淺談金屬活動性、元素金屬性、金屬的還原性

張衛(wèi)衛(wèi)

金屬的性質(zhì)是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要內(nèi)容之一，在中學(xué)階段我們主要通過金屬活動性、元素金屬性以及金屬的還原性三者來研究金屬的化學(xué)性質(zhì).在中學(xué)教材中并沒有給三者下完整的定義，也沒有給與區(qū)別，而學(xué)生在學(xué)習(xí)金屬的性質(zhì)時這三者又經(jīng)常交織在一起，使得學(xué)生在理解上造成很大的困擾.

最典型的例子就是在蘇教版《必修2》中探究Na、Mg、Al三者金屬性的時候，是通過觀察這三種金屬單質(zhì)分別與水反應(yīng)的劇烈程度，或分別與酸反應(yīng)的劇烈程度來比較它們金屬性的強弱，學(xué)生得出的元素金屬性順序關(guān)系與初中所學(xué)的金屬活動性順序表中的順序是一樣的，同樣根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理得出的金屬單質(zhì)的還原性強弱順序也是如此.使得很多學(xué)生認(rèn)為金屬活動性、元素金屬性以及金屬的還原性的變化是一致的，甚至認(rèn)為它們是等同的誤解，同時我們部分老師為降低難度也讓學(xué)生認(rèn)為它們是等同的.

因此筆者認(rèn)為有必要對金屬活動性、元素金屬性、金屬的還原性三者的關(guān)系進一步探討和分析.

一、金屬活動性、元素金屬性、金屬的還原性三者的衡量標(biāo)準(zhǔn)

1.金屬活動性

上教版初三《化學(xué)》教材中將金屬活動性順序的敘述為人們通過實驗和研究，總結(jié)出常見金屬活動性順序如下：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au

在金屬活動性順序中，排在氫前面的金屬能與酸反應(yīng)置換出氫氣；活動性較強的金屬一般可以將位于其后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來.

在大學(xué)教材中明確指出金屬活動性是指金屬單質(zhì)在水溶液中形成水合陽離子的趨勢大小，是按各金屬單質(zhì)與其在水溶液中形成的簡單低價態(tài)離子所構(gòu)成的電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢（Eθ）由小到大的順序排列.Eθ值越小，其金屬活動性越強；Eθ值越大，其金屬活動性就越弱.

表1各金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢Eθ（V）

金屬Li K Ca Na Mg Al Zn Fe

Eθ（V）-3.045-0.925-2.866-2.714-2.363-1.662-0.7628-0.4402

金屬SnPbHCuHgAg PtAu

Eθ（V）-0.136-0.1260.000+0.337+0.788+0.7991+1.20+1.498

2.元素金屬性

在蘇教版《必修2》中對于元素金屬性判斷的依據(jù)是：通常情況下，元素金屬性越強，它的單質(zhì)越容易從水中或酸中置換出氫氣，其最高價氧化物的水化物的堿性越強.

在大學(xué)教材中明確指出元素金屬性指的是金屬的氣態(tài)原子失去電子變成陽離子的趨勢的大小.判斷元素金屬性強弱的定量標(biāo)準(zhǔn)是電離能，電離能的大小主要決定于原子的核電荷、半徑和電子層結(jié)構(gòu).核電荷數(shù)越大，半徑越小，電子層結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，電離能也越大，元素金屬性越弱.

表2各金屬的第一電離能I1 （kJ·mol-1）

金屬LiKCaNaMgAlZnFe

I1520419590496738578906759

金屬SnPbHCuHgAgPtAu

I170971613127461007731870890

3.金屬的還原性

在蘇教版《必修1》對于還原性的描述如下：“在氧化還原反應(yīng)中，失去電子的物質(zhì)是還原劑，還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，表現(xiàn)[HJ1.35mm]出還原性.”也就是說明還原性是表示物質(zhì)失電子的能力.金屬的還原性完整說應(yīng)該是金屬單質(zhì)的還原性，金屬單質(zhì)在氧化還原反應(yīng)中失電子的能力.

二、金屬活動性、元素金屬性、金屬的還原性的區(qū)別和聯(lián)系

1.金屬活動性與元素金屬性

金屬活動性是用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢來衡量金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子形成水合陽離子的趨勢.元素金屬性卻是用電離能來衡量金屬的氣態(tài)原子失去電子變成陽離子的趨勢.從定義中我們可以得出兩者的研究對象和研究條件不一樣，但都是表示一種失電子的趨勢，所以我們可以說兩者變化趨勢有一定的相似性，但注意兩者不能混為一談.

例如從標(biāo)準(zhǔn)電極電勢值看Eθ（Na+/Na）=-2.714 V，Eθ（Ca2+/Ca）=-2.866V，活動性順序是Ca>Na.再從電離能的角度看Na（496 kJ·mol-1）Ca.從中我們可以得出Na和Ca的活動性、金屬性不等同.

通過以上的定義分析和例子說明我們不難看出金屬活動性與元素金屬性是兩個不同概念，所以不可將“金屬活動性順序表”簡稱為“金屬性順序表”.

2.金屬活動性與金屬的還原性

根據(jù)金屬活動性順序表可知位于前面的金屬可以置換后面的金屬：

如Fe+Cu2+Fe2++Cu.根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，還原劑的還原性強于還原產(chǎn)物的還原性，可以得出還原性Fe>Cu.從而可以得出根據(jù)金屬活動順序表來推測金屬的還原性強弱是可以的.

當(dāng)然，此時討論的金屬活動性是在水溶液條件下，若條件發(fā)生改變，兩者就不能等同.例如制取鉀的現(xiàn)代工業(yè)上常采用的方法是760-880℃高溫熔融狀態(tài)下利用Na置換出K：Na+ KClK+NaCl.根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理此時Na的還原性強于K，但金屬活動性是K在Na的前面，兩者相矛盾.

綜上所述，金屬單質(zhì)在水溶液中發(fā)生置換反應(yīng)時的金屬的還原性與金屬活動性變化是一致的.在中學(xué)階段所學(xué)的反應(yīng)主要是在水溶液中進行的，所以我們可以借助金屬活動性來判斷金屬單質(zhì)還原性的強弱.

3.元素金屬性和金屬的還原性

元素金屬性和金屬的還原性實質(zhì)都是失電子，但描述的對象不同，元素金屬性的對象是氣態(tài)金屬原子，而金屬的還原性研究對象是金屬單質(zhì).元素的性質(zhì)和單質(zhì)的性質(zhì)不能混為一談，因為金屬單質(zhì)不是原子的簡單聚集，而是由原子直接組成的晶體，原子間已存在金屬鍵，要使金屬原子參加反應(yīng)就要破壞金屬的晶格.所以金屬鍵的強度是影響金屬單質(zhì)性質(zhì)的重要因素.我們決不能只對比單個原子的基礎(chǔ)推測出單質(zhì)的性質(zhì).

例如，根據(jù)元素周期律，堿金屬元素，自上而下金屬性依次增強，鋰元素的金屬性應(yīng)該最弱，但它在水溶液中的還原性卻是最強的，這可以根據(jù)表1中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢進行判斷，標(biāo)準(zhǔn)電極電勢越小，金屬單質(zhì)在水中還原性越強.

從上述表述中我們可以得出元素金屬性和金屬的還原性兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系，雖研究對象不同，但實質(zhì)都是得電子，所以元素金屬性和金屬的還原性兩者不能等同.