從化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的角度理解金屬活動(dòng)順序表

晏富強(qiáng)

摘 要：金屬元素及其化合物的性質(zhì)在高中化學(xué)中占有很重要的地位，在現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)金屬的使用也隨著人類社會(huì)的發(fā)展越來越廣泛。金屬活動(dòng)順序的知識(shí)點(diǎn)是學(xué)習(xí)和應(yīng)用的重點(diǎn)，同時(shí)又是高考的重要考點(diǎn)。學(xué)生在理解和應(yīng)用金屬活動(dòng)順序表時(shí)存在許多問題，教師要從化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的角度幫助學(xué)生理解和建構(gòu)金屬活動(dòng)順序表，改變學(xué)生原有學(xué)習(xí)金屬活動(dòng)順序表知其然而不知其所以然的死板學(xué)習(xí)方式。

關(guān)鍵詞：金屬活動(dòng)順序表；化學(xué)；學(xué)科素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2018）31-0088-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.31.051

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，俄國化學(xué)家貝開托夫在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)研究之后形成的金屬活動(dòng)性順序表[1]。金屬活動(dòng)性順序表大體上是按照298K時(shí)，金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子形成低價(jià)離子時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)順序排列的，因此金屬活動(dòng)性順序規(guī)律的應(yīng)用只適用于水溶液中，而不適用于其他非水體系。

一、建立知識(shí)模型理解金屬活動(dòng)順序表的應(yīng)用

在學(xué)生學(xué)習(xí)金屬活動(dòng)順序表的過程中，利用金屬活動(dòng)順序表為模型，也可以把金屬及其化合物的性質(zhì)或物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律總結(jié)進(jìn)來。以K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au為先后順序：

規(guī)律1，能否與非氧化性酸置換出H2：氫前的金屬能置換出H2 ，氫后的金屬不能置換出H2。

規(guī)律2，能否從水溶液中置換后面金屬：鈉和鈉以前的金屬單質(zhì)和水反應(yīng)生成H2就不能置換成后面的金屬，鈉以后的金屬單質(zhì)就能。

規(guī)律3，常溫下能否和水反應(yīng)：常溫下鎂和鎂以前的金屬單質(zhì)能和水反應(yīng)生成氫氣和金屬的氫氧化物，鎂以后的金屬單質(zhì)就不能。

規(guī)律4，金屬冶煉：K Ca Na Mg Al用電解熔融化合物法，Zn Fe Sn Pb Cu用（CO、 H2 、C等）熱還原法，Cu Hg Ag用熱分解法，Pt Au在自然界以單質(zhì)的形式存在。

規(guī)律5，堿性強(qiáng)弱：K Ca Na的氫氧化物是強(qiáng)堿，鎂以后金屬的氫氧化物為弱堿。

規(guī)律6，堿的溶解性：K Ca Na的氫氧化物是可溶，鎂以后的金屬的氫氧化物為難溶

規(guī)律7，堿性氧化物和堿之間轉(zhuǎn)化：K Ca Na金屬的堿性氧化物和水反應(yīng)生成堿，堿不能分解堿性氧化物；鎂以后的金屬的堿性氧化物不能和水反應(yīng)生成堿，堿能分解生成堿性氧化物和水。

規(guī)律8，硝酸鹽的分解：K Ca Na的硝酸鹽分解產(chǎn)物是亞硝酸鹽和氧氣，Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu的硝酸鹽分解產(chǎn)物是金屬氧化物、二氧化氮和氧氣，Hg Ag Pt Au的硝酸鹽分解產(chǎn)物是金屬單質(zhì)、二氧化氮和氧氣。

二、金屬活動(dòng)順序表中體現(xiàn)出的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)

學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)由實(shí)際的課程學(xué)習(xí)活動(dòng)獲得。而金屬活動(dòng)順序表是高中化學(xué)金屬及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用的重點(diǎn)知識(shí)，學(xué)生從化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的角度可以深入理解這部分知識(shí)。

