關(guān)于金屬活動(dòng)性順序的教學(xué)探討

蔣良

摘要：基于中學(xué)在金屬活動(dòng)性順序教學(xué)中存在的有關(guān)問(wèn)題，梳理了金屬活動(dòng)性順序的含義、適用條件，及根據(jù)金屬活動(dòng)順序可以作出的常見(jiàn)判斷和比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的常用方法，討論了金屬活動(dòng)性順序的教育價(jià)值。

關(guān)鍵詞：金屬活動(dòng)性順序；適用條件；判斷；比較；教育價(jià)值

文章編號(hào)：1008-0546（2016）06-0002-05 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.001

一、問(wèn)題的提出

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)，特別是初中化學(xué)教學(xué)中，許多老師認(rèn)為可以根據(jù)（常溫下）金屬單質(zhì)與酸溶液（鹽酸、稀硫酸等非氧化性酸）發(fā)生置換反應(yīng)（生成氫氣）的劇烈程度即反應(yīng)速率的大小，來(lái)比較或判斷金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱，即金屬單質(zhì)與酸溶液發(fā)生置換生成氫氣的反應(yīng)越劇烈，則該金屬的活動(dòng)性就越強(qiáng)，反之亦然。在一些公開(kāi)出版的教輔用書(shū)及試題中也經(jīng)常能見(jiàn)到這樣的觀點(diǎn)與題目。

請(qǐng)看下列兩題所給的答案[1]：

題1.下列事實(shí)不能用金屬活動(dòng)性順序解釋的是

A.銅的導(dǎo)電性強(qiáng)于鐵

B.鋅和鎂與稀鹽酸反應(yīng)的劇烈程度不同

C.金屬銀與稀硫酸不反應(yīng)

D.鋁能將硫酸銅溶液中的銅置換出來(lái)

題2.為比較三種金屬M(fèi)g、Zn、Cu的活動(dòng)性順序，下列選用的試劑不能達(dá)到目的的是

A.Mg條、Cu片、ZnSO4溶液

B.Mg條、Zn粒、Cu片、稀鹽酸

C.Zn粒、Cu片、MgSO4溶液

D.Zn粒、MgCl2溶液、CuCl2溶液

題1給的答案為A。按此答案可給出本題的解答思路主要是：根據(jù)在金屬活動(dòng)性順序里鎂位于鋅的前面，可知鎂比鋅的活動(dòng)性強(qiáng)，所以鎂、鋅分別與稀鹽酸發(fā)生置換反應(yīng)時(shí)，鎂的劇烈程度要大于鋅，即選項(xiàng)B能用金屬活動(dòng)性順序解釋；同理，選項(xiàng)C、D也都能用金屬活動(dòng)性順序予以解釋。但金屬的導(dǎo)電性與金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，所以選項(xiàng)A不能用金屬活動(dòng)性順序解釋。

題2給的答案為C。根據(jù)此答案可知本題的解答思路主要是：比較三種金屬的活動(dòng)性順序可以有兩種方案，一是通過(guò)金屬單質(zhì)分別與鹽酸或稀硫酸能否發(fā)生置換生成氫氣以及反應(yīng)的劇烈程度來(lái)進(jìn)行，所以選項(xiàng)B能達(dá)到目的。二是通過(guò)金屬單質(zhì)與有關(guān)鹽溶液能否發(fā)生置換反應(yīng)來(lái)進(jìn)行判斷，在本題又有兩種途徑：①用Mg條、Cu片分別與ZnSO4溶液混合，看是否發(fā)生置換反應(yīng)，選項(xiàng)A能達(dá)到目的；②用Zn粒分別與MgCl2溶液、CuCl2溶液混合，看是否發(fā)生置換反應(yīng)，選項(xiàng)D能達(dá)到目的。而MgSO4溶液與Zn粒、Cu片均不能反應(yīng)，則選項(xiàng)C不能達(dá)到目的。

