關于金屬活動性順序的若干問題

王靈柱柳兆華

（1阜陽師范學院附屬中學安徽阜陽236000；2阜陽市教育局教研室安徽阜陽236000）

在中學化學教學中經常要利用到金屬活動性順序來解釋金屬參與化學反應的現象，但很多有金屬參加的化學反應所呈現的現象與金屬活動性順序不符，這就要求教師要對金屬活動性順序及其應用有深入的了解，才能給學生提供正確的解釋。

1812年瑞典化學家貝采利烏斯基根據實驗現象首先提出了金屬活動性順序的概念，后來俄國化學家貝開托夫又在大量實驗事實的基礎上進行系統研究之后，于1865年發表了金屬置換順序——金屬活動性順序表。

KNaCaMgAlZnFeSnPbHCu HgAgPtAu

此表一直使用了近百年。隨著科學技術的發展，人們發現金屬在水溶液中還原能力的大小與金屬的標準電極電位數值的大小相關，于是人們據此重新排布了金屬的活動順序，成為現在的金屬活動性順序表。

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu

一、金屬活動性順序表反映了金屬原子活動性大小的順序，而不是金屬性強弱的順序

金屬在水溶液中還原（失去電子）能力的大小與金屬的標準電極電位數值的大小相關。

排布順序電極電位E0（伏）

KK++e-=K-2.924

CaCa2++2e-=Ca-2.76

NaNa++e-=Na-2.7109

MgMg2++2e-=Mg-2.375

AlAl3++3e-=Al-1.706

ZnZn2++2e-=Zn-0.7628

FeFe2++2e-=Fe-0.4402

SnSn2++2e-=Sn-0.1364

PbPb2++2e-=Pb-0.1263

H22H++2e-=H20.000

CuCu2++2e-=Cu0.3402

HgHg22++2e-=2Hg0.7989

AgAg++e-=Ag0.7996

PtPt2++2e-=Pt1.2

AuAu3++3e-=Au1.42

上述的電極反應與電極電位的數值表明：現行中學教科書中的金屬活動性順序表是按金屬在水溶液中形成穩定的低價陽離子的標準電極電位由小而大的順序排列而成的，它表示了金屬固體在水溶液中形成水合離子的能力由大到小的順序，即表示了金屬活動性大小的順序。

元素的金屬性和金屬的活動性是既有聯系又有一定差別的兩個不同的概念，前者常以元素的電離能（I）作為衡量標準，它反映氣態原子失去電子形成氣態陽離子的能力，它是金屬原子在氣態時活潑性的量度。而后者是以標準電極電位（E0）作為衡量標準，它反映了金屬固體在水溶液中形成水合離子的能力。I與E0雖然都能反映金屬元素失去電子能力的大小，但二者所處的環境不同，這顯然是有區別的。正因為如此，在用I與E0分別表示元素的金屬性與金屬的活動性強弱時有時會出現不一致的情況。例如，堿金屬元素Li、Na、K、Rb、Cs的第一電離能分別為520kJ/mol、496kJ/mol、419kJ/mol、403kJ/mol、376kJ/mol，由此可知，氣態鋰原子最不容易失去電子。但在溶液中鋰原子卻表現出異常的活潑性，其主要原因是鋰原子形成水合離子時放出520kJ/mol的熱量，而鈉形成水合離子時放出的能量為405kJ/mol。Na的第一電離能為496kJ/mol，而Ca的第一電離能和第二電離能分別為590kJ/mol、1145kJ/mol，表明氣態鈉原子比氣態鈣原子更容易失去電子，更加活潑。但是，由于鈣離子形成水合離子時放出的能量（1653kJ/mol）遠比鈉離子形成水合離子時放出的能量多，所以在水溶液里鈣原子比鈉原子更容易失去電子，即在金屬活潑性順序中鈣排在鈉的前面。

二、金屬活動性順序只適用于標準狀態下

一般說來，金屬活動性順序表里前面的金屬能將后面的金屬從它們的鹽溶液里置換出來，指的是在標準狀況或離子濃度相近的情況下。所謂標準狀況就是指25℃，離子濃度為1mol/L（嚴格說離子活度a=1），氣體分壓為一個標準大氣壓時的狀況。若為非標準狀況下，則上述規律就會被打破。

例如，在金屬活動性順序表中，Cu、Ag位于氫之后，標準狀況下不能與非氧化的酸反應生成氫氣。但在加熱條件，Cu與濃鹽酸、Ag與氫碘酸均可發生反應而生成H2。

Cu+4HCl（濃）＝2H［CuCl2］+H2↑

2Ag+2HI＝2AgI+H2↑

這兩個反應之所以可以進行，是因為絡離子［CuCl2］-和AgI沉淀的生成，大大降低了Cu+和Ag+的濃度，使二者的電極電位降低到比H的電極電位還小，增加了Cu、Ag的還原性，故可發生反應。

