金属活动性Word格式文档下载.docx

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Pb>

（H）>

Cu>

Hg>

Ag>

Ru>

Os>

Pd>

Ir>

Pt>

Au

以上就是各金属的大概顺序表，实际上，象Os,Ir,Ru,Pd等副族元素的金属活动性相差很小，而且与具体反应条件有关．由於金属活动性的判定依据是金属的标准电极电势,而金属性只与金属失电子能力有关,因此会产生金属性与金属活动性不一致的情况.（例如活动性Sn>

Pb,而根据元素周期律,Sn和Pb都是碳族元素,Pb在Sn下方,因此金属性Pb>

Sn.）另外就是碱金属的Li比较特殊,虽然Li是碱金属中金属性最弱的元素,但是由於Li+的水合能特别高,金属单质变成离子进入水中的趋势特别大,因此造成了Li是最活泼的金属这一事实.

完整版：

Li、Cs、Rb、K、Ra、Ba、Fr、Sr、Ca、Na、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Ac

锂、铯、铷、钾、镭、钡、钫、锶、钙、钠、镧、镨、钕、钷、钐、铕、锕

Gd、Tb、Am、Y、Mg、Dy、Tm、Yb、Lu、Ce、Ho、Er、Sc、Pu、Th、Be、Np、

钆、铽、镅、钇、镁、镝、铥、镱、镥、铈、钬、铒、钪、钚、钍、铍、镎

U、Hf、Al、Ti、Zr、V、Mn、Nb、Zn、Cr、Ga、Fe、Cd、In、Tl、Co

铀、铪、铝、钛、锆、钒、锰、铌、锌、铬、镓、铁、镉、铟、铊、钴、

Ni、Mo、Sn、Pb、（H2）、（D2）、Cu、Po、Hg、Ag、Ru、Os、Pd、Ir、Pt、Au

镍、钼、锡、铅、（氢分子）、（氘分子）、铜、钋、汞、银、钌、锇、钯、铱、铂、金

切记！

金属活动性和反应的剧烈程度无关！

大多数人认为铯与水反应会爆炸，而锂与水反应很平和，误以为铯比锂活泼，但这种观点是错误的。

金属活动性只和其电极电势有关，和剧烈程度无关。

因此，锂是活动性最强的金属。

金属活动性顺序应用

金属

φA/V

在空气中（298K）

燃烧

与水反应

与稀酸反应

与氧化性酸反应

与盐反应

K

-2.931

迅速反应

加热燃烧

与冷水反应快

爆炸

能反应

位于其前面的金属可以将后面的金属从其盐溶液中置换出来

Na

-2.710

Ca

-2.868

与冷水反应慢

反应依次减慢

Li

-3.045

Mg

-2.372

从上至下反应程度减小

Al

-1.662

在红热时与水蒸气反应

Mn

-1.185

Zn

-0.762

Cr

-0.744

Cd

-0.403

Fe

-0.447

Ni

-0.250

可逆

很慢

Pb

-0.126

缓慢氧化

Sn

-0.151

不反应

H+

0.00

Cu

+0.342

Hg

+0.851

Ag

+0.799

仅与王水反

金属的活动性顺序探究

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，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

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、气态离子得电子变为气态原子、气态原子沉积变为金属的过程[4-5]。

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。

金属性的强弱用金属元素原子的最外层电子的电离能（气态原子失去电子成为气态阳离子时所需要的能量）大小来衡量。

有效核电荷、原子半径、和原子的电子构型。

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++Ni

Cu+2Ag+=Cu2++2Ag

但是，金属和盐溶液间并非都发生置换反应，对于那些非置换反应，就不能用金属活动性顺序来判断反应的方向和产物[8]。

如:

铜和三氯化铁溶液的反应：

Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2;

