关于金属活动性顺序的教学探讨

      一、问题的提出

      在中学化学教学，特别是初中化学教学中，许多老师认为可以根据（常温下）金属单质与酸溶液（盐酸、稀硫酸等非氧化性酸）发生置换反应（生成氢气）的剧烈程度即反应速率的大小，来比较或判断金属的活动性强弱，即金属单质与酸溶液发生置换生成氢气的反应越剧烈，则该金属的活动性就越强，反之亦然。在一些公开出版的教辅用书及试题中也经常能见到这样的观点与题目。

      请看下列两题所给的答案[1]：

      题1.下列事实不能用金属活动性顺序解释的是

      A.铜的导电性强于铁

      B.锌和镁与稀盐酸反应的剧烈程度不同

      C.金属银与稀硫酸不反应

      D.铝能将硫酸铜溶液中的铜置换出来

      题2.为比较三种金属Mg、Zn、Cu的活动性顺序，下列选用的试剂不能达到目的的是

      A.Mg条、Cu片溶液、溶液

      B.Mg条、Zn粒、Cu片、稀盐酸

      C.Zn粒、Cu片、溶液

      D.Zn粒、溶液、溶液

      题1给的答案为A。按此答案可给出本题的解答思路主要是：根据在金属活动性顺序里镁位于锌的前面，可知镁比锌的活动性强，所以镁、锌分别与稀盐酸发生置换反应时，镁的剧烈程度要大于锌，即选项B能用金属活动性顺序解释；同理，选项C、D也都能用金属活动性顺序予以解释。但金属的导电性与金属的活动性强弱无关，所以选项A不能用金属活动性顺序解释。

      题2给的答案为C。根据此答案可知本题的解答思路主要是：比较三种金属的活动性顺序可以有两种方案，一是通过金属单质分别与盐酸或稀硫酸能否发生置换生成氢气以及反应的剧烈程度来进行，所以选项B能达到目的。二是通过金属单质与有关盐溶液能否发生置换反应来进行判断，在本题又有两种途径：①用Mg条、Cu片分别与溶液混合，看是否发生置换反应，选项A能达到目的；②用Zn粒分别与溶液、溶液混合，看是否发生置换反应，选项D能达到目的。而溶液与Zn粒、Cu片均不能反应，则选项C不能达到目的。

      但笔者认为，题1的答案应为AB，题2的答案应为BC。为什么呢？这是由金属活动性顺序的本质决定的。宋心琦先生指出[2]：把金属的活动性和（金属单质与盐酸或稀硫酸发生的）置换反应发生时的剧烈程度相关联，甚至认为二者存在必然的相关性，这种关联在基本概念上是不存在的，即反应剧烈程度和金属的活动性没有内在的相关性。

      在教学中，除把金属活动性强弱和置换反应的速率大小相关联外，还有其他一些问题，如不明确其适用条件，将其应用范围扩大化，不注意其教育价值等。

      二、金属活动性顺序的含义和适用条件

      1.金属活动性顺序的含义

      金属的活动性是金属单质的属性，是指金属单质在常温下的水溶液里失去电子形成水合离子倾向的大小。它以25℃时金属的标准电极电势（）为判断依据。金属的标准电极电势越小（越负），其单质在常温的水溶液里失去电子的倾向越强；金属的标准电极电势越大（越正），其单质在常温的水溶液里失去电子的倾向越弱。[3]

      金属活动性顺序就是按照金属的标准电极电势由小到大的顺序排列的，即金属活动性顺序表是金属的标准电极电势表的简化。所以，金属活动性顺序反映了在常温的水溶液里不同金属及其对应离子的氧化还原能力的相对强弱。在这个顺序里，金属的位置越靠前，在常温的水溶液里，其单质越容易被氧化即活动性越强，其对应的离子越难被还原；反之亦然。[4]

      2.金属活动性顺序的适用条件[5]

      （1）标准电极电势是热力学数据，属于化学热力学范畴，而反应速率属于化学动力学范畴。所以，根据金属活动性顺序对有关置换反应的判断是一种热力学判断，只能指出反应能否发生及完成的程度如何，与反应速率无关，不能说明反应的剧烈程度即速率。如，钠、钙的标准电极电势分别为，则在金属活动性顺序里钙排在钠的前面，钙的活动性比钠的强，但是在与水反应时钠比钙剧烈，这种“剧烈”是动力学性质，不是热力学性质，与金属活动性强弱是无关的。

      那么，金属的标准电极电势是由哪些能量因素决定的呢？事实证明，要综合考虑固态中的金属原子变成单个气态原子的升华热、气态金属原子失去电子成为离子的电离能、金属离子溶于水并发生水化的水化热等因素。如，钠和钙的水化热分别为，差距较大的水化热是钙的标准电极电势比钠的低的主要原因。