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(dòng)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(dòng)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(qiáng)弱順序也是如此.使得很多學(xué)生認(rèn)為金屬活動(dòng)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(shí)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(duì)金屬活動(dòng)性、元素金屬性、金屬的還原性三者的關(guān)系進(jìn)一步探討和分析.

一、金屬活動(dòng)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(dòng)性

上教版初三《化學(xué)》教材中將金屬活動(dòng)性順序的敘述為人們通過實(shí)驗(yàn)和研究，總結(jié)出常見金屬活動(dòng)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(dòng)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(dòng)性較強(qiáng)的金屬一般可以將位于其后面的金屬?gòu)乃鼈兊柠}溶液中置換出來.

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

表1各金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)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(duì)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(qiáng)，它的單質(zhì)越容易從水中或酸中置換出氫氣，其最高價(jià)氧化物的水化物的堿性越強(qiáng).

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(yáng)離子的趨勢(shì)的大小.判斷元素金屬性強(qiáng)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(duì)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(dòng)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(dòng)性與元素金屬性

金屬活動(dòng)性是用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)來衡量金屬單質(zhì)在水溶液中失去電子形成水合陽(yáng)離子的趨勢(shì).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(yáng)離子的趨勢(shì).從定義中我們可以得出兩者的研究對(duì)象和研究條件不一樣，但都是表示一種失電子的趨勢(shì)，所以我們可以說兩者變化趨勢(shì)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(shì)值看Eθ（Na+/Na）=-2.714 V，Eθ（Ca2+/Ca）=-2.866V，活動(dòng)性順序是Ca>Na.再?gòu)碾婋x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(dòng)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(dòng)性與元素金屬性是兩個(gè)不同概念，所以不可將“金屬活動(dòng)性順序表”簡(jiǎn)稱為“金屬性順序表”.

2.金屬活動(dòng)性與金屬的還原性

根據(jù)金屬活動(dòng)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(qiáng)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(dòng)順序表來推測(cè)金屬的還原性強(qiáng)弱是可以的.

當(dāng)然，此時(shí)討論的金屬活動(dòng)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(shí)Na的還原性強(qiáng)于K，但金屬活動(dòng)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(shí)的金屬的還原性與金屬活動(dòng)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(jìn)行的，所以我們可以借助金屬活動(dòng)性來判斷金屬單質(zhì)還原性的強(qiáng)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(shí)質(zhì)都是失電子，但描述的對(duì)象不同，元素金屬性的對(duì)象是氣態(tài)金屬原子，而金屬的還原性研究對(duì)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?yàn)榻饘賳钨|(zhì)不是原子的簡(jiǎn)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(qiáng)度是影響金屬單質(zhì)性質(zhì)的重要因素.我們決不能只對(duì)比單個(gè)原子的基礎(chǔ)推測(cè)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(qiáng)，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(qiáng)的，這可以根據(jù)表1中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)進(jìn)行判斷，標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)越小，金屬單質(zhì)在水中還原性越強(qiáng).

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(duì)象不同，但實(shí)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.