锌和三氯化铁溶液的反应：

3Zn+2FeCl3+6H2O=2Fe（OH）3+3H2↑+3ZnCl2

有些金属甚至还会发生逆歧化反应：

Fe+2FeCl3=3FeCl2

Sn+SnCl4=2SnCl2

还应说明的一点是，金属和盐溶液间的置换放应，锌以前的金属不会被置换出单质。

主要原因是在盐的水溶液中同时存在可被还原的H+离子，而H+离子较这些欲被置换还原的金属离子的氧化性强，结果置换出的是H2。

如镁不能从铝盐的溶液中置换出铝，而发生下述反应：

Mg+2H+=Mg2++H2↑

三、金属的电极电势、电离势和活动顺序

金属的电离势是金属从元素的气态原子在最低能态时，去掉电子变成气态离子所需要的能量。

去掉第一个电子变成气态离子所需要的能量称为第一电离势。

金属的电极电势是金属和其溶液中的离子之间产生的电位差。

电极处于平衡状态的电位又叫平衡电位。

当金属离子浓度为1mol/L，温度为25℃时，电极的平衡电位称为标准电极电势,用φθ表示。

（一）标准电极电势、电离势和活动顺序的关系

元素的电离势越小，表示它在气态时越容易失去电子，即该金属越活泼。

金属的电极电势越低，金属也越容易失去电子，变成水合离子，即该金属在水溶液中越活泼。

金属的电离势和电极电势有关系，但并不等同[9]。

以碱金属为例，列表如下：

表一.碱金属的电离势与电极电位

金属

第一电离势M（g）==M++e（kJ.mol/L）

518

493

420

电极电位M（s）==M+（aq）+e（v）

-2.714

-2.925

根据电离势减小的顺序排列，Li、Na、K的活泼性顺序为：

活泼性：

Li电离势:

Li>

根据电极电位减小的顺序排列，Li、Na、K的活泼性顺序为：

Na标准电极电势:

Li<

K<

上述结果说明，依电离势顺序，三种元素中Li的活泼性最小，而依电极电势的顺序Li的活泼性则最大。

这是为什么呢？

因为电离能的大小只能衡量气态原子失去电子变为气态阳离子的难易程度。

而电极电势是金属在水溶液中形成水合离子趋势的大小的标志。

也就是说金属存在与不同情况下的活动顺序是有差别的。

影响金属在水溶液中电极电势的大小的因素，单从能量变化的角度来看，就不仅和电离势、升华热有关，而且和水化热等因素有关。

如有以下电极反应：

M（s）==Mn+（aq）+ne（g）

这个过程的能量的变化可分为以下三步来完成：

M固Mn+水合+　ne气

∣↑

（1）S（3）Q

↓　∣

M气Mn++ne气

（1）金属由固态转变为气态金属原子消耗的能量为升华热（S）；

（2）金属气态原子失去电子，变成金属离子，消耗的能量为电离能（IA）；

（3）气态金属原子Mn+G变为水合离子Mn+aq，放出的能量为水合热（Ｑaq）

以上三者能量的总和，才是金属变为其水合离子的能量变化△E：

△E＝S＋IＡ－Q水合

对于碱金属，测定上述各步的能量变化，数据如表二所示：

表二.电极半反应的能量变化（kJ/mol）

名　称

S（升华热）

128

78

61

IＡ（电离能）

523

498

418

－Ｑaq（水合热）

-511

-410

-337

△E[M（s）＝M+（aq）+e]