但筆者認(rèn)為，題1的答案應(yīng)為AB，題2的答案應(yīng)為BC。為什么呢？這是由金屬活動(dòng)性順序的本質(zhì)決定的。宋心琦先生指出[2]：把金屬的活動(dòng)性和（金屬單質(zhì)與鹽酸或稀硫酸發(fā)生的）置換反應(yīng)發(fā)生時(shí)的劇烈程度相關(guān)聯(lián)，甚至認(rèn)為二者存在必然的相關(guān)性，這種關(guān)聯(lián)在基本概念上是不存在的，即反應(yīng)劇烈程度和金屬的活動(dòng)性沒(méi)有內(nèi)在的相關(guān)性。

在教學(xué)中，除把金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱和置換反應(yīng)的速率大小相關(guān)聯(lián)外，還有其他一些問(wèn)題，如不明確其適用條件，將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，不注意其教育價(jià)值等。

二、金屬活動(dòng)性順序的含義和適用條件

1. 金屬活動(dòng)性順序的含義

金屬的活動(dòng)性是金屬單質(zhì)的屬性，是指金屬單質(zhì)在常溫下的水溶液里失去電子形成水合離子傾向的大小。它以25℃時(shí)金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（φ？夼）為判斷依據(jù)。金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)越?。ㄔ截?fù)），其單質(zhì)在常溫的水溶液里失去電子的傾向越強(qiáng)；金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)越大（越正），其單質(zhì)在常溫的水溶液里失去電子的傾向越弱。[3]

金屬活動(dòng)性順序就是按照金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)由小到大的順序排列的，即金屬活動(dòng)性順序表是金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表的簡(jiǎn)化。所以，金屬活動(dòng)性順序反映了在常溫的水溶液里不同金屬及其對(duì)應(yīng)離子的氧化還原能力的相對(duì)強(qiáng)弱。在這個(gè)順序里，金屬的位置越靠前，在常溫的水溶液里，其單質(zhì)越容易被氧化即活動(dòng)性越強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)的離子越難被還原；反之亦然。[4]

2. 金屬活動(dòng)性順序的適用條件[5]

（1）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是熱力學(xué)數(shù)據(jù)，屬于化學(xué)熱力學(xué)范疇，而反應(yīng)速率屬于化學(xué)動(dòng)力學(xué)范疇。所以，根據(jù)金屬活動(dòng)性順序?qū)τ嘘P(guān)置換反應(yīng)的判斷是一種熱力學(xué)判斷，只能指出反應(yīng)能否發(fā)生及完成的程度如何，與反應(yīng)速率無(wú)關(guān)，不能說(shuō)明反應(yīng)的劇烈程度即速率。如，鈉、鈣的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)分別為φ？夼（Na+/Na）=-2.71 V、φ？夼（Ca2+/Ca）=-2.86 V，則在金屬活動(dòng)性順序里鈣排在鈉的前面，鈣的活動(dòng)性比鈉的強(qiáng)，但是在與水反應(yīng)時(shí)鈉比鈣劇烈，這種“劇烈”是動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，不是熱力學(xué)性質(zhì)，與金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱是無(wú)關(guān)的。

那么，金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是由哪些能量因素決定的呢？事實(shí)證明，要綜合考慮固態(tài)中的金屬原子變成單個(gè)氣態(tài)原子的升華熱、氣態(tài)金屬原子失去電子成為離子的電離能、金屬離子溶于水并發(fā)生水化的水化熱等因素。如，鈉和鈣的水化熱分別為-397 kJ·mol-1、-1653 kJ·mol-1，差距較大的水化熱是鈣的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比鈉的低的主要原因。

因此，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格區(qū)別決定金屬活動(dòng)性順序的內(nèi)因（標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)）和影響反應(yīng)速率大小的外因（固態(tài)反應(yīng)物的表面狀態(tài)與顆粒大小，少量外來(lái)或內(nèi)含的雜質(zhì)的種類及分布，產(chǎn)物形態(tài)等）[2]?；瘜W(xué)熱力學(xué)只討論反應(yīng)的可能性、趨勢(shì)和程度，不討論反應(yīng)的速率，反應(yīng)的趨勢(shì)和反應(yīng)的速率不是一回事，反應(yīng)的趨勢(shì)大（即平衡常數(shù)大）并不表明反應(yīng)就一定快。這也是本文開(kāi)頭題1、題2所給的答案出現(xiàn)問(wèn)題的原因。

