金属活动性顺序的探究

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1、金属的活动性顺序探究张慧慧（安徽师范大学化学与材料科学学院安徽芜湖241000）摘要：目前中学化学教材上通用的金属活动性顺序有着广泛的用途，可以解决很多实际问题，但是由于按标准电极电势排列的金属活动顺序只是从热力学角度说明金属间氧化还原反应的方向和趋势，不能说明化学反应的快慢。另外，它所依据的标准电极电势不仅与金属的电离能有关，还与金属水合时的水合热以及金属原子的升华热等因素有关。因此，金属的活动性顺序的这种排列是有出入的。本文主要从无机化学发展上人们对于金属活动顺序的逐步认识、金属活动性与元素金属性的区

2、别、金属的标准电极电势、电离势与金属的活动性之间的联系以及它的使用范围等方面来说明正确了解和掌握该活动顺序的重要性，从而帮助我们更好的解决问题。关键词：金属性、电离势、水合热、标准电极电势1812年瑞典化学家贝采利乌斯根据实验现象首先提出金属活动顺序。后来俄国化学家贝开托夫又在大量实验和系统研究之后，于1865年发表了金属置换顺序—金属活动顺序表：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu后来随着电极电势的研究，发现它是衡量金属在溶液中还原能力的尺度[1]。现行中学教材中的金属活动顺序，

3、基本上就是按金属在溶液中形成简单低价金属离子的标准电极电势由小到大排列而成的[2]：金属活动顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu标准电极电势(V)：-2.924-2.760-2.711-2.375-1.706-0.763-0.409-0.136-0.1260.3450.7960.7991.21.42它反映了在标准状态下(即25℃，离子浓度为1mol/L，气体为1大气压时)金属在水溶液中还原能力的相对强弱。根据金属活动顺序，可以判断金属从水和酸中置换氢的难易及金属在盐溶液中发生

4、置换反应的方向。但值得注意的是：金属活动顺序有其严格的使用范围，它决不能说明一切涉及金属单质参与的反应及产物[3]。为此，特讨论如下：一、金属活动性和元素金属性的区别：金属活动顺序表示的是金属活动性的强弱，它与元素周期律所揭示的元素金属性递变规律是不同的。前者是指金属在溶液中置换能力的强弱，可用电极电势的数值来衡量。由于金属在溶液中发生置换反应是一个复杂的过程：既包括金属原子脱离晶体表面变为气态原子、气态原子变成气态阳离子、气态阳离子再变为水合离子的过程，又包括被置换的金属由水合离子变为气态离子、气态离子

5、得电子变为气态原子、气态原子沉积变为金属的过程[4-5]。9因此，单质金属在水中水化生成水化离子倾向的大小(即金属的活动性)不仅与元素的电离能有关，而且还与金属单质的升华能固体金属单质蒸发成蒸气时消耗的能量和金属离子的水化能(气态离子和极性水分子结合时放出的能量)密切相关。如果元素的电离能、升华能越小，离子的水化能越大(即标准电极电势越负)，则该金属的金属活动性就越强。否则，金属活动性就越弱。金属的电极电势就是综合考虑上述各种因素的用以表示金属活动性强弱的物理量。金属性是指元素的原子失去电子变为阳离子倾向

6、的难易。它是包括元素物理性质和化学性质在内的总概念。这种倾向的难易与原子结构(即原子核外电子层数、原子半径、电离能及最外层电子数)密切相关。一般来说，元素原子的电子层数越多，原子半径越大，电离能越小，最外层电子数与越少，原子变为阳离子的倾向越容易，金属性越强。否则，金属性就越弱。在一般条件下，金属活动性强的元素，金属性也强。但是有时金属活动性强的元素，不一定金属性也强。例如：同处于第四周期的锌铜两元素，按元素周期律铜比锌金属性强(铜的I1=746kJ/mol，锌的I1=906kJ/mol[6])。但在金属

7、活动性顺序中，铜远在锌的右边，锌的活动性比铜强。从其Eθ值大小可以看出：φθA(Zn2+/Zn)=-0.409V，φθA(Cu2+/Cu)=0.337V。造成φθA值差别的主要原因是铜形成了比锌较为牢固的金属晶格(从它们的熔点即可看出：锌为419℃，铜为1083℃)。因此，铜的升华能远比锌的大，这样，虽然它们的前两级电离能及标准水合热值相近，但综合考虑，铜的标准电极电势就比锌大得多，因此锌比铜的金属性强的多[7]。类似情况还有，位于第四主族的锡和铅。按元素周期律，铅的金属性比锡的强。在金属活动顺序中锡在铅

8、的左边，即锡的金属活动性比铅的强(二者的电极电势值：φθA(Sn2+/Sn）=-0.136V，φθA(Pb2+/Pb)=-0.126V)。由上可见，金属性的强弱与金属单质的活动性强弱有时并非完全一致，应当根据实际情况灵活地运用。否则，把二者混淆起来，常会得出错误的结论。二、金属活动顺序与金属和盐溶液间的反应应用金属活动顺序，我们可以判定：排在前面的金属单质，可以把后面的金属从其盐的溶液中置换出来。如：Zn+Ni2+=Zn2++