金属活动性

金属活动性

定义

金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的性质。

概述

金属的活动性是反映金属在水溶液里形成水合离子倾向的大小，也就是反映金属在水溶液里起氧化反应的难易，它是以金属的标准电极电位为依据的。标准电极电位越小，其金属活动性越强，在水溶液里形成水合离子倾向越强，在水溶液里越容易被还原。

从能量角度来看，金属的标准电极电位除了与金属元素原子的电离能有关外，同时还与金属的升华能（固态单质变为气态原子时所需的能量）、水合能（金属阳离子与水化合时所放出的能量）等多种因素有关。

金属的活动性顺序最初是由化学家根据金属间的置换反应，还有金属跟水和各种酸、碱的反应总结而成。

金属性是指元素的原子在化学反应中失去价电子成为阳离子的的能力。金属性的强弱用金属元素原子的最外层电子的电离能(基态的气态原子或基态的气态阳离子失去一个电子形成基态的气态阳离子所需要的最小能量称为元素的电离能)大小来衡量。电离能可以定量的比较气态原子失去电子的难易，电离能越大，原子越难失去电子，其金属性越弱；电离能越小，原子越易失去电子，其金属性越强。影响电离能大小的因素是：有效核电荷、原子半径、和原子的电子构型

金属性强的元素，一般来说它的活动性也大，但也有不一致的情况。例如，钠的第一电离能比钙的第一电离能要小，因此钠的金属性要比钙强。但是钙在水溶液中形成水合离子的倾向比钠大，即钙的标准电极电势比钠要负，所以钙的金属活动性比钠大。铜和银也有类似上述的情况。由此可见，金属性与金属活动性两者概念是有区别的。

应用

（1）排在前面的金属可以将排在后面的金属从它们的金属溶液中置换出来。（2）理论上讲，排在氢（H）前的金属才能和有氧化性的酸反应，置换出氢。（3）排在越后的金属越容易，也越先从它们的化合物中被置换出来。

（4）排在越前的金属越容易，也越先把其他化合物中的金属置换出来。

在判断溶液中的置换反应能否发生，以及发生置换反应的次序时，使用它是一种很简便的办法

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

不反应 Cu +0.342

Hg +0.851

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

标准电极电势(V)：-2.924 -2.760 -2.711 -2.375 -1.706 -0.763 -0.409 -0.136

-0.126 0.345 0.796 0.799 1.2 1.42

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。

金属性是指元素的原子在化学反应中失去价电子成为阳离子的的能力。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。电离能可以定量的比较气态原子失去电子的难易，电离能越大，原子越难失去电子，其金属性越弱；电离能越小，原子越易失去电子，其金属性越强。影响电离能大小的因素是：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;