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金屬活動性（金屬和金屬離子間相互置換能力）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-19

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金屬活動性

金屬和金屬離子間相互置換能力

金屬活動性指金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子生成金屬陽離子的傾向，屬于熱力學(xué)范疇。

利用金屬活動性，可以比較金屬在水中（而不是其他環(huán)境或干態(tài)）的還原性強(qiáng)弱與其對應(yīng)的陽離子的氧化性強(qiáng)弱，預(yù)測水中一系列的置換反應(yīng)的方向。

基本信息

中文名	金屬活動性
外文名	Reactivity series
含義	金屬和金屬離子間相互置換能力
性質(zhì)	在水溶液中失去電子生成陽離子
量度	標(biāo)準(zhǔn) 電極電勢
強(qiáng)弱	電勢越負(fù)者還原性越強(qiáng)

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發(fā)展歷史

1865年，貝開托夫在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)金屬和金屬離子間相互置換能力的大小，以及金屬跟酸、跟水等反應(yīng)的劇烈程度，首先確定了金屬活動性順序，在這個順序里已包括了氫。因?yàn)闅淇梢员晃挥谒懊娴慕饘購南∷崂镏脫Q出來，而氫后面的金屬不能從酸中置換出氫。

在電化學(xué)得到發(fā)展后，金屬活動性的衡量尺度變?yōu)榻饘俚?/span>標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，電勢越負(fù)者還原性越強(qiáng)，金屬活動性也越強(qiáng)。

注：由此可以看出，金屬活動性與金屬性是不同的概念，不可混為一談。金屬在水中的活動性也不能體現(xiàn)金屬在所有情況下的性質(zhì)，例如鉀的金屬活動性強(qiáng)于鈉，但鈉可以置換出熔融氯化鉀中的鉀。

影響因素

決定金屬活動性的函數(shù)是金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(

)與與水反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能(

)，它們的計(jì)算公式及之間的轉(zhuǎn)化公式為：

，因此電極電勢越負(fù)，自由能越大，活動性也越強(qiáng)。

自由能的一個影響因素是焓變(

)。金屬單質(zhì)在水中形成陽離子時，經(jīng)歷了升華，電離，水合三步，這三步中都有能量變化，決定了總反應(yīng)焓變，對金屬的活動性有很大影響。因此在分析金屬活動性成因時，要綜合考慮金屬的升華能、電離能與水合熱。

一般來說，元素周期表內(nèi)元素從上到下，從右到左有活動性增強(qiáng)趨勢，其本質(zhì)原因是隨著金屬半徑增大，最外層電子數(shù)減少，其電離能與升華能均有下降，雖水合熱亦有下降，但前兩者已足夠彌補(bǔ)。但對于一些特殊的例子，如鋰，由于其半徑極小，水合熱足夠高，彌補(bǔ)了升華熱與電離能偏高的不足，導(dǎo)致它在水中的活動性甚至比銫還要高。

應(yīng)用

化學(xué)

部分金屬的活動性順序如下：

單質(zhì)名稱	元素符號	對應(yīng)離子	特征性質(zhì)
鉀	K		與水迅速反應(yīng)，放出氫氣，部分金屬可能會有爆炸現(xiàn)象；與非氧化性酸反應(yīng)激烈；由于存在與水的反應(yīng)，不能置換活動性較弱的金屬的離子；對應(yīng)的金屬陽離子基本不具有氧化性。氫氧化物可以電離出氫氧根離子，使溶液呈堿性。
鈣	Ca
鈉	Na
鎂	Mg		與水緩慢反應(yīng)放出氫氣，或者加熱時與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣或者不反應(yīng)；與非氧化性酸反應(yīng)，放出氫氣；在水中可置換出表中位置下方的金屬離子；對應(yīng)的金屬陽離子基本沒有或只有較弱的氧化性。一般情況下，氫氧化物為沉淀。
鋁	Al

展開表格

由金屬活動性順序表可以得到以下結(jié)論：

1.排在前面的金屬可以將排在后面的金屬從它們的金屬溶液中置換出來。（若金屬過于活潑，則會直接與水反應(yīng)，并不會與水中的金屬離子反應(yīng)）；

2.理論上講，金屬活動性表中鐵及排在其前的金屬均可置換出純水中的氫；

3.若只考慮氫離子的氧化性，排在氫（H）前的金屬才能和非氧化性酸反應(yīng)，置換出氫；

4.排在越后的金屬越容易，也越先從它們的化合物中被置換出來；排在越前的金屬越容易，也越先把其他化合物中的金屬置換出來。

在判斷溶液中的置換反應(yīng)能否發(fā)生，以及發(fā)生置換反應(yīng)的次序時，使用它是一種很簡便的辦法。

生產(chǎn)

金屬活動性可以預(yù)言金屬礦石的提煉難易程度，如排在末位的一些金屬，加熱即可使他們從氧化物中分解出來，而排在最前面的金屬，則需要使用電解法（如鈉）或活潑金屬置換法（如鉀）來提取。

金屬活動性還可以預(yù)言金屬被腐蝕的難易程度，如金即使加熱也不與氧反應(yīng)，而鐵、銅在空氣中會緩慢生銹，鈉、鉀等金屬在空氣中則極容易與氧化合，一般只能現(xiàn)取現(xiàn)用。

活動性順序

Li*

鋰*

銫

銣

鉀

鐳

鋇

鈁

鍶

鈣

鈉

鑭

鐠

釹

钷

釤

銪

錒

釓

鋱

镅

釔

鎂

鏑

銩

鐿

镥

鈰

鈥

鉺

鈧

钚

釷

鈹

镎

鈾

鉿

鋁

鈦

鋯

釩

錳

鈮

鋅

鉻

鎵

鐵

鎘

銦

鉈

鈷

鎳

展開表格

注：由于金屬活動性的判定依據(jù)是金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，而金屬性只與金屬失電子能力有關(guān)，因此會產(chǎn)生金屬性與金屬活動性不一致的情況.。

另外，一些金屬的活動性會受到溶劑，酸堿值，以及沉淀劑等的影響，而金屬活動性順序表的測定條件是熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀況，此時

，所以活動性順序只能作為大部分情況下適用的參照，在特殊情況下需要計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。

在水中，鋰是活動性最高的金屬。雖然鋰是堿金屬中金屬性最弱的元素，但是由于鋰原子和離子半徑小，離子靜電場力較大，導(dǎo)致

的水合能特別高，掩蓋了鋰元素升華能與電離能偏高的短板，使其成為水中活動性最高的金屬。而鋰與水的反應(yīng)緩慢，一方面是因?yàn)殇嚨纳A能和熔點(diǎn)相對較高，使反應(yīng)在動力學(xué)上受阻；另一方面，同樣由于較高的水化能，反應(yīng)產(chǎn)物氫氧化鋰的化學(xué)鍵共價傾向顯著、溶解度較小，剛開始會附著在鋰的表面阻礙反應(yīng)，隨著氫氧化鋰的溶解，速率才稍有加快。

一般認(rèn)為同位素化學(xué)性質(zhì)相同，但在氘中的中子會影響質(zhì)子間的相互作用，所以實(shí)際上氘氣比氕氣活潑。

參考資料

[1]

在金屬活動性順序里為什么包括氫？ · 學(xué)科網(wǎng)[引用日期2013-10-28]

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