（2） 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是在25℃的水溶液中測(cè)定的，因而金屬活動(dòng)性順序只適用于常溫下的水溶液里的反應(yīng)，而對(duì)于高溫下的反應(yīng)、非水溶劑（如液氨）的反應(yīng)和固相反應(yīng)等均不適用。如，高溫下的反應(yīng)：Na+KClK+NaCl，就不是由金屬活動(dòng)性順序決定的。

（3）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的測(cè)定是在25℃和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行的，所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指組成電極的離子的濃度為1 mol·L-1、氣體的分壓為100 kPa、金屬是純凈的（嚴(yán)格地說(shuō)“濃度”和“壓力”應(yīng)為“活度”和“逸度”）。[3]所以，在使用金屬活動(dòng)性順序解決有關(guān)問(wèn)題時(shí)，必須注意這些條件，否則可能會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。

如，在25℃和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)Sn+Pb2+Sn2++Pb可以自發(fā)地向右進(jìn)行，但若c（Pb2+）=0.1 mol·L-1、c（Sn2+）=1 mol·L-1，經(jīng)計(jì)算證明上述反應(yīng)不能自發(fā)地向右進(jìn)行，而其逆反應(yīng)卻可以自發(fā)地進(jìn)行。[3]這個(gè)事實(shí)說(shuō)明離子濃度的變化可能會(huì)造成反應(yīng)方向的改變。

再如，在25℃和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，H2能將Cu2+從溶液中置換出來(lái)得到金屬銅。但是，在濃鹽酸中與加熱的條件下，銅卻能置換出濃鹽酸中的H+生成氫氣：2Cu+4HCl（濃）2H[CuCl2]+H2↑，反應(yīng)之所以能發(fā)生，除溫度、鹽酸濃度的變化外，還和Cu+與Cl-形成配離子[CuCl2]-使c（Cu+）減小有關(guān)，由于c（Cu+）的減小，使銅的電極電勢(shì)變負(fù)，活動(dòng)性增強(qiáng)。[6]

還有，金屬的活動(dòng)性是指純金屬的性質(zhì)。有的金屬在空氣中暴露后表面會(huì)生成一層致密的氧化膜，氧化膜能起鈍化作用，金屬的活動(dòng)性就會(huì)減弱。如鋁、鉻等。純鉻比純鐵的活動(dòng)性強(qiáng)，但在空氣中鉻的表面有氧化膜，就使得鉻的實(shí)際活動(dòng)性遠(yuǎn)小于鐵。[6]

（4）金屬單質(zhì)是（在常溫的水溶液里）形成穩(wěn)定的（水合）低價(jià)離子。如鐵可以形成Fe2+、Fe3+，是指的Fe2+；汞可以形成Hg2+、Hg22+，是指的Hg22+[這可由φ？夼（Hg22+/Hg）=0.797 V、φ？夼（Hg2+/Hg）=0.851 V、φ？夼（Ag+/Ag）=0.799 V，則φ？夼（Hg22+/Hg）<φ？夼（Ag+/Ag）<φ？夼（Hg2+/Hg），在金屬活動(dòng)順序中汞位于銀的前面來(lái)確定]。[7]

這里還要注意，是形成的水合金屬離子，而不是金屬離子與其他非水粒子所形成的配離子或難溶物，否則金屬的活動(dòng)性可能會(huì)發(fā)生變化。如，在氰化鉀溶液中Ag+易與CN-生成穩(wěn)定的配離子[Ag（CN）2]-，由于該配離子的生成，使c（Ag+）顯著減小，結(jié)果使這時(shí)銀的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)大大地下降：φ？夼（[Ag（CN）2]-/Ag）=-0.31 V，銀的活動(dòng)性就顯著地增強(qiáng)。再如，在堿性溶液中，Cu（OH）2+2e-Cu+2OH-的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為-0.224 V，比φ？夼（Cu2+/Cu）=0.34 V小，則是因生成難溶的Cu（OH）2，使c（Cu2+）減小的緣故。[6]同樣地，AgI+e-Ag+I-的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為-0.152 V，這時(shí)銀的活動(dòng)性增強(qiáng)了，也是由于生成難溶物AgI，使c（Ag+）減小而造成的。

