关于金属活动性顺序的若干问题

王灵柱柳兆华

（1阜阳师范学院附属中学安徽阜阳236000；2阜阳市教育局教研室安徽阜阳236000）

在中学化学教学中经常要利用到金属活动性顺序来解释金属参与化学反应的现象，但很多有金属参加的化学反应所呈现的现象与金属活动性顺序不符，这就要求教师要对金属活动性顺序及其应用有深入的了解，才能给学生提供正确的解释。

1812年瑞典化学家贝采利乌斯基根据实验现象首先提出了金属活动性顺序的概念，后来俄国化学家贝开托夫又在大量实验事实的基础上进行系统研究之后，于1865年发表了金属置换顺序——金属活动性顺序表。

KNaCaMgAlZnFeSnPbHCu HgAgPtAu

此表一直使用了近百年。随着科学技术的发展，人们发现金属在水溶液中还原能力的大小与金属的标准电极电位数值的大小相关，于是人们据此重新排布了金属的活动顺序，成为现在的金属活动性顺序表。

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu

一、金属活动性顺序表反映了金属原子活动性大小的顺序，而不是金属性强弱的顺序

金属在水溶液中还原（失去电子）能力的大小与金属的标准电极电位数值的大小相关。

排布顺序电极电位E0（伏）

KK++e-=K-2.924

CaCa2++2e-=Ca-2.76

NaNa++e-=Na-2.7109

MgMg2++2e-=Mg-2.375

AlAl3++3e-=Al-1.706

ZnZn2++2e-=Zn-0.7628

FeFe2++2e-=Fe-0.4402

SnSn2++2e-=Sn-0.1364

PbPb2++2e-=Pb-0.1263

H22H++2e-=H20.000

CuCu2++2e-=Cu0.3402

HgHg22++2e-=2Hg0.7989

AgAg++e-=Ag0.7996

PtPt2++2e-=Pt1.2

AuAu3++3e-=Au1.42

上述的电极反应与电极电位的数值表明：现行中学教科书中的金属活动性顺序表是按金属在水溶液中形成稳定的低价阳离子的标准电极电位由小而大的顺序排列而成的，它表示了金属固体在水溶液中形成水合离子的能力由大到小的顺序，即表示了金属活动性大小的顺序。

元素的金属性和金属的活动性是既有联系又有一定差别的两个不同的概念，前者常以元素的电离能（I）作为衡量标准，它反映气态原子失去电子形成气态阳离子的能力，它是金属原子在气态时活泼性的量度。而后者是以标准电极电位（E0）作为衡量标准，它反映了金属固体在水溶液中形成水合离子的能力。I与E0虽然都能反映金属元素失去电子能力的大小，但二者所处的环境不同，这显然是有区别的。正因为如此，在用I与E0分别表示元素的金属性与金属的活动性强弱时有时会出现不一致的情况。例如，碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs的第一电离能分别为520kJ/mol、496kJ/mol、419kJ/mol、403kJ/mol、376kJ/mol，由此可知，气态锂原子最不容易失去电子。但在溶液中锂原子却表现出异常的活泼性，其主要原因是锂原子形成水合离子时放出520kJ/mol的热量，而钠形成水合离子时放出的能量为405kJ/mol。Na的第一电离能为496kJ/mol，而Ca的第一电离能和第二电离能分别为590kJ/mol、1145kJ/mol，表明气态钠原子比气态钙原子更容易失去电子，更加活泼。但是，由于钙离子形成水合离子时放出的能量（1653kJ/mol）远比钠离子形成水合离子时放出的能量多，所以在水溶液里钙原子比钠原子更容易失去电子，即在金属活泼性顺序中钙排在钠的前面。

二、金属活动性顺序只适用于标准状态下

一般说来，金属活动性顺序表里前面的金属能将后面的金属从它们的盐溶液里置换出来，指的是在标准状况或离子浓度相近的情况下。所谓标准状况就是指25℃，离子浓度为1mol/L（严格说离子活度a=1），气体分压为一个标准大气压时的状况。若为非标准状况下，则上述规律就会被打破。

例如，在金属活动性顺序表中，Cu、Ag位于氢之后，标准状况下不能与非氧化的酸反应生成氢气。但在加热条件，Cu与浓盐酸、Ag与氢碘酸均可发生反应而生成H2。

Cu+4HCl（浓）＝2H［CuCl2］+H2↑

2Ag+2HI＝2AgI+H2↑

这两个反应之所以可以进行，是因为络离子［CuCl2］-和AgI沉淀的生成，大大降低了Cu+和Ag+的浓度，使二者的电极电位降低到比H的电极电位还小，增加了Cu、Ag的还原性，故可发生反应。

