愛華網(wǎng)一、金屬活動性順序表的發(fā)現(xiàn)
1865年，俄國學(xué)者貝開托夫（Beketob）在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了金屬單質(zhì)與水、酸及鹽溶液間進(jìn)行置換反應(yīng)的速度，發(fā)表了《對某一元素為另一元素所置換的研究》論文，總結(jié)出金屬活動性順序?yàn)椋?/p>
KNaCaMgZn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
在這個順序里，Na排在Ca的前面，這是因?yàn)镹a與水反應(yīng)比Ca與水反應(yīng)的速率快得多。
隨著科學(xué)家們對電極電勢的研究，發(fā)現(xiàn)鈣的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(E￠)比鈉的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢要小，而貝開托夫所做實(shí)驗(yàn)時是因?yàn)镃a與水反應(yīng)時生成了微溶的Ca（OH）2阻止反應(yīng)所致，按照金屬在水溶液中形成低價穩(wěn)定的簡單離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢由小到大的次序，便排列成現(xiàn)在我們所使用的金屬活動性順序表。
人民教育出版社出版的初三《化學(xué)》關(guān)于金屬活動性順序是這樣敘述的：經(jīng)過長期的實(shí)踐，人們總結(jié)出常見金屬的化學(xué)活動性順序如下：
K Ca NaMg Al ZnFe SnPb (H) CuHg Ag PtAu
金屬活動性由強(qiáng)逐漸減弱
二、金屬活動性順序表在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)用
1、判斷金屬活動性的強(qiáng)弱
金屬的活動性是反映金屬單質(zhì)在水溶液里形成水合離子趨勢的大小，也就是反映金屬在水溶液里起氧化反應(yīng)的難易。金屬單質(zhì)在水中越易形成水合陽離子，其金屬性越強(qiáng)，反之越弱。金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子的難易程度可以用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(E￠)加以判斷。金屬在溶液中發(fā)生置換反應(yīng)是一個復(fù)雜的過程，既包括金屬原子脫離晶體表面變?yōu)闅鈶B(tài)原子，氣態(tài)原子變?yōu)闅鈶B(tài)陽離子，氣態(tài)陽離子再變?yōu)樗想x子的過程；又包括被置換的金屬由水合離子變?yōu)闅鈶B(tài)離子，氣態(tài)離子得電子變?yōu)闅鈶B(tài)原子，氣態(tài)原子沉積變?yōu)榻饘俚倪^程。金屬的電極電勢就是綜合考慮上述各種因素并用以表示金屬活動性強(qiáng)弱的物理量。
在金屬活動性順序表中，越在前面的金屬，其原子在水溶液中越易失去電子，還原性越強(qiáng)，其離子越難得到電子，氧化性越弱。從K—Au，金屬活動性遞減，即K是最強(qiáng)的還原劑，而Au3＋是最強(qiáng)的氧化劑。
應(yīng)當(dāng)注意金屬活動性與元素金屬性的區(qū)別。元素的金屬性指的是元素氣態(tài)原子失去電子變成陽離子趨勢的大小。判斷元素金屬性的定量標(biāo)度是電離能，影響電離能的主要因素是原子半徑、有效核電荷和電子所處的狀態(tài)。元素的電離能越小，表示氣態(tài)原子越易失去電子，元素的金屬性越強(qiáng)。將各元素的第一電離能按小到大的順序排列如下：
K Na Al CaCr Sn PbMn Ni MgAg Cu FePt Au HgH
而我們高中化學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生或者教師常將金屬活動性和元素金屬性概念混為一談，沒有加以辨析，同時教材也沒有加以區(qū)別。如人教版高中《化學(xué)（必修加選修）》（第一冊）對于判斷元素金屬性的依據(jù)這樣敘述道：
元素金屬性的強(qiáng)弱，可以從它的單質(zhì)跟水（或酸）反應(yīng)置換出氫的難易程度，以及它的最高價氧化物和水化物——?dú)溲趸锏膲A性強(qiáng)弱來判斷。