一般地，若反應(yīng)時(shí)金屬單質(zhì)生成的金屬離子轉(zhuǎn)化為其他配離子或難溶物，使水合金屬離子的濃度減小時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)將變小，金屬的活動(dòng)性將增強(qiáng)。[6]

另外，φ？夼（Fe2+/Fe）=-0.44 V、φ？夼（Fe3+/Fe）=-0.036 V，即后者較接近于0，這說(shuō)明鐵與非氧化性酸溶液中的H+反應(yīng)生成Fe3+和H2在熱力學(xué)上的可能性是較小的，從這一角度可以解釋為什么鐵與鹽酸或稀硫酸等反應(yīng)是得到Fe2+而不是Fe3+。

通過(guò)以上內(nèi)容可知，金屬活動(dòng)性順序和所有科學(xué)知識(shí)一樣，它是有條件的、辯證的，不是絕對(duì)的、機(jī)械的，適用范圍是有限的。在運(yùn)用其解決有關(guān)問(wèn)題時(shí)，不能生搬硬套，要根據(jù)具體條件、具體內(nèi)容，進(jìn)行具體分析，才能得出正確的結(jié)論。[6]

三、根據(jù)金屬活動(dòng)性順序可以作出的常見(jiàn)判斷

1. 根據(jù)金屬活動(dòng)性順序可以作出的常見(jiàn)判斷

根據(jù)金屬活動(dòng)性順序的含義及適用條件，在中學(xué)化學(xué)里，使用金屬活動(dòng)性順序可以作出的常見(jiàn)判斷主要有：

（1）判斷有關(guān)金屬在水溶液中的活動(dòng)性強(qiáng)弱。金屬的位置越靠前，其單質(zhì)的活動(dòng)性或還原性越強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)離子的氧化性越弱；反之亦然。

（2）判斷有關(guān)金屬在水溶液中能否發(fā)生某些置換反應(yīng)。①位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸等非氧化性酸中的氫，位于氫后面的金屬不能置換出鹽酸、稀硫酸等非氧化性酸中的氫。②除鉀、鈣、鈉等外，位于前面的金屬能把位于后面的金屬?gòu)乃鼈兊柠}溶液中置換出來(lái)。

鉀、鈣、鈉等的單質(zhì)與其他金屬的鹽溶液（如硫酸銅溶液）反應(yīng)時(shí)，沒(méi)有相應(yīng)的金屬被置換出來(lái)的原因是：鈉等與水反應(yīng)的速率遠(yuǎn)大于鈉等與金屬離子反應(yīng)的速率，且水又是大量的，所以鈉等是首先與水劇烈反應(yīng)生成NaOH和H2，生成的OH-又立即與相應(yīng)的金屬離子反應(yīng)生成氫氧化物沉淀（注意，這時(shí)OH-與金屬離子反應(yīng)的速率又遠(yuǎn)大于H2與金屬離子反應(yīng)的速率），所以沒(méi)有相應(yīng)的金屬析出。

（3）判斷原電池的正、負(fù)極。當(dāng)兩種不同的金屬（除鉀、鈣、鈉等外）和有關(guān)電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池時(shí)，一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為原電池的負(fù)極，活動(dòng)性較弱的金屬為原電池的正極。

注意，對(duì)于鎂、鋁和NaOH溶液構(gòu)成的原電池，兩金屬剛插入時(shí)和一段時(shí)間后的正負(fù)極是不同的。[8]兩金屬剛插入NaOH溶液中時(shí)，負(fù)極是鎂，正極是鋁，此時(shí)發(fā)生的是鎂的吸氧腐蝕，電極反應(yīng)為：

