金属置换反应的原理与顺序
当向含有AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量铁粉时，会发生一系列氧化还原反应。这是因为在金属活动性顺序中，铁（Fe）的活泼性比铜（Cu）强，而铜又比银（Ag）强。因此，铁粉会优先置换出溶液中氧化性更强的金属离子。具体来说，Ag+的氧化性远强于Cu2+，所以铁粉会首先与硝酸银反应，生成硝酸亚铁和银单质。只有当溶液中的Ag+被完全还原析出后，如果铁粉还有剩余，才会继续与硝酸铜反应，置换出铜单质并生成硝酸亚铁。
反应过程与现象分析
反应过程可以分为两个阶段。第一阶段，铁粉与硝酸银反应：2AgNO3 + Fe → Fe(NO3)2 + 2Ag。此时可观察到铁粉表面覆盖一层灰白色的银，溶液颜色可能无明显变化。待银离子完全反应后，进入第二阶段，剩余的铁粉与硝酸铜反应：Cu(NO3)2 + Fe → Fe(NO3)2 + Cu。此阶段会观察到固体表面出现紫红色的铜，同时溶液由蓝色（Cu2+的颜色）逐渐变浅，最终变为浅绿色（Fe2+的颜色）。整个过程中，溶液的质量会减少，因为较重的银和铜离子被置换为固体析出，而进入溶液的铁离子相对较轻。
铁粉用量对结果的影响
最终得到的固体和溶液成分，完全取决于加入铁粉的量。若铁粉不足量，仅够部分或全部还原Ag+，则固体为Ag和可能剩余的Fe，溶液中含有Fe2+、未反应的Cu2+和可能剩余的Ag+。若铁粉恰好将Ag+全部还原且与部分Cu2+反应，则固体为Ag和Cu，溶液含Fe2+和剩余的Cu2+。若铁粉过量，能将两种金属离子全部置换，则固体为Ag、Cu和剩余Fe的混合物，溶液中只含有Fe(NO3)2。这一系列变化生动体现了金属活动性顺序在湿法冶金和物质分离中的实际应用。