2、判斷金屬跟水、非氧化性酸及鹽溶液間的置換反應(yīng)規(guī)律
2.1、金屬跟水的反應(yīng)
2.1.1、最活潑的金屬K、Ca、Na可直接跟冷水作用，置換出水中的氫，放出H2。
如：2K+2H2O＝2KOH十H2↑
2.1.2、活動性比較差的金屬Mg、Al能跟熱水反應(yīng)，生成H2。
如：Mg+2H2O=Mg(OH) 2+H2↑
2.1.3、活動性更差的金屬如Zn、Fe能跟水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成H2。
如：Zn+2H2O(g) Zn（OH）2+H2↑
3Fe+4H2O (g)Fe3O4+4H2↑
2.1.4、Sn及氫后面的金屬不能置換出水中的氫。
2.2、金屬跟酸的反應(yīng)
2.2.1、跟非氧化性酸的反應(yīng)
位于氫前面的金屬都能跟非氧化性酸反應(yīng)，置換出酸中的氫，放出H2。
如：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
2.2.2、跟氧化性酸的反應(yīng)
除Pt、Au以外的金屬都能跟濃硝酸反應(yīng)放出NO2，跟稀硝酸反應(yīng)放出NO；除Ag、Pt、Au以外的金屬跟濃硫酸反應(yīng)放出SO2；Fe、Al等遇濃硝酸或濃硫酸發(fā)生“鈍化”；Pt、Au不與濃硝酸或濃硫酸反應(yīng)，但跟王水反應(yīng)。
2.3、金屬跟鹽在溶液中的置換反應(yīng)。
位于金屬活動性順序表前面的金屬(Mg以后的)能把后面的金屬的離子從它們的故溶液中置換出來。
例如：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
Cu+2AgNO3＝Cu(NO3)2+2Ag
3、判斷原電池的正負(fù)極
構(gòu)成普通原電池的三個基本條件是：⑴、兩種活動性不同的金屬作電極；②、其中一種金屬能與電解質(zhì)溶液發(fā)生自發(fā)氧化還原反應(yīng)。⑶、形成閉合回路。
選擇兩種金屬作為原電池的電極時，位于活動順序表左邊的金屬是負(fù)極，位于活動順序表右邊的金屬是正極。作為原電池的電極的兩種金屬在金屬活動性順序表中相距越遠(yuǎn)，那么它們構(gòu)成的原電池的電動勢就越大。例如，Zn—Ag原電池的電動勢比Zn—Cu原電池的電動勢大，且在Zn—Ag原電池中Zn的反應(yīng)速率也比Zn—Cu原電池中的大。
4、判斷電解池中金屬離子的放電順序
用惰性電極電解溶液時，陰極發(fā)生的是還原反應(yīng)，故放電順序是按陽離子的氧化性的大小排列，在相同條件下，陽離子的氧化性的大小順序與金屬活動性順序相反，即金屬單質(zhì)的活動性越弱，其對應(yīng)的陽離子的氧化性就越強(qiáng)。而陽離子的氧化性強(qiáng)弱的應(yīng)由電極電勢來衡量，與溫度、離子的濃度等有關(guān)，計算公式為：由于中學(xué)階段知識的局限性，忽略濃度和溫度的影響，常見陽離子按電極電勢大小排列其放電順序?yàn)椋篈g+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）。
5、其他方面的應(yīng)用
5.1、判斷金屬與氧的反應(yīng)規(guī)律
通常是越活潑的金屬越易與氧化反應(yīng)，生成的氧化物越穩(wěn)定。例如，K、Ca、Na在室溫下就極易與氧氣反應(yīng)，所以保存在煤油里；A1粉在空氣中遇火花會燃燒或爆炸；Cu在空氣中加熱就生成CuO，而Ag、Au即使在空氣中加熱也不會有氧化物生成。
5.2、推斷金屬在自然界中的存在
金屬活動性順序表中氫前的金屬呈化合狀態(tài)存在于自然界中：Cu、Hg、Ag等不活動金屬在自然界中部分以化合狀態(tài)存在，部分以游離狀態(tài)存在；而Pt、Au僅呈游離狀態(tài)存在。
5.3、確定金屬的冶煉方法
5.3.1、從K—A1，可用電解熔融其化合物的方法。
5.3.2、從Zn—Cu，則可用C、CO、H2、A1等還原劑在加熱或高溫下還原該金屬的氧化物。
5.3.3、Hg、Ag可用加熱法使它們的氧化物分解。
5.4、判斷硝酸鹽的分解產(chǎn)物
5.4.1、K、Ca、Na的硝酸鹽受熱分解，生成亞硝酸鹽和氧氣。
如：2KNO3=2KNO2+O2↑
5.4.2、從Mg—Cu的硝酸鹽受熱分解生成高價金屬氧化物、NO2和O2。