再例如，在標準狀況下Sn和Pb的電極電位分別為-0.136ev和-0.126ev，所以Sn的活動性大于Pb，可以發生置換反應：

Sn+Pb2+＝Sn2++Pb

但在非標準狀態下，如果Sn2+的濃度是Pb2+的3倍以上時，Pb的電極電位更負，Pb反應比Sn更活潑，反應向相反方向進行，即：

Sn2++Pb＝Sn+Pb2+

三、金屬活動性順序只適用于濕態而不適用于干態

根據金屬活動性順序的排布原則以及金屬活動性的概念可知：使用金屬活動性順序表只能判斷金屬從水中和酸中置換出氫的難易及金屬在鹽溶液中發生置換反應的方向，而不適用于其他狀態，即不能用它去說明一切涉及有金屬單質參與的置換反應以及反應生成物。

例如，根據金屬活動性順序表，H2不可能把Zn從化合物中還原出來，但在干態下就能實現此種變化。

ZnO+H2＝Zn+H2O

再例如，根據順序表鉀比鈉活潑，但是在熔融狀態下，利用二者熔點的差異，活潑性相對較小的Na可以將活潑性較大的鉀從化合物中置換出來。

Na+KCl=△K↑+NaCl

工業上就是利用這一反應制取金屬鉀。

四、金屬活動性順序只能判斷金屬與穩定存在于溶液中的低價陽離子、非氧化性酸之間的置換反應

根據金屬活動性順序表的排布原則知，此順序可以作為判斷金屬與穩定存在于溶液中的低價陽離子、非氧化性酸之間的置換反應，而不能推廣至金屬高價陽離子（如Fe3+、Sn4+）以及氧化性的酸（HNO3、濃H2SO4）之間的非置換反應。

例如，Cu位于金屬活動性順序表中氫的后面，它表明了Cu不與較活潑的金屬的低價鹽反應，也不與稀HCl、稀H2SO4等反應，但不表明Cu與Fe3+、HNO3、濃H2SO4也不反應。事實上Cu與具有強氧化性的Fe3+、HNO3、濃H2SO4均可以發生氧化還原反應。

如：Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2、Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O等。

五、金屬活動性順序只適于純凈的固體金屬，因為金屬的活動性與金屬的純度及其表面狀態也有關系

例如：Al和Zn組成原電池時，根據電池理論Al應為負極，Zn為正極，但實驗證明Zn是負極。其原因就是因為Al表面有一層致密的、絕緣的氧化膜，由于它的覆蓋使鋁的電極電位升高（由-1.67V提高到-1.5V）而所致。

再如純金塊不溶于鹽酸，但膠體狀態的金可以溶解在鹽酸中，這是由于在膠體狀態時，金具有較大表面能而所致。

六、金屬活動性順序表只能作為在溶液中進行的置換反應能否發生的判據，而不能作為反應速率大小的判據

按標準電極電位由小到大順序排列出的金屬活動性順序表，只是從熱力學的角度指出了氧化還原反應進行的可能性以及趨勢的大小，應用它可以確定置換反應的方向和反應的產物。而反應速率屬于動力學的問題，故不能用金屬活動性順序去判斷金屬與酸等反應的激烈程度，即不能用熱力學的數據去說明動力學的問題。

誠然，在大多數情況下，活動性較強的金屬與水、非氧化性酸反應較激烈，例如與水反應，在相同的條件下鉀比鈉激烈；與酸反應，在相同條件下Mg比Al激烈。但不要錯誤地認為這就是規律。因為影響反應速率大小的因素很多，很復雜，所以常有許多例外出現。

例如，在金屬活動性順序表中，Ca在Na之前，但是在相同條件下與水反應時，Na要激烈得多，這是因為Ca與水反應時生成了微溶的Ca（OH）2覆蓋在Ca的表面而所致。

再如，在金屬活動性順序表中Zn位于Fe之前，但在相同條件下與稀H2SO4反應時，Fe比Zn激烈。這是由于氫在鋅表面上的過電位比鐵大而所致。

總之，在進行《金屬活動性順序》教學時要注意其應用范圍，要能夠從理論上來解釋與金屬活動性順序表不一致的現象，只有這樣才能保證在教學中不傳授錯誤知識，確保知識傳授的準確性和科學性。

［1］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（實驗）［S］.北京：人民教育出版社，2003

［2］李俊.淺談金屬性與金屬活動性［J］.沈陽教育學院學報，2000，（12）：223~224

［3］曹錫章等.無機化學［M］.北京：高等教育出版社，2007