140

166

142

由上表可看出，三者中电极半反应的能量变化△E，Li的是最小的，则相应的电极电势也最小，因此，在水溶液中Li的活泼性最大。

Na的总能量变化最大，故在水溶液中Na的活泼性最小。

这主要是因为Li＋离子半径特别小，它的水化能力突出地大，水化时放热也就多，为－506kJ/mol。

因此，当金属Li转变为水合离子时，虽然它的电离大于Na和K的，

但其总能量的变化却最小。

这就是碱金属在气态和水溶液中活泼性顺序有差别的主要原因。

应该说明的是，金属变成水合离子的趋势，不仅取决于能量变化，还和反应的熵变S及温度T有关系。

在常温常压下，金属变成水合离子的趋势是由反应的吉氏函数△G决定的：

△G＝△H－T△S。

反应过程能量的变化表现在△H项,T△S项由反应前后粒子数目、构型、能级分布的变化等统计效应决定[10]。

一般说来，在比较同类型的反应趋势时，除反应前后粒子数或构型变化很大的反应（如螯合反应，聚合反应），或高温下的反应外，T△S项相对变化较小，可以忽略不计。

因此，在比较碱金属在水溶液中的标准电极电势

时，就可以从能量改变来作出判断。

（二）标准电极电位与中学教材中的金属活动顺序表

现行中学教材按金属在水溶液中作为还原剂时活泼性减小的顺序，排列出金属活动顺序

表[11]：

Li　KCaNaMgAlZnCrFeNiSnPb（H）CuHgAgPtAu

――――――活泼性逐渐减小――――――→

它们的排列次序与金属在水溶液中形成低价离子的标准电极电位顺序一致。

这里的

“低价离子”是指金属在水溶液中比较能稳定存在的简单低价离子[12]。

（见表三）

表三.金属和它的低价离子的标准电极电位

Li+/Li

K+/K

Ca2+/Ca

Na+/Na

Mg2+/Mg

Al3+/Al

Mn2+/Mn

-3.04

-2.924

-2.87

-2.37

-1.66

-1.18

Zn2+/Zn

Cr3+/Cr

Fe2+/Fe

Ni2+/Ni

Sn2+/Sn

Pb2+/Pb

-0.763

-0.74

-0.44

-0.25

-0.136

H+/H2

Cu2+/Cu

Hg2+/Hg

Ag+/Ag

Pt2+/Pt

Au3+/Au

+0.337

+0.789

+1.2

+1.5

过去有的中学教材所列的金属活动顺序表如下：

KNaCaMgAlMnZnCrFeNiSnPb（H）CuHgAgPtAu

比较现行的金属活动顺序表可以看出两者基本一致，但也不尽相同。

除了所列的元素种类略有出入外，还有Na和Ca的顺序也不一样。

这是因为过去所说的金属活动顺序不完全是按电极电势顺序排列的。

从化学发展史来看，金属的活动顺序比电极电位的提出还要早。

1812年由贝采利乌斯提出，经贝开托夫1865年更加明确完善。

贝开托夫论文的名称是“对某一元素为另一元素所置换的研究”。

他们的工作是在实验化学的基础上的总结。

然而，化学实验中每一个反应的结果不仅取决于反映的可能性、趋势或程度，还和实现反应速度的快慢有关。

即不仅要考虑热力学因素，还要考虑动力学因素。

而标准电极电势只是从热力学的角度讨论化学反应进行的可能性和趋势大小，并不涉及实现反应的速度问题。

但是，金属钙在水溶液中的反应速度常比碱金属慢。

钠与水能剧烈的反应防除氢气，而钙与水反应虽然也能放出氢气，速度却要慢的多。

因此，从反应的快慢程度来总结实验结果是常会认为钠比钙活泼。

标准电极电位是从热力学的角度指出了金属间氧化—还原反应的方向和趋势的大小。

钙的标准电极电位比钠的饿稍负一些，说明钙生成水合离子的趋势比钠大。

这主要是因为钙的水化热约为钠的四倍。

Na+和Ca2+的半径虽然相似，但Ca2+的离子电荷为Na+二倍。

一般来说，金属离子的水化热大约与离子电荷的平方成正比。

Na+

Ca2+

离子半径（Å

）

0.98

0.94

离子电荷

+1

+2

水合热（kJ•mol-1）

-397

-1651

综上所述，仅从定性的实验结果来确定金属元素的活泼性顺序，缺乏严格定量的尺度，故排出的活动顺序表就常会有出入。

而标准电极电位却给出了精确定量的数据。

所以，现在教材上的排法已不同于早期的顺序，而与标准电极电位一致了。

、必须明确金属活动顺序表的适用范围

由于确定金属活动顺序所依据的标准电极电位是受条件严格限制的。

因此,金属活

动顺序的这种排列也是有条件的，相对的。

其局限性和使用范围主要包括以下几个方面[13-17]：

1.该顺序只包括18中常见的元素，占已知元素的21.2﹪,要研究其它金属活动性情况，还要依据元素周期律知识，原子结构理论和化学实验结果，进行综合判断。

2.金属活动顺序只适用于水作介质的体系，介质改变时，金属的活动性也相应改变。

在水溶液中铜可以置换出银离子，但在KCN溶液中，其置换的顺序却逆向进行：

2Ag+Cu2+=Cu+2Ag+;

