CuO

上文提到，自然界中铜元素以氧化铜的形式存在。常见的铜单质的还原方法有三种：

2CuO+C=高温2Cu+CO2↑\mathrm{2CuO+C \space {\xlongequal{高温}} \space 2Cu+CO_2 \uparrow}2CuO+C 高温 2Cu+CO2↑
CuO+CO=ΔCu+CO2\mathrm{CuO+CO \space {\xlongequal{\Delta}} \space Cu + CO_2}CuO+CO Δ Cu+CO2
CuO+H2=ΔCu+H2O\mathrm{CuO+H_2 \space {\xlongequal{\Delta}} \space Cu+H_2O}CuO+H2 Δ Cu+H2O

不能反应

Au\mathrm{Au}Au

金的化学性质不活泼，即使在高温下也不与氧气反应。(但注意不能称为惰性金属，金会与其他物质反应）因此，金的冶炼是最容易的。

综上，我们可以得到以下结论：

大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同，这取决于金属的活性；
以上五种金属的活动性（由大到小）：Mg,Al→Fe,Cu→Au\mathrm{Mg,Al \rightarrow Fe,Cu \rightarrow Au}Mg,Al→Fe,Cu→Au

金属与盐酸、稀硫酸的反应

除了氧化反应这样的原始鉴别方法以外，我们还广泛采用金属与酸的反应。这里我们选择盐酸(HCl)\mathrm{(HCl)}(HCl)和稀硫酸(H2SO4)\mathrm{(H_2SO_4)}(H2SO4)这两种酸。注意不建议使用硝酸(HNO3)\mathrm{(HNO_3)}(HNO3)，因为硝酸有强氧化性。例如在铁与硝酸的反应中，可能会出现三价铁，生成物与本实验要求的不同。因此最好选择本实验要求的盐酸和稀硫酸。

我们选择镁、锌(Zn)\mathrm{(Zn)}(Zn)、铁、铜四种金属来做这次实验。为控制变量，应：

取相同大小的金属颗粒；
取等量、等浓度的同种酸溶液。

实验相关信息如下表所示：

金属	与酸反应的现象	与稀盐酸反应方程式	与稀硫酸反应方程式
Mg\mathrm{Mg}Mg	反应剧烈，产生大量气泡，溶液仍为无色	Mg+2HCl=MgCl2+H2↑\mathrm{Mg+2HCl \space {\xlongequal{}} \space MgCl_2 + H_2 \uparrow}Mg+2HCl MgCl2+H2↑	Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑\mathrm{Mg+H_2SO_4 \space {\xlongequal{}} \space MgSO_4 + H_2 \uparrow}Mg+H2SO4 MgSO4+H2↑
Zn\mathrm{Zn}Zn	反应速率适中，产生一些气泡，溶液仍为无色	Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑\mathrm{Zn+2HCl \space {\xlongequal{}} \space ZnCl_2 + H_2 \uparrow}Zn+2HCl ZnCl2+H2↑	Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑\mathrm{Zn+H_2SO_4 \space {\xlongequal{}} \space ZnSO_4 + H_2 \uparrow}Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
Fe\mathrm{Fe}Fe	反应缓慢，产生少量气泡，溶液由无色变为浅绿色	Fe+2HCl=FeCl2+H2↑\mathrm{Fe+2HCl \space {\xlongequal{}} \space FeCl_2 + H_2 \uparrow}Fe+2HCl FeCl2+H2↑	Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑\mathrm{Fe+H_2SO_4 \space {\xlongequal{}} \space FeSO_4 + H_2 \uparrow}Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑
Cu\mathrm{Cu}Cu	无现象，不反应	—	—

根据上表，我们可知反应剧烈程度递减。这是由于四种金属的活泼性递减。在此实验中，如果金属的活泼性大于氢(H)\mathrm{(H)}(H)，便会发生反应。因此，镁、锌、铁的活性大于氢，而铜的活性小于氢。据此，我们可以将金属分为活泼金属与不活泼金属。

综上，我们得到了以下结论：

活泼金属能与盐酸、稀硫酸反应；
这四种金属的活动性（由大到小）：Mg→Zn→Fe→(H)→Cu\mathrm{Mg \rightarrow Zn \rightarrow Fe \rightarrow (H) \rightarrow Cu}Mg→Zn→Fe→(H)→Cu

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