負(fù)極（鎂）：2Mg-4e-+4OH-2Mg（OH）2

正極（鋁）：O2+4e-+2H2O4OH-

總反應(yīng)：2Mg+O2+2H2O2Mg（OH）2

一段時(shí)間后，反應(yīng)平穩(wěn)時(shí)，負(fù)極是鋁，正極是鎂（溶液中的水在此電極上得到電子），電極反應(yīng)為：

負(fù)極（鋁）：2Al-6e-+8OH-2AlO2-+4H2O

正極（鎂）：6H2O+6e-6OH-+3H2↑

總反應(yīng)：2Al+ 2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑

2. 比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的常用方法

根據(jù)金屬活動(dòng)性順序的含義，在中學(xué)化學(xué)里，比較不同金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的常用方法有：

（1）根據(jù)金屬能否在水溶液中發(fā)生有關(guān)的置換反應(yīng)進(jìn)行比較。①除鉀、鈣、鈉等外，若一種金屬（甲）能把另一種金屬（乙）從它的鹽溶液中置換出來(lái)，則甲的活動(dòng)性比乙的強(qiáng)；否則，甲的活動(dòng)性比乙的弱。②若金屬甲能與水或鹽酸、稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣，而金屬乙不能與水或鹽酸、稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣，則甲的活動(dòng)性比乙的強(qiáng)。

（2）根據(jù)不同金屬與鹽酸或稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)前后溶液的溫度變化進(jìn)行比較。[9]不同的金屬分別與鹽酸或稀硫酸等非氧化性酸發(fā)生置換反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)所放出的熱量是不同的，進(jìn)而會(huì)造成溶液的溫度變化不同，據(jù)此能夠比較不同金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。

當(dāng)不同的金屬（等質(zhì)量且均過(guò)量）分別與相同體積的同一酸溶液充分反應(yīng)時(shí)，溶液的溫度變化越大，金屬的活動(dòng)性就越強(qiáng)；溶液的溫度變化越小，金屬的活動(dòng)性就越弱。如，在氣溫11℃時(shí)，用鎂條、鋅粒、鐵屑、銅絲各1 g，分別與5 mL 2 mol/L鹽酸在試管中反應(yīng)，所測(cè)得的相關(guān)溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

（3）根據(jù)原電池的正、負(fù)極進(jìn)行比較。當(dāng)兩種不同的金屬（除鉀、鈣、鈉等外）和有關(guān)電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池時(shí)，作負(fù)極的金屬的活動(dòng)性一般比作正極的金屬的活動(dòng)性要強(qiáng)。同樣地，需要注意鎂、鋁和NaOH溶液等構(gòu)成的這類原電池，在兩金屬剛插入時(shí)和一段時(shí)間后的正負(fù)極的改變。

四、金屬活動(dòng)性順序的教育價(jià)值

1.利用金屬活動(dòng)性順序表的誕生和發(fā)展的史實(shí)[10]，進(jìn)行科學(xué)的發(fā)展性特征的教育

1812年瑞典化學(xué)家貝齊里烏斯根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最先提出了金屬活動(dòng)順序。后來(lái)，俄國(guó)化學(xué)家貝開(kāi)托夫在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)研究后，于1865年給出了較為完整的金屬置換順序：

K Na Ca Mg Al Zn Fe Sn

Pb H Cu Hg Ag Au

這個(gè)順序被長(zhǎng)期使用。在19世紀(jì)70年代出現(xiàn)了金屬活動(dòng)性順序表的概念：

K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn

Pb H Cu Hg Ag Pt Au

顯然，這個(gè)順序是按實(shí)際反應(yīng)的劇烈程度即速率大小排列的定性、經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。

隨著認(rèn)識(shí)的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是衡量金屬單質(zhì)在水溶液中活動(dòng)性強(qiáng)弱的更本質(zhì)的定量尺度。據(jù)此有現(xiàn)行的金屬活動(dòng)順序：