再例如，在标准状况下Sn和Pb的电极电位分别为-0.136ev和-0.126ev，所以Sn的活动性大于Pb，可以发生置换反应：

Sn+Pb2+＝Sn2++Pb

但在非标准状态下，如果Sn2+的浓度是Pb2+的3倍以上时，Pb的电极电位更负，Pb反应比Sn更活泼，反应向相反方向进行，即：

Sn2++Pb＝Sn+Pb2+

三、金属活动性顺序只适用于湿态而不适用于干态

根据金属活动性顺序的排布原则以及金属活动性的概念可知：使用金属活动性顺序表只能判断金属从水中和酸中置换出氢的难易及金属在盐溶液中发生置换反应的方向，而不适用于其他状态，即不能用它去说明一切涉及有金属单质参与的置换反应以及反应生成物。

例如，根据金属活动性顺序表，H2不可能把Zn从化合物中还原出来，但在干态下就能实现此种变化。

ZnO+H2＝Zn+H2O

再例如，根据顺序表钾比钠活泼，但是在熔融状态下，利用二者熔点的差异，活泼性相对较小的Na可以将活泼性较大的钾从化合物中置换出来。

Na+KCl=△K↑+NaCl

工业上就是利用这一反应制取金属钾。

四、金属活动性顺序只能判断金属与稳定存在于溶液中的低价阳离子、非氧化性酸之间的置换反应

根据金属活动性顺序表的排布原则知，此顺序可以作为判断金属与稳定存在于溶液中的低价阳离子、非氧化性酸之间的置换反应，而不能推广至金属高价阳离子（如Fe3+、Sn4+）以及氧化性的酸（HNO3、浓H2SO4）之间的非置换反应。

例如，Cu位于金属活动性顺序表中氢的后面，它表明了Cu不与较活泼的金属的低价盐反应，也不与稀HCl、稀H2SO4等反应，但不表明Cu与Fe3+、HNO3、浓H2SO4也不反应。事实上Cu与具有强氧化性的Fe3+、HNO3、浓H2SO4均可以发生氧化还原反应。

如：Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2、Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O等。

五、金属活动性顺序只适于纯净的固体金属，因为金属的活动性与金属的纯度及其表面状态也有关系

例如：Al和Zn组成原电池时，根据电池理论Al应为负极，Zn为正极，但实验证明Zn是负极。其原因就是因为Al表面有一层致密的、绝缘的氧化膜，由于它的覆盖使铝的电极电位升高（由-1.67V提高到-1.5V）而所致。

再如纯金块不溶于盐酸，但胶体状态的金可以溶解在盐酸中，这是由于在胶体状态时，金具有较大表面能而所致。

六、金属活动性顺序表只能作为在溶液中进行的置换反应能否发生的判据，而不能作为反应速率大小的判据

按标准电极电位由小到大顺序排列出的金属活动性顺序表，只是从热力学的角度指出了氧化还原反应进行的可能性以及趋势的大小，应用它可以确定置换反应的方向和反应的产物。而反应速率属于动力学的问题，故不能用金属活动性顺序去判断金属与酸等反应的激烈程度，即不能用热力学的数据去说明动力学的问题。

诚然，在大多数情况下，活动性较强的金属与水、非氧化性酸反应较激烈，例如与水反应，在相同的条件下钾比钠激烈；与酸反应，在相同条件下Mg比Al激烈。但不要错误地认为这就是规律。因为影响反应速率大小的因素很多，很复杂，所以常有许多例外出现。

例如，在金属活动性顺序表中，Ca在Na之前，但是在相同条件下与水反应时，Na要激烈得多，这是因为Ca与水反应时生成了微溶的Ca（OH）2覆盖在Ca的表面而所致。

再如，在金属活动性顺序表中Zn位于Fe之前，但在相同条件下与稀H2SO4反应时，Fe比Zn激烈。这是由于氢在锌表面上的过电位比铁大而所致。

总之，在进行《金属活动性顺序》教学时要注意其应用范围，要能够从理论上来解释与金属活动性顺序表不一致的现象，只有这样才能保证在教学中不传授错误知识，确保知识传授的准确性和科学性。

［1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）［S］.北京：人民教育出版社，2003

［2］李俊.浅谈金属性与金属活动性［J］.沈阳教育学院学报，2000，（12）：223~224

［3］曹锡章等.无机化学［M］.北京：高等教育出版社，2007