关于金属活动性顺序的若干问题

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摘要：金属活动性顺序表及其应用，是中学化学教学内容的重点之一，许多涉及到金属参与的化学反应都要依据金属活动性顺序来判断，但实际上金属参与的化学反应除了与金属活动性顺序有关，还会受其他因素影响。

关键词：中学化学；金属性；金属活动性顺序

文章编号：1008-0546（201２）０8-0023-02

中图分类号：G６３3．8

文献标识码：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１２．０8．００10

在中学化学教学中经常要利用到金属活动性顺序来解释金属参与化学反应的现象，但很多有金属参加的化学反应所呈现的现象与金属活动性顺序不符，这就要求教师要对金属活动性顺序及其应用有深入的了解，才能给学生提供正确的解释。

1812年瑞典化学家贝采利乌斯基根据实验现象首先提出了金属活动性顺序的概念，后来俄国化学家贝开托夫又在大量实验事实的基础上进行系统研究之后，于1865年发表了金属置换顺序——金属活动性顺序表。

K Na Ca Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

此表一直使用了近百年。随着科学技术的发展，人们发现金属在水溶液中还原能力的大小与金属的标准电极电位数值的大小相关，于是人们据此重新排布了金属的活动顺序，成为现在的金属活动性顺序表。

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au

一、金属活动性顺序表反映了金属原子活动性大小的顺序，而不是金属性强弱的顺序

金属在水溶液中还原（失去电子）能力的大小与金属的标准电极电位数值的大小相关。

排布顺序 电极电位 E0（伏）

K 　K++e-=K

-2.924

Ca Ca2++2e-=Ca 　-2.76

Na Na++e-=Na 　 -2.7109

Mg Mg2++2e-=Mg -2.375

Al Al3++3e-=Al 　 -1.706

Zn Zn2++2e-=Zn 　-0.7628

Fe Fe2++2e-=Fe 　-0.4402

Sn Sn2++2e-=Sn 　-0.1364

Pb Pb2++2e-=Pb 　-0.1263

H2 2H++2e-=H2 　 0.000

Cu Cu2++2e-=Cu 　0.3402

Hg Hg22++2e-=2Hg 0.7989

Ag Ag++e-=Ag

0.7996

Pt Pt2++2e-=Pt

1.2

Au Au3++3e-=Au 1.42

上述的电极反应与电极电位的数值表明：现行中学教科书中的金属活动性顺序表是按金属在水溶液中形成稳定的低价阳离子的标准电极电位由小而大的顺序排列而成的，它表示了金属固体在水溶液中形成水合离子的能力由大到小的顺序，即表示了金属活动性大小的顺序。

元素的金属性和金属的活动性是既有联系又有一定差别的两个不同的概念，前者常以元素的电离能（I）作为衡量标准，它反映气态原子失去电子形成气态阳离子的能力，它是金属原子在气态时活泼性的量度。而后者是以标准电极电位（E0）作为衡量标准，它反映了金属固体在水溶液中形成水合离子的能力。I与E0虽然都能反映金属元素失去电子能力的大小，但二者所处的环境不同，这显然是有区别的。正因为如此，在用I与E0分别表示元素的金属性与金属的活动性强弱时有时会出现不一致的情况。例如，碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs的第一电离能分别为520kJ/mol、496kJ/mol、419kJ/mol、403kJ/mol、376kJ/mol，由此可知，气态锂原子最不容易失去电子。但在溶液中锂原子却表现出异常的活泼性，其主要原因是锂原子形成水合离子时放出520kJ/mol的热量，而钠形成水合离子时放出的能量为405kJ/mol。Na的第一电离能为496kJ/mol，而Ca的第一电离能和第二电离能分别为590kJ/mol、1145kJ/mol，表明气态钠原子比气态钙原子更容易失去电子，更加活泼。但是，由于钙离子形成水合离子时放出的能量（1653kJ/mol）远比钠离子形成水合离子时放出的能量多，所以在水溶液里钙原子比钠原子更容易失去电子，即在金属活泼性顺序中钙排在钠的前面。

二、金属活动性顺序只适用于标准状态下

一般说来，金属活动性顺序表里前面的金属能将后面的金属从它们的盐溶液里置换出来，指的是在标准状况或离子浓度相近的情况下。所谓标准状况就是指25℃，离子浓度为1mol/L（严格说离子活度a=1），气体分压为一个标准大气压时的状况。若为非标准状况下，则上述规律就会被打破。

例如，在金属活动性顺序表中，Cu、Ag位于氢之后，标准状况下不能与非氧化的酸反应生成氢气。但在加热条件，Cu与浓盐酸、Ag与氢碘酸均可发生反应而生成H2。

Cu+4HCl（浓）＝2H［CuCl2］+H2

2Ag+2HI＝2AgI+H2

这两个反应之所以可以进行，是因为络离子［CuCl2］-和AgI沉淀的生成，大大降低了Cu+和Ag+的浓度，使二者的电极电位降低到比H的电极电位还小，增加了Cu、Ag的还原性，故可发生反应。

再例如，在标准状况下Sn和Pb的电极电位分别为-0.136ev和-0.126ev，所以Sn的活动性大于Pb，可以发生置换反应：

Sn+Pb2+＝Sn2++Pb

但在非标准状态下，如果Sn2+的浓度是Pb2+的3倍以上时，Pb的电极电位更负，Pb反应比Sn更活泼，反应向相反方向进行，即：

Sn2++Pb＝Sn+Pb2+

三、金属活动性顺序只适用于湿态而不适用于干态