K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn

Pb H Cu Hg Ag Pt Au

科學(xué)知識(shí)是人類對(duì)客觀世界本質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)，而人類的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷深入、發(fā)展的過(guò)程（由感性到理性，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由宏觀到微觀，不斷探索更新完善，不斷接近真理）。隨著科學(xué)知識(shí)的積累、研究手段的多樣，人類對(duì)相關(guān)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)會(huì)不斷逼近，這必然決定了科學(xué)知識(shí)及科學(xué)具有發(fā)展性的特征。[11]金屬活動(dòng)性順序表的誕生和發(fā)展的歷史，可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)知識(shí)發(fā)展的漸進(jìn)性，受到科學(xué)的發(fā)展性特征的教育。

其實(shí)，這方面的事實(shí)在化學(xué)及各門(mén)科學(xué)中俯拾皆是。如化合價(jià)、酸、堿等概念，在不同的時(shí)代人們給出了不同的界定[11]。而被稱為化學(xué)史上兩大里程碑之一的門(mén)捷列夫的元素周期律的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，在反映科學(xué)的發(fā)展性特征上更是表現(xiàn)的淋漓盡致（另一里程碑是道爾頓提出的原子論）。門(mén)捷列夫在前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了長(zhǎng)期艱辛的探索，終于在1869年發(fā)現(xiàn)了元素周期律（元素的性質(zhì)隨著相對(duì)原子質(zhì)量的增加而周期性地改變），同時(shí)他把當(dāng)時(shí)已知的63種元素按這一規(guī)律進(jìn)行排列，公布了他的第一張?jiān)刂芷诒?。由于時(shí)代的局限，門(mén)捷列夫未能認(rèn)識(shí)到元素性質(zhì)周期性變化的本質(zhì)所在。到了20世紀(jì)初，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識(shí)（電子、物質(zhì)放射性的發(fā)現(xiàn)和原子結(jié)構(gòu)模型的建立等），這時(shí)才真正認(rèn)識(shí)到元素性質(zhì)周期性變化的本質(zhì)。1913年年僅25歲的英國(guó)物理學(xué)家莫斯萊通過(guò)研究指出，周期表中的原子序數(shù)就是原子的核電荷數(shù)，由此揭示了核電荷數(shù)才是周期表中元素排列的內(nèi)在依據(jù)。這樣，人們對(duì)元素周期律的認(rèn)識(shí)深化了，認(rèn)識(shí)到元素周期性變化的本質(zhì)不是元素的相對(duì)原子質(zhì)量，而是原子的核電荷數(shù)，元素性質(zhì)的周期性決定于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性。[12]

門(mén)捷列夫提出的元素周期律有局限性，并不完全正確，其歷史原因是在當(dāng)時(shí)人們對(duì)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還不了解。隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家將這一偉大的自然規(guī)律放到更嚴(yán)密更科學(xué)的原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到元素周期律的本質(zhì)。[13]

還有，門(mén)捷列夫時(shí)期的元素周期表是沒(méi)有0族的（當(dāng)時(shí)稀有氣體尚未發(fā)現(xiàn)），由第Ⅶ主族的強(qiáng)非金屬到第Ⅰ主族的強(qiáng)金屬間的突變，對(duì)于元素周期表的結(jié)構(gòu)及主族間元素性質(zhì)的遞變顯示的是那么的生硬突兀。后來(lái)，稀有氣體被發(fā)現(xiàn)，加上了0族元素作為兩族間的過(guò)渡之后，元素周期表的結(jié)構(gòu)及元素性質(zhì)的遞變則是顯得那么的自然和諧完美。[14]

再如，關(guān)于稀有氣體這一名稱的問(wèn)題。過(guò)去，人們認(rèn)為這些氣體不能與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（是完全惰性的），曾長(zhǎng)期把它們叫做惰性氣體。但是，自從1962年英國(guó)化學(xué)家巴特勒合成出第一個(gè)稀有氣體化合物（Xe+1[PtF6]-1）之后，至今合成得到的稀有氣體化合物已有很多，并形成了一個(gè)名為稀有氣體化學(xué)的分支學(xué)科。正是由于這些化合物的獲得，使人們對(duì)惰性氣體的“惰性”有了新的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而迫使科學(xué)界把惰性氣體改名為稀有氣體。[14]