如：2Cu(NO3)2=2CuO+4NO2↑+O2↑
5.4.3、Hg—Au的硝酸鹽受熱分解生成金屬單質(zhì)、NO2和O2。
如：2AgNO3=2Ag+2NO2↑+O2↑
三、運(yùn)用金屬活動性順序表時應(yīng)注意的問題
1、金屬活動性順序一般只適用于在水溶液體系中金屬單質(zhì)與其他非氧化性金屬離子或非氧化性酸間的置換反應(yīng)。
首先，反應(yīng)必須在水溶液中進(jìn)行。
例如，按照金屬活動性順序，在水溶液中，金屬鈉不能置換出KCl中的鉀，但在高溫(760～880℃)熔融狀態(tài)下，金屬鈉可以把比其活潑的金屬鉀從鉀鹽中置換出來。反應(yīng)方程式為：
Na十KCl =NaCl十K↑
這是由于在熔融狀態(tài)時，鉀的揮發(fā)性大于鈉，同時NaCl比KCl更穩(wěn)定，因而使平衡向右移動。
其次，發(fā)生的反應(yīng)必須是置換反應(yīng)。
如果金屬單質(zhì)與鹽溶液或酸之間發(fā)生非置換反應(yīng)，則就不能用金屬活動性順序判斷其進(jìn)行的方向和產(chǎn)物。例如應(yīng)用金屬活動性順序可以判定Cu不能與FeCl2溶液發(fā)生置換反應(yīng)，但Cu能跟FeCl3溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)：
Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2
又如，位于金屬活動性順序表中氫后面的銅與稀硫酸不能反應(yīng)，但與強(qiáng)氧化性的濃硫酸(或硝酸)能反應(yīng)：
Cu+2H2SO4(濃)=CuSO4+SO2↑+2H2O
Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
2、金屬活動順序表不適用于活潑金屬(K、Ca、Na、Mg)與易水解的金屬陽離子間的反應(yīng)。
這是由于這些活潑金屬能與冷水反應(yīng)使溶液呈堿性，從而促進(jìn)了水解反應(yīng)的進(jìn)行。因此發(fā)生的不是置換反應(yīng)。
如：CuCl2+2H2O+2Na＝Cu(OH)2↓+2NaCl+H2↑
3、金屬活動性順序只從熱力學(xué)角度上指出反應(yīng)進(jìn)行的可能性，而沒有考慮動力學(xué)方面有關(guān)因素的影響，即沒有指出反應(yīng)進(jìn)行的可行性。
例如：按金屬活動性順序，Sn、Pb與稀鹽酸反應(yīng)置換出氫是完全可能的。但實(shí)際上反應(yīng)速度極慢。其原因是多方面的，主要是動力學(xué)方面的因素限制。這是因?yàn)闅涞某妱莸挠绊?，在Sn和Pb的表面阻力較大，表現(xiàn)為過電位高，所以反應(yīng)速度很小。
而現(xiàn)在許多中學(xué)資料或教師常引導(dǎo)學(xué)生從金屬單質(zhì)與水或酸的反應(yīng)速率或劇烈程度來分析推斷金屬的活動性，從嚴(yán)格意義上講，這是不科學(xué)的。因?yàn)榻饘倩顒禹樞虮硎前礃?biāo)準(zhǔn)電勢來排列的，僅表明反應(yīng)進(jìn)行的趨勢和程度，而反應(yīng)速率是從熱力學(xué)角度表明反應(yīng)進(jìn)行的快慢，兩者沒有必然的聯(lián)系。
4、金屬的純度及金屬的表面狀態(tài)，也是影響其活動性的重要因素
例如，由Zn和Fe組成原電池，Zn是原電池的負(fù)極，理論判斷和實(shí)驗(yàn)事實(shí)完全符合金屬活動性順序的。但如果用Al和Zn組成原電池，由金屬活動性順序判斷，Al應(yīng)是負(fù)極，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明Zn是負(fù)極。造成這種反轉(zhuǎn)的原因是由于Al的表面生成了氧化膜。由于氧化膜是電的絕緣體，盡管很薄，但由于它的覆蓋使Al的電極電位由一1．67V提高到0．5V。又如，按金屬活動性順序判斷，粗粒的純金是不溶解于鹽酸的。但是膠體狀態(tài)的金卻可以溶解在鹽酸中。這是因?yàn)槟z體狀態(tài)的金具有巨大的表面能，使反應(yīng)得以發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
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