从化学学科素养的角度理解金属活动顺序表

晏富强

摘 要：金属元素及其化合物的性质在高中化学中占有很重要的地位，在现实生活中对金属的使用也随着人类社会的发展越来越广泛。金属活动顺序的知识点是学习和应用的重点，同时又是高考的重要考点。学生在理解和应用金属活动顺序表时存在许多问题，教师要从化学学科素养的角度帮助学生理解和建构金属活动顺序表，改变学生原有学习金属活动顺序表知其然而不知其所以然的死板学习方式。

关键词：金属活动顺序表；化学；学科素养

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2018）31-0088-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.31.051

1812 年瑞典化学家贝齐里乌斯根据实验现象最先提出了金属活动顺序。后来，俄国化学家贝开托夫在进行大量实验和系统研究之后形成的金属活动性顺序表[1]。金属活动性顺序表大体上是按照298K时，金属单质在水溶液中失去电子形成低价离子时的标准电极电势顺序排列的，因此金属活动性顺序规律的应用只适用于水溶液中，而不适用于其他非水体系。

一、建立知识模型理解金属活动顺序表的应用

在学生学习金属活动顺序表的过程中，利用金属活动顺序表为模型，也可以把金属及其化合物的性质或物质转化的规律总结进来。以K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au为先后顺序：

规律1，能否与非氧化性酸置换出H2：氢前的金属能置换出H2 ，氢后的金属不能置换出H2。

规律2，能否从水溶液中置换后面金属：钠和钠以前的金属单质和水反应生成H2就不能置换成后面的金属，钠以后的金属单质就能。

规律3，常温下能否和水反应：常温下镁和镁以前的金属单质能和水反应生成氢气和金属的氢氧化物，镁以后的金属单质就不能。

规律4，金属冶炼：K Ca Na Mg Al用电解熔融化合物法，Zn Fe Sn Pb Cu用（CO、 H2 、C等）热还原法，Cu Hg Ag用热分解法，Pt Au在自然界以单质的形式存在。

规律5，碱性强弱：K Ca Na的氢氧化物是强碱，镁以后金属的氢氧化物为弱碱。

规律6，碱的溶解性：K Ca Na的氢氧化物是可溶，镁以后的金属的氢氧化物为难溶

规律7，碱性氧化物和碱之间转化：K Ca Na金属的碱性氧化物和水反应生成碱，碱不能分解碱性氧化物；镁以后的金属的碱性氧化物不能和水反应生成碱，碱能分解生成碱性氧化物和水。

规律8，硝酸盐的分解：K Ca Na的硝酸盐分解产物是亚硝酸盐和氧气，Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu的硝酸盐分解产物是金属氧化物、二氧化氮和氧气，Hg Ag Pt Au的硝酸盐分解产物是金属单质、二氧化氮和氧气。

二、金属活动顺序表中体现出的化学学科素养

学生的化学学科素养由实际的课程学习活动获得。而金属活动顺序表是高中化学金属及其化合物性质和应用的重点知识，学生从化学学科素养的角度可以深入理解这部分知识。

（一）建立科学平衡思想和变化观念

学生通过学习金属活动顺序表的知识，了解到金属之间的置换是有条件的，需要遵循一定的规律，也能理解到化学变化是有一定限度。如某些特殊的反应在水溶液中根据金属活动性顺序表判断不能发生，但实际高温熔融状态下却可以发生，而且在生产有重要的作用。用KCl 和 Na 在高温下反应制备钾的反应为 ：Na（l）+KCl（l）?NaCl（l）+K（g），，由于钾的沸点低于钠的沸点，钾以气体形式脱离反应体系使该反应能够进行。又因单质钾的沸点K 比钙的（1712K）低 ， 故这个反应2KF+CaC2[][1273～1428k]CaF2+2K↑+2C能向右进行。由此可见金属热还原反应中生成物某一组分在所采用的温度范围内以气体形式脱离反应体系，反应就会向着压力减小方向进行。

（二）强化知识的宏微结合

金属活动顺序表学习过程中要注重知识的宏性质与微结结构之间的关系，主要是指在观察过程中明确物质化学变化的宏观现象，并以此为基础探究物质的结构方面微观知识内容。如第三周期Na Mg Al三种金属活动性比较时，可从原子结构和元素周期律角度去解释；也可从第一电离能角度去比较。但是Ca和Na活动性比较时就要用标准电极电势比较，Ca 的标准电极电势为 EOCa2+/Ca=-2.866V，Na为 EONa+/Na= -2.714V。因此，在水溶液中，Ca形成离子的趋势大于Na，在热力学金属活动顺序表中 Ca要排在Na的前面 [2]。

（三）注重实验探究

化学本身就是建立在化学实验上形成的重要学科，学生在实验探究过程中提升自身的化学学科核心素养是高中化学学习的重要方法。根据表可知氧化性Cu2+>Fe2+，学生根据学过只是设计实验方案进行验证，方案如下：（1）向CuSO4溶液中插入Fe钉，（2）向FeSO4和 CuSO4混合溶液中插入Zn片，（3）将Fe板和Cu板用导线连接出入装有稀硫酸的烧杯中，（4）同时用惰性电极电解FeSO4和 CuSO4混合溶液。学生分别应用了氧化还原的知识和电化学的知识，再通过实验操作，既加深对学过知识的理解，又提高了学生的实验操作能力。学生在实验中发现问题、分析问题、解决问题的能力也得到提升。

（四）培养创新意识和社会责任

根据金属活动顺序表我们知道，金属越活泼越不易冶炼；在历史的长河中金属冶炼水平的提升都促进了社会的发展。我国在公元前3000年前掌握了青铜冶炼技术，虽然比西方国家晚1000年，但我国的炼铜技术后来居上，现存世的司母戊大方鼎是我国炼铜技术达到当时世界先进水平的产物。我国古代道士在炼丹过程中得到水银，“丹砂烧之成水银，积變又成丹砂”，是指加热时丹砂（HgS）熔融得到水银和SO2。今天我国钢铁的产量位居世界第一，在特种钢材冶炼方面也达到世界先进水平；铝的冶炼也处于世界先进行列。现代化的建设离不开金属材料，在金属的冶炼方面我国也在不断提高。

参考文献：

[1] 陈花蕊，占小红.金属活动性顺序表的诞生与发展[J].教学月刊·中学版（教学参考），2011（4）：36.

[2] 汤若平.钠与钙的金属活动性顺序如何排列[J].中学化学教学参考，2007（4）：36.