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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常用金属活动性顺序钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au大多数金属活动性顺序CsRbKCaNaMgAlTiZnFeNiSnPb(H)CuHgAgRuOsPdIrPtAu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SnPb,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PbSn.)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A/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-2.710Ca-2.868与冷水反应慢反应依次减慢Li-3.045Mg-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-1.185Zn-0.762Cr-0.744Cd-0.403Fe-0.447Ni-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+0.342Hg+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/mol6)。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E值大小可以看出：A(Zn2+/Zn)=-0.409V，A(Cu2+/Cu)=0.337V。造成A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：A(Sn2+/Sn）=-0.136V，A(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+ + NiCu + 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 = 3FeCl2Sn + 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LiNaK第一电离势M(g)=M+e(kJ.mol/L)518493420电极电位M(s)=M+(aq)+e(v)-3.045-2.714-2.925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：KNaLi 电离势:LiNaK根据电极电位减小的顺序排列，Li、Na、K的活泼性顺序为：活泼性：LiKNa 标准电极电势:LiKNa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：EM固 Mn+水合 +ne气 (1)S (3)Q(2)电离势IA 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(aq)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：ESIQ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LiNaKS(升华热)1287861I(电离能)523498418aq(水合热)-511-410-337EM(s)M+(aq)+e140166142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：GHTS。反应过程能量的变化表现在H项,TS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，TS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：LiK Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au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+/LiK+/KCa2+/CaNa+/NaMg2+/MgAl3+/AlMn2+/Mn-3.04-2.924-2.87-2.714-2.37-1.66-1.18Zn2+/ZnCr3+/CrFe2+/FeNi2+/NiSn2+/SnPb2+/Pb-0.763-0.74-0.44-0.25-0.136-0.126H+/H2Cu2+/CuHg2+/HgAg+/AgPt2+/PtAu3+/Au0.00+0.337+0.789+0.799+1.2+1.5过去有的中学教材所列的金属活动顺序表如下：K Na Ca Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au活泼性逐渐减小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。例如：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()0.980.94离子电荷+1+2水合热（kJmol-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。四、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。例如：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。例如：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 + 2H2O3Ag + 4HNO3(稀) = 3AgNO3 + NO+ 2H2O5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。例如：将Na放入CuCl2溶液，发生的反应为：2Na + 2H2O = 2NaOH + H22NaOH + 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 = 2HCuCl2 + 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：650-800Na + KCl = NaCl + K7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。例如：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。例如：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。例如：在