高中化学热力学复习 15 关于Cu、Ag、Au和Zn、Cd、Hg活泼性的讨论课件.ppt

关于cu ag au和zn cd hg活泼性的讨论 在化学性质上 zn cd hg比cu ag au活泼 有的学生可能认为这是一个难理解的问题 因为 表面上 从原子的结构看 cu ag au的s轨道未充满 而zn cd hg的s亚壳层是完全封闭的 从周期系看 zn cd hg与cu ag au互为邻居 而zn cd hg分别位于cu ag au的右边 因而zn cd hg原子的有效核电荷更高 半径更小 把持电子的能力更强 应该更不活泼 怎样理解cu ag au和zn cd hg的活泼性 当然 学生在这里是把元素单个原子的性质和元素单质的性质弄混淆了 前面对cu ag au和zn cd hg所进行的电子结构和周期系递变关系所进行的分析 是从微观的角度来分析单个原子的性质 而单质的性质却与由原子构成分子或晶体的方式即化学键有关 例如 由磷原子可以形成白磷 红磷和黑磷 它们的性质相互相差甚远 同样道理 由金属原子构成的金属固体 其性质应决定于金属键和金属晶格的性质 事实上 就单个原子而言 cu ag au确实比zn cd hg活泼 比较一下cu ag au和zn cd hg的电离能就能看到这点 in kj mol 1i1i2i3i1i2i3i1i2i3cu74519583554ag73120733361au8901978zn90617333833cd86816313616hg100718103300相应于电离出s电子的i1和电离出d电子i3 cu ag au都比zn cd hg的值小 说明前者的原子把持外层电子的能力比后者小 即前者电离出相应的外层电子比后者容易 i2的次序相反是由于cu ag au是电离出一个d电子的电离能而zn cd hg是电离出第二个s电子的电离能的缘故 理所当然后者的i2应比前者小 因此 就单个原子考虑 cu ag au的金属性比zn cd hg强 这个事实与从原子结构所作的推断相一致 而就金属单质而言 zn cd hg比cu ag au活泼 金属zn比金属cu活泼的重要事实是zn能从盐酸中置换出h2 而cu则不行 且在金属活动顺序中已知有如下的顺序 zncdhcuhgagau即zn位于cu之前 cd位于ag之前 hg位于au之前 下面用热力学来探讨造成这种活泼性差异的原因 从酸中置换出h2的反应可写成 m s 2h aq h2 g m2 aq 把这个反应设计成一个原电池 则 rgm 2fe 当忽略过程的熵变时有 rhm 2fe rhm 的值越小 说明置换反应趋势越大 意味着m的金属性越强 rhm 电池 atmhm i 1 2 hm hydhm m 2 atmhm ihm hydhm h对于不同金属的上述反应 2 hydhm ihm atmhm h为一定值 而 i 1 2 hm 可用i1 i2代替 于是 rhm 电池 atmhm hydhm i1 i2 m 常数对于cu rhm 电池 338 2099 745 1958 常数 338 604 常数对于zn rhm 电池 131 2077 906 1733 常数 131 592 常数 rhm 可由下列热化学循环求出 对于cu rhm 电池 338 2099 745 1958 常数 338 604 常数对于zn rhm 电池 131 2047 906 1733 常数 131 592 常数可见 cu的i1比zn低 i2比zn高 cu总电离能i1 i2比zn稍大 但cu的水合焓 负值 也稍大 两项相加 其和十分接近 因而电离能和水合焓不是引起zn和cu性质差异悬殊的原因 事实上 造成这种差异的主要原因在原子化焓 cu是338kj mol 1 zn是131kj mol 1 即zn比cu活泼的主要原因是zn的原子化焓比cu小得多 金属单质的原子化焓是其金属键强度的量度 而金属键的强度又同 可用于成键 的平均未成对电子数有关 这里的 可用于成键 的电子数是指处于最低激发态的成键电子数 根据推断cu的最低激发态为3d84s14p2 可参与成键的未电对电子数为5 zn的最低激发态为3d104s14p1 可参与成键的未电对电子数为2 由于zn的10个3d电子都进入原子实内部 所以d电子能量低 不能参与形成金属键 故其金属键较弱 原子化焓小 故化学性质活泼 而cu的d轨道刚刚充满 d电子能量高 有部分还能被激发 成键 因此 cu的金属键较强 单质cu的化学性质不活泼 cd hg也存在与zn相似的情况 cd hg的原子化焓最低 hg是唯一的液态金