金属活动性(第三版).doc

金属活动性（第三版）金属活动性指的是转化成，即金属在水中离子化的倾向，由相应的升华能、电离能和水合能决定。金属活动性顺序，便是将金属的半反应按标准电极电势顺序排列而成。若还原剂的标准电极电势越小，则表明还原剂在热力学上还原性（失电子倾向）越强，还原相同氧化剂越完全；若氧化剂的标准电极电势越大，则表明氧化剂在热力学上氧化性越强，氧化同一还原剂越完全。金属的标准电极电势越小，金属活动性越强。对于变价金属，在判断金属活动性强弱时，须要以水溶液中较稳定的低价水合离子与金属组成的电对的标准电极电势大小为依据。如比小，故在金属活动性顺序里，汞在银之前。若按，汞应位于银之后。此外，、，均介于和之间，但由于在水溶液中不稳定，容易发生歧化反应，所以金属活动性顺序中是指。金属性与金属活动性是两个不同的概念，切勿混淆。使用金属活动性顺序时，请注意以下几点：(1)金属活动性只适用于热力学标准态和常温（298K）下的反应。非标态时，金属的电极电势将发生改变，只有当金属的电极电势改变的幅度不大时，金属活动性对反应方向的判断才继续有效。非标态下的电极电势可用Nernst方程求出：(2)半反应中物质形态发生变化时，金属的电极电势会改变，此时发生的反应不能根据金属活动性判断。例如，按照金属活动性，铜不能与非氧化性酸反应。但铜与浓盐酸可发生反应：这便是因为形成了三氯合铜()酸根离子，降低了铜的电极电势。(3)金属活动性的强弱是根据热力学数据判断的，是化学平衡的数据，与化学反应速率无关，不能保证动力学性质与热力学性质不发生矛盾。例如，钙的金属活动性比钠强，但钙的熔点较高，不易熔化，且生成的氢氧化钙溶解度小，覆盖在金属表面，阻碍金属与水的接触，因此钙与水反应不如钠剧烈。这是动力学的反应活性，不是热力学性质，与金属活动性强弱是无关的。又如一种金属同时和几种活动性较弱金属的离子相遇时，会先置换出活动性最弱的金属。这可解释为“即使生成活动性次弱的金属，也可继续发生置换反应，相当于先置换出活动性最弱的金属”。但表面光洁的镁条放入硫酸铜溶液中，因硫酸铜水解，溶液呈酸性，会有“边出氢边出铜”的现象，同时溶液上升，还会发生各种副反应。同样可以理解为，由于活化能高，氢气在水溶液中不易发生置换反应。这亦与金属活动性无关。若反应能发生，如氢气能迅速还原水溶液，还是符合金属活动性顺序的。(4)严格地说，金属活动性只适用于水溶液体系。高温反应、非水溶液中的反应等均不能直接用金属活动性说明问题。常见的错误是以金属活动性解释铝热反应。实际上，这类热还原法可简便地通过氧化物的Ellingham图（自由能温度图）分析。(5)金属活动性是否适用于非水溶液，则要具体问题具体分析。以液氨为例，液氨能发生自偶电离：与讨论水溶液中相应标准电极电势类似，需规定相对标准：从能量角度看，金属在液氨中离子化，和在水中离子化相比，只是氨合能和水合能不同。而金属离子水合能大的，往往氨合能也大，因此液氨中的金属活动性顺序大体上和水中相似（具体数据并不相同）；对于那些和氨配位明显强的（如、），氨合能（绝对值）较大，则金属的电极电势将减小，活动性增强。特别是在液氨溶液中变得稳定，使液氨中的金属活动性顺序变为。据此便不难判断液氨中置换反应的方向和完全程度。对于其他非水溶剂，如醇（似水）等，甚至熔融液，也可做出相应判断。此处从略。Q：在金属活动性顺序里为什么包括氢？A：1865年，Beketov在实验的基础上，首先提出了金属活动性顺序，在这个顺序里就已包括了氢。因为氢可以被位于它前面的金属从稀酸里置换出来，而氢在一定条件下，也有能力把位于它后面的金属从它们的盐溶液里置换出来。这就是说，当时区分金属的活泼与不活泼，是以氢作为标准的。目前以金属的标准电极电势来比较金属活动性的强弱，而标准电极电势也是将标准氢电极定为零作为标准来测定的。标准电极电势为负值的金属比氢活泼；标准电极电势为正值的金属活动性弱于氢。由于以上原因，氢被排进了金属活动性顺序里。Q：铯的金属性比锂强，为什么锂的金属活动性最强？A：在化学反应中，金属原子通常表现出失去电子成为阳离子的倾向。故金属性的强弱一般可用金属元素的电离能（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，其中第一电离能最重要。铯的第一电离能比锂的第一电离能要小，因此铯的金属性要比锂强。（仅从电离能衡量元素的金属性是不全面的。可把电负性的数值作为元素金属性或非金属性的综合量度。）金属活动性反映金属在水溶液里形成水合离子的倾向，是以金属的标准电极电势为依据的。从能量角度看，金属的标准电极电势除了与其电离能有关外，同时还与升华能（固态金属变为气态原子时所吸收的能量）、水合能（气态金属阳离子发生水合过程所放出的能量）有关。锂的升华能和电离能都比铯大，但由于锂离子半径较小，具有较高水合能（绝对值），锂的标准电极电势比铯更小，金属活动性强于铯。Q：那么，为什么锂与水反应并不剧烈？A：以金属跟酸、跟水等反应的剧烈程度作为衡量金属活动性强弱的标志是不正确的。锂的金属活动性最强，但由于锂的熔点较高（180.50），（溶解度相对较小的事实并不是那么重要，请注意，易溶于水！）锂与水反应并不剧烈。注：本表数据摘自Lide D RCRC Handbook of Chemistry and PhysicsM90th edBoca Raton：CRC Press，20