首先,在这个实验体系中,镁粉作为活性金属,会优先与硝酸银发生置换反应。根据金属活动性顺序表,镁的活泼性高于银,因此它能够将银从其化合物中置换出来,形成银单质沉淀以及相应的镁盐。这一过程可以用以下化学方程式表示:
\[ 2AgNO_3 + Mg \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2Ag \downarrow \]
接着,当硝酸银完全被消耗后,若还有剩余的镁粉,则接下来它将继续与硝酸铜发生类似的置换反应。同样地,由于镁的金属性强于铜,所以也能有效地将铜置换出来,同时生成硝酸镁。相应的化学反应为:
\[ Cu(NO_3)_2 + Mg \rightarrow Mg(NO_3)_2 + Cu \downarrow \]
在整个反应过程中,我们可以注意到,随着反应的进行,溶液的颜色会发生明显的变化。最初含有蓝色(来自Cu²⁺)和无色(来自Mg²⁺)的混合溶液,在加入镁粉后逐渐转变为浅绿色(表明形成了Mg²⁺),并且可以看到有灰黑色的金属银和红色的金属铜析出。
最后,在完成了上述所有的化学反应之后,通过适当的过滤操作,我们就可以分离出这些新生成的固体物质——即银和铜的混合物。而滤液则主要由硝酸镁组成。
此实验不仅展示了金属间置换反应的基本原理,还帮助学生理解了不同金属之间的相对活性差异以及它们如何影响化学反应的结果。此外,通过实际操作此类实验,还能培养学生的动手能力、观察能力以及对科学探究的兴趣。