總之，科學(xué)探索是無(wú)止境的。各門(mén)科學(xué)中都有許多問(wèn)題人類還沒(méi)有能完全解決或被人類所了解。人類已經(jīng)獲得的科學(xué)知識(shí)僅僅是從某個(gè)角度、某個(gè)層次，利用現(xiàn)有的資源所能達(dá)到的對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)（且其正確性還要不斷地檢驗(yàn)和完善）。所以，發(fā)展性是各門(mén)科學(xué)的共同特征之一。這個(gè)特征也許就是科學(xué)能不斷發(fā)展的動(dòng)力之一及科學(xué)迷人的原因之一吧。[11]

根據(jù)學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)的實(shí)際，用他們能夠接受的內(nèi)容與形式對(duì)他們進(jìn)行相關(guān)化學(xué)知識(shí)的發(fā)展性特征的教育，對(duì)促進(jìn)他們科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的發(fā)展具有良好的智力價(jià)值與非智力價(jià)值。通過(guò)這些內(nèi)容的教學(xué)，既可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，更全面深刻地認(rèn)識(shí)化學(xué)知識(shí)、化學(xué)研究的過(guò)程和方法；又可以感受到科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，勇于探索、追求真理、不畏權(quán)威、大膽質(zhì)疑甚至不惜生命等優(yōu)秀的思想品德和豐富美好的精神世界；還可以體會(huì)到任何真理都是相對(duì)的，科學(xué)的發(fā)展永遠(yuǎn)不會(huì)停滯，把相對(duì)真理當(dāng)成永遠(yuǎn)不變的教條是違反客觀世界的本來(lái)面目和人類認(rèn)識(shí)的基本規(guī)律的，宋心琦先生說(shuō)[14]：“對(duì)所有的理論或?qū)嶒?yàn)結(jié)論，都應(yīng)當(dāng)承認(rèn)存在不確定性，發(fā)現(xiàn)它們并通過(guò)持續(xù)不斷地探究活動(dòng)，使不確定性不斷降低，正是一切科學(xué)工作的靈魂”，同時(shí)，對(duì)待一位科學(xué)家或科學(xué)事件的評(píng)價(jià)，要放在當(dāng)時(shí)的特定條件下去進(jìn)行歷史的分析，既肯定其功績(jī)，又看到不足，不以偏概全，理解其歷史階段性、局限性，從而發(fā)展學(xué)生正確的世界觀和方法論。

2.利用金屬活動(dòng)性順序整合金屬冶煉的知識(shí)，進(jìn)行STS教育

人類使用不同金屬及金屬材料的先后與金屬冶煉的難易有關(guān)。使化合態(tài)的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)的惟一方式是化學(xué)反應(yīng)，金屬活動(dòng)性是選擇金屬冶煉的反應(yīng)原理和方法的主要依據(jù)。在金屬活動(dòng)性順序中，金屬的位置越靠后，用一般的還原方法就能使其化合態(tài)還原；金屬的位置越靠前，其化合態(tài)越難被還原，活潑的金屬只能用最強(qiáng)的還原手段使其化合態(tài)還原。由此可知，金屬活動(dòng)性是冶金工業(yè)的主要科學(xué)基礎(chǔ)。