又如在熔融的KF溶液中，钠却可以置换出钾，发生如下反应：

KF＋Na＝NaF＋K。

工业上就是利用这一反应制取钾。

在熔融状态下发生的碱金属的置换，常常是由较不活泼的碱金属来置换较活泼的碱金属。

3.金属活动顺序只适用于金属参加的置换反应。

非置换反应如：

Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2不能用该顺序来判断反应进行的方向和产物。

4．金属活动顺序只适用于金属与非氧化性酸的反应，氧化性酸与金属的作用不遵循此顺序。

铜，银是排在氢后的金属，却可以和浓硫酸，浓硝酸等发生反应：

Cu+2H2SO4（浓）==CuSO4+SO2↑+2H2O

3Ag+4HNO3（稀）==3AgNO3+NO↑+2H2O

5．金属活动性顺序不适用于活动性很强的金属（钾，钙，钠）与其它金属在水溶液中的置换反应。

因为K、Ca、Na在水溶液中会首先与水作用生成H2，来不及与其它金属离子发生置换。

将Na放入CuCl2溶液，发生的反应为：

2Na+2H2O==2NaOH+H2↑

2NaOH+CuCl2==2NaCl+CU（OH）2↓

所以K、Ca、Na不能作为常见原电池或电解池的电极材料。

6．金属活动顺序只适用于一般温度下的反应。

因为物质的氧化性或还原性受温度的影响较大，温度过高会出现反常现象。

如Cu在常温下不能与盐酸反应生成H2,但是当在浓盐酸溶液中，加热的条件下，铜却可以置换出盐酸中的氢，发生如下发应：

高温

2Cu+4HCl======2H[CuCl2]+H2↑

反应之所以能发生，除温度变化外，还和下列因素有关：

（1）H2在不封闭的容器中，分压不到一大气压；

（2）Cu+离子被络合成[CuCl2]-离子，使Cu+离子浓度减少，Cu的电极电位变负，活泼性增大，以致Cu能置换出H＋离子而生成H2。

再如K是排在Na之前的金属，由于K的沸点低于Na，高温下反应：

650-800℃

Na+KCl======NaCl+K

7．金属活动顺序只适用于较低浓度溶液中的反应，浓度过高会出现反常现象。

再稀溶液中有反应Sn+Pb2+=Sn2++Pb，这正是正常顺序。

但如果溶液中Sn2+离子浓度较大。

且超过Pb2+离子的3倍，反应就会逆向进行。

8．金属活动顺序只适用于金属单质与其低价离子的相互转化（此处的低价离子指的是金属再水溶液中能稳定存在的低价简单离子，如：

Fe2+、Sn2+、Pb2+、Cu2+等）。

通常不适用于具有可变化合价的金属的较高价态。

Fe与Fe3+、Sn与Sn2+、Pb与Pb4+等的相互转化，不能以改顺序套用或解释。

9．金属活动顺序只是从热力学角度出发，指出了反应的可能性，并不代表反应的现实性。

现实中的化学反应往往由于多种因素的制约而不能正常完成。

在该顺序中Ca排在Na前，但同样条件下与水反应时，Na比Ca的反应要剧烈得多。

再如：

从顺序中看，Sn、Pb都排在H之前，都可以置换出稀H2SO4中的H2而生成H2。

而事实上这两个反应的速度都很慢，基本上无适用价值[18]。

10．金属的纯度、金属的表面状况、金属的聚集状态也是影响其活动性的重要因素。

根据金属活动性顺序，金不与盐酸反应，但实际上胶体状态的金却能溶于盐酸，原因是胶体状态的金具有巨大的表面能。

Zn、Al作电极组成原电池，理论上判断应Al为负极Zn为正极，事实上实验结果证明却是Zn为负极。

造成这种反转的原因是由于Al的表面生成了氧化膜。

由于氧化膜是电的绝缘体，尽管很薄，但由于它的覆盖使铝的电极电势提高了（由－1.67伏—－0.5伏）。

与此类似的还有Cr，纯铬要比铁活泼得多，但由于它易氧化形成钝化膜，使其活泼性大大降低。

这就是我们常用铬做为铁制品防护层的原理。

11.即使在25℃，1个大气压标准状态下，金属活动性顺序也不是绝对的，实验给出下列反应，单质铁置换铜：

Fe+Cu2+=Cu+Fe2+（I）

这是无疑的，但若在溶液中通入氨气，因为不能与氨形成配合物，而Cu2+能与氨气形成铜氨离子：

Cu2++4NH3=Cu（NH3）42＋（Ⅱ）

查表知Cu（NH3）42＋的K（稳）=2×

1013，说明反应（Ⅱ）进行的较为完全，竞争反应中（Ⅱ）为主，也就是说在有氨存在的铜盐中，较不活泼的金属铁不能置换出铜。

此例说明在有络合物产生并存在情况下，金属置换顺序按中学教材排列遇到困难。

此外，比如铝与硫酸反应现象不明显，铁器在工业上可以用来储存浓硫酸，暴露在空气中铝不能置换亚铁溶液中的铁等，都是一些不能用金属活动顺序表中的置换顺序来解决的特殊矛盾。

综上所述，金属活动顺序主要是根据各金属的标准电极电势由低到高排列而成的。

在测定各金属的φθ时，对体系合环境的温度、浓度、纯度、价态、介质、电极材料等有极严格的规定[19-20]。

而现实中的化学反应不可能都完全符合这些条件，所以该顺序在使用中难免与实际情况有所出入，有时甚至出入很大。

因此，在运用金属活动顺序表时，必须根据具体环境、具体条件，进行具体分析，才能得到正确结论。