（一）建立科學(xué)平衡思想和變化觀念

學(xué)生通過學(xué)習(xí)金屬活動(dòng)順序表的知識(shí)，了解到金屬之間的置換是有條件的，需要遵循一定的規(guī)律，也能理解到化學(xué)變化是有一定限度。如某些特殊的反應(yīng)在水溶液中根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表判斷不能發(fā)生，但實(shí)際高溫熔融狀態(tài)下卻可以發(fā)生，而且在生產(chǎn)有重要的作用。用KCl 和 Na 在高溫下反應(yīng)制備鉀的反應(yīng)為 ：Na（l）+KCl（l）?NaCl（l）+K（g），，由于鉀的沸點(diǎn)低于鈉的沸點(diǎn)，鉀以氣體形式脫離反應(yīng)體系使該反應(yīng)能夠進(jìn)行。又因單質(zhì)鉀的沸點(diǎn)K 比鈣的（1712K）低 ， 故這個(gè)反應(yīng)2KF+CaC2[][1273～1428k]CaF2+2K↑+2C能向右進(jìn)行。由此可見金屬熱還原反應(yīng)中生成物某一組分在所采用的溫度范圍內(nèi)以氣體形式脫離反應(yīng)體系，反應(yīng)就會(huì)向著壓力減小方向進(jìn)行。

（二）強(qiáng)化知識(shí)的宏微結(jié)合

金屬活動(dòng)順序表學(xué)習(xí)過程中要注重知識(shí)的宏性質(zhì)與微結(jié)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，主要是指在觀察過程中明確物質(zhì)化學(xué)變化的宏觀現(xiàn)象，并以此為基礎(chǔ)探究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)方面微觀知識(shí)內(nèi)容。如第三周期Na Mg Al三種金屬活動(dòng)性比較時(shí)，可從原子結(jié)構(gòu)和元素周期律角度去解釋；也可從第一電離能角度去比較。但是Ca和Na活動(dòng)性比較時(shí)就要用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比較，Ca 的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為 EOCa2+/Ca=-2.866V，Na為 EONa+/Na= -2.714V。因此，在水溶液中，Ca形成離子的趨勢(shì)大于Na，在熱力學(xué)金屬活動(dòng)順序表中 Ca要排在Na的前面 [2]。

（三）注重實(shí)驗(yàn)探究

化學(xué)本身就是建立在化學(xué)實(shí)驗(yàn)上形成的重要學(xué)科，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過程中提升自身的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法。根據(jù)表可知氧化性Cu2+>Fe2+，學(xué)生根據(jù)學(xué)過只是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，方案如下：（1）向CuSO4溶液中插入Fe釘，（2）向FeSO4和 CuSO4混合溶液中插入Zn片，（3）將Fe板和Cu板用導(dǎo)線連接出入裝有稀硫酸的燒杯中，（4）同時(shí)用惰性電極電解FeSO4和 CuSO4混合溶液。學(xué)生分別應(yīng)用了氧化還原的知識(shí)和電化學(xué)的知識(shí)，再通過實(shí)驗(yàn)操作，既加深對(duì)學(xué)過知識(shí)的理解，又提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力也得到提升。

（四）培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任

根據(jù)金屬活動(dòng)順序表我們知道，金屬越活潑越不易冶煉；在歷史的長河中金屬冶煉水平的提升都促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。我國在公元前3000年前掌握了青銅冶煉技術(shù)，雖然比西方國家晚1000年，但我國的煉銅技術(shù)后來居上，現(xiàn)存世的司母戊大方鼎是我國煉銅技術(shù)達(dá)到當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平的產(chǎn)物。我國古代道士在煉丹過程中得到水銀，“丹砂燒之成水銀，積變又成丹砂”，是指加熱時(shí)丹砂（HgS）熔融得到水銀和SO2。今天我國鋼鐵的產(chǎn)量位居世界第一，在特種鋼材冶煉方面也達(dá)到世界先進(jìn)水平；鋁的冶煉也處于世界先進(jìn)行列?，F(xiàn)代化的建設(shè)離不開金屬材料，在金屬的冶煉方面我國也在不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 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.

[2] 湯若平.鈉與鈣的金屬活動(dòng)性順序如何排列[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007（4）：36.