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金属活动性（金属和金属离子间相互置换能力）

次浏览 | 更新时间：2023-05-19

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金属活动性

金属和金属离子间相互置换能力

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倾向，属于热力学范畴。

利用金属活动性，可以比较金属在水中（而不是其他环境或干态）的还原性强弱与其对应的阳离子的氧化性强弱，预测水中一系列的置换反应的方向。

基本信息

中文名	金属活动性
外文名	Reactivity series
含义	金属和金属离子间相互置换能力
性质	在水溶液中失去电子生成阳离子
量度	标准电极电势
强弱	电势越负者还原性越强

收起

发展历史

1865年，贝开托夫在实验的基础上，根据金属和金属离子间相互置换能力的大小，以及金属跟酸、跟水等反应的剧烈程度，首先确定了金属活动性顺序，在这个顺序里已包括了氢。因为氢可以被位于它前面的金属从稀酸里置换出来，而氢后面的金属不能从酸中置换出氢。

在电化学得到发展后，金属活动性的衡量尺度变为金属的标准电极电势，电势越负者还原性越强，金属活动性也越强。

注：由此可以看出，金属活动性与金属性是不同的概念，不可混为一谈。金属在水中的活动性也不能体现金属在所有情况下的性质，例如钾的金属活动性强于钠，但钠可以置换出熔融氯化钾中的钾。

影响因素

决定金属活动性的函数是金属的标准电极电势(

)与与水反应的标准吉布斯自由能(

)，它们的计算公式及之间的转化公式为：

，因此电极电势越负，自由能越大，活动性也越强。

自由能的一个影响因素是焓变(

)。金属单质在水中形成阳离子时，经历了升华，电离，水合三步，这三步中都有能量变化，决定了总反应焓变，对金属的活动性有很大影响。因此在分析金属活动性成因时，要综合考虑金属的升华能、电离能与水合热。

一般来说，元素周期表内元素从上到下，从右到左有活动性增强趋势，其本质原因是随着金属半径增大，最外层电子数减少，其电离能与升华能均有下降，虽水合热亦有下降，但前两者已足够弥补。但对于一些特殊的例子，如锂，由于其半径极小，水合热足够高，弥补了升华热与电离能偏高的不足，导致它在水中的活动性甚至比铯还要高。

应用

化学

部分金属的活动性顺序如下：

单质名称	元素符号	对应离子	特征性质
钾	K		与水迅速反应，放出氢气，部分金属可能会有爆炸现象；与非氧化性酸反应激烈；由于存在与水的反应，不能置换活动性较弱的金属的离子；对应的金属阳离子基本不具有氧化性。氢氧化物可以电离出氢氧根离子，使溶液呈碱性。
钙	Ca
钠	Na
镁	Mg		与水缓慢反应放出氢气，或者加热时与水蒸气反应生成氢气或者不反应；与非氧化性酸反应，放出氢气；在水中可置换出表中位置下方的金属离子；对应的金属阳离子基本没有或只有较弱的氧化性。一般情况下，氢氧化物为沉淀。
铝	Al

展开表格

由金属活动性顺序表可以得到以下结论：

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。（若金属过于活泼，则会直接与水反应，并不会与水中的金属离子反应）；

2.理论上讲，金属活动性表中铁及排在其前的金属均可置换出纯水中的氢；

3.若只考虑氢离子的氧化性，排在氢（H）前的金属才能和非氧化性酸反应，置换出氢；

4.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；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。

生产

金属活动性可以预言金属矿石的提炼难易程度，如排在末位的一些金属，加热即可使他们从氧化物中分解出来，而排在最前面的金属，则需要使用电解法（如钠）或活泼金属置换法（如钾）来提取。

金属活动性还可以预言金属被腐蚀的难易程度，如金即使加热也不与氧反应，而铁、铜在空气中会缓慢生锈，钠、钾等金属在空气中则极容易与氧化合，一般只能现取现用。

活动性顺序

Li*

锂*

铯

铷

钾

镭

钡

钫

锶

钙

钠

镧

镨

钕

钷

钐

铕

锕

钆

铽

镅

钇

镁

镝

铥

镱

镥

铈

钬

铒

钪

钚

钍

铍

镎

铀

铪

铝

钛

锆

钒

锰

铌

锌

铬

镓

铁

镉

铟

铊

钴

镍

展开表格

注：由于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.。

另外，一些金属的活动性会受到溶剂，酸碱值，以及沉淀剂等的影响，而金属活动性顺序表的测定条件是热力学标准状况，此时

，所以活动性顺序只能作为大部分情况下适用的参照，在特殊情况下需要计算非标准电极电势。

在水中，锂是活动性最高的金属。虽然锂是碱金属中金属性最弱的元素，但是由于锂原子和离子半径小，离子静电场力较大，导致

的水合能特别高，掩盖了锂元素升华能与电离能偏高的短板，使其成为水中活动性最高的金属。而锂与水的反应缓慢，一方面是因为锂的升华能和熔点相对较高，使反应在动力学上受阻；另一方面，同样由于较高的水化能，反应产物氢氧化锂的化学键共价倾向显著、溶解度较小，刚开始会附着在锂的表面阻碍反应，随着氢氧化锂的溶解，速率才稍有加快。

一般认为同位素化学性质相同，但在氘中的中子会影响质子间的相互作用，所以实际上氘气比氕气活泼。

参考资料

[1]

在金属活动性顺序里为什么包括氢？ · 学科网[引用日期2013-10-28]

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