在教學(xué)中，學(xué)生對(duì)金屬冶煉的知識(shí)是分散學(xué)習(xí)的。如，在水溶液中實(shí)現(xiàn)的金屬置換法（濕法冶金工藝之一），在高溫下用焦炭還原金屬氧化物的方法（火法冶金工藝之一。還可用氫氣、一氧化碳、鋁等作還原劑），在熔融狀態(tài)或水溶液中通過(guò)電解制備金屬的方法（電冶金工藝）。如果用金屬活動(dòng)性順序把這些零散的知識(shí)進(jìn)行整合，不僅可以將這些看似毫無(wú)關(guān)系的內(nèi)容建立起聯(lián)系、結(jié)構(gòu)化，而且還能夠深化對(duì)STS關(guān)系的認(rèn)識(shí)。上述3種方法和金屬活動(dòng)性順序大致對(duì)應(yīng)，3種方法的還原能力依次增強(qiáng)（后者可以代替前者）。最強(qiáng)的還原手段——電解法是一種普遍適用的方法，其氧化還原能力來(lái)自與物質(zhì)無(wú)關(guān)的外加電勢(shì)，但這不是“天賜”，而是人類智慧和創(chuàng)造力的產(chǎn)物（體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)進(jìn)步的促進(jìn)作用）。那么，為什么電解法并不是冶金工藝的唯一方案呢？這是因?yàn)榭茖W(xué)主要解決的是“可能”的問(wèn)題，而技術(shù)（工藝）不僅要考慮可能，還要考慮“可行”的問(wèn)題（包括資源、能源、環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、成本和市場(chǎng)等），有時(shí)后者起決定性的作用。再者，當(dāng)遇到某種在金屬活動(dòng)順序表中沒(méi)有列入的金屬時(shí)，由其工業(yè)冶煉方法可以猜測(cè)它在表中的大致位置。[2]

這樣，讓學(xué)生在三維內(nèi)容融為一體的金屬冶煉的生產(chǎn)實(shí)際中去學(xué)習(xí)，既可深化對(duì)有關(guān)知識(shí)等的理解，促進(jìn)綜合學(xué)力的建構(gòu)與思維品質(zhì)的煅鑄，又可進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)、技術(shù)與社會(huì)之間的相互關(guān)系。

金屬活動(dòng)性順序猶如一根線將看似毫不相關(guān)的各種金屬聯(lián)接到了一起，揭示了金屬、酸和鹽等物質(zhì)之間變化的關(guān)系、內(nèi)在規(guī)律及社會(huì)價(jià)值，給學(xué)生體會(huì)客觀世界在本質(zhì)上是有秩序的、有規(guī)律的（且這些秩序、規(guī)律是可認(rèn)識(shí)的、有價(jià)值的和可利用的）提供了一個(gè)新的視角。

參考文獻(xiàn)

[1] 嚴(yán)軍.江蘇省中考試卷精選·化學(xué)[M].南京：江蘇人民出版社，2015

[2] 宋心琦.化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革建議之四[J].化學(xué)教學(xué)，2012，（9）：3-4

[3] 武漢大學(xué)，吉林大學(xué)等校編.無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)），3版[M].北京：高等教育出版社，2000：425-445

[4] 傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)等.物理化學(xué)（下冊(cè)），5版[M].北京：高等教育出版社，2006：78-89

[5] 北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室.無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)），4版[M].北京：高等教育出版社，2004：361-370，265-266

[6] 北京師范大學(xué)，華中師范學(xué)院，南京師范學(xué)院無(wú)機(jī)化學(xué)教研室.無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，1984：441-450

[7] 陳菊平.金屬活動(dòng)性順序的探討[J].化學(xué)教育，2015，36（17）：70

[8] 賴軍.Mg—Al—NaOH原電池正負(fù)極探究[EB/OL].http：// wkevent. jse. edu. cn / ntwk / web / works？ worksId =ac715260-e53c-11e3-b12c-0050568e7834， 2014-05-27

[9] 陶亞奇.美國(guó)初中科學(xué)教材《Properties of Matter》中化學(xué)部分的研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2003

[10] 陳花蕊，占小紅.金屬活動(dòng)性順序表的誕生與發(fā)展[J].教學(xué)月刊（中學(xué)版·教學(xué)參考），2011，（4）：36

[11] 吳星，呂琳，張?zhí)烊?中學(xué)化學(xué)疑難辨析[M].南京：江蘇教育出版社，2012：2，155，160

[12] 江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究室.簡(jiǎn)明科學(xué)技術(shù)史[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2001：171，222

[13] 徐敏.元素周期律還能啟示學(xué)生學(xué)到什么[J].化學(xué)教育，2005，26（12）：62

[14] 路甬祥.科學(xué)與中國(guó)—院士專家巡講團(tuán)報(bào)告集（第五輯）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007：104，108