为什么与氧气反应的难易、与酸反应的快慢不能判断金属的活动性顺序?

教育   2024-12-17 19:37   辽宁  

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小编讲化学

      能否发生反应,反映的是金属的热力学性质(本质属性);反应的剧烈程度(速率)是动力学因素,会受到外界条件如接触面积、浓度等的影响。

金属活动性顺序,既是初中化学知识的重难点,也是中考考查的热点。在课本中,我们已经知道,金属与盐酸或稀硫酸能否反应,可反映出金属的金属活动性相对强弱。
那么,金属与氧气反应的难易程度、金属与酸反应的速剧烈程度(反应快慢)能否判断金属的活动性顺序呢?

   什么是金属活动性顺序?  
首先,我们要清晰什么是“金属活动性顺序”。先看看教材和教参怎么说。

很明显,金属活动性是金属在溶液中反应能力的一种体现,金属与氧气反应的难易程度反映的不是金属活动性,因此,不能依据金属与氧气的反应难易程度得出活动性强弱的结论。教材中使用“活泼”一词来描述结论:


   一个误导许多人的实验  

教学中常有教师和同学用金属与酸反应的快慢(剧烈程度)来判断金属活动性。最常见的例子就是下册教材P.10插图所描述的实验:
依据图中现象或类似实验,很多人据此得出Mg>Zn>Fe的活动性顺序。
那么,金属与酸反应快慢能否判断出金属的活动性顺序呢?

   听人教编辑和专家怎么说  

我们来看两个反常的例子。

例1:将已除去氧化膜的等体积、大小形状相同的Al片和Fe片分别与同浓度稀硫酸反应,实验中发现,Fe片与稀硫酸反应时,表面有较多气泡生成,而Al片与硫酸的反应,只是开始时有极少量气泡产生,但很快便会变慢中止。这与Fe的金属活动性顺序小于Al的事实相悖(铝离子与硫酸根离子形成“笼”状结构,阻碍溶液中的氢离子移动)。
例2:Ca与Na两种金属与稀酸反应,Ca与稀酸反应速率不如Na。这是因为钠的熔点低,反应放出的热就足以使钠熔化,增大了接触面积,加快了其反应速度;另一方面,钙与水或酸反应生成的化合物溶解性较差,覆盖在钙表面也会阻碍反应的进一步发生。
  因此,仅用反应速率作为衡量金属活动性强弱的依据,从严格意义上说是不科学的。

金属活动性顺序并不是按照金属与酸反应的速率来排序的,而是由金属在水溶液体系中形成简单离子时的标准电极电势(E)大小来定量衡量的,金属标准电极电势越小,形成水合离子越容易,就说明越活泼。金属的标准电极电势不仅与金属的电离能有关, 还与金属离子水合时的水合热以及金属原子的升华热等诸多因素有关。

还要强调的是,金属活动性是反应热力学范畴,根据标准电极电势得出的数据;而反应的剧烈程度是反应动力学因素,常常受温度、浓度、金属颗粒大小(表面积)、金属纯度、是否形成原电池、生成物的溶解性、氧化膜形成、氢原子脱附(超电势)等等众多因素有关。

综上所述,教材P.10插图所描述的实验只能得出Mg、Zn、Fe的活动性都大于Cu!

  小贴士    在比较金属活动性时,我们通常稀硫酸、稀盐酸这类的非氧化性酸,实验时要使用同一种酸且浓度一致。具有氧化性的酸,如浓硝酸,铝和铁放置在其中,会发生钝化,而铜则能轻易的与浓硝酸发生反应。 

   如何判断金属的活动顺序?  

在许多习题中,我们常看到以下四种判断金属活动性的方法:

a.与氧气反应的容易程度(×

b.能否与酸反应(
c.与酸反应的速度快慢(×
d.能否将另一种金属从其盐溶液中置换出来(
如前文所述,a和c都是不准确的,金属活动性是金属在水溶液中的性质;反应的剧烈程度不能判断活动性。


教材中这个实验,能得到的准确结论是:镁、锌、铁都是较活泼的金属,能置换酸中的氢,。它们都比铜活泼。
附:人教专家讲座截图

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