金属的活泼性与电极电势的关系

金属的活泼性与电极电势的关系

摘要；根据电极电势可以判断，氧化剂和还原剂，氧化剂和还原剂的强弱，金属活泼性的强弱，氧化还原反应的进行方向。

关键词；金属，电极电势。氧化剂和还原剂

1． 金属

远古代的人类从使用石器到开始掌握金属工具大约经过了几十万年的岁月，世界上个古老的文化发源地在使用和治炼金属的历史上都铜先与铁。这是一个普遍的规律，因为有以下方面的原因。

（1 ）自然界铜天然存在的，可是几乎没有天然铁。

（2）铜矿石比铁矿石容易察觉和识别的，虽然在地表中铁的含量远远高于铜，铁矿石对古代的人来说难以识别的。可是铜矿石绿色，深蓝色和颜色鲜艳为主的，极易引人注目并且铜天然存在

在古代的技术条件下炼铜比炼铁很容易，因为氧化铜类型的铜矿容易被木炭还原的，又金属铜的熔点比金属铁的熔点低，（《铜的熔点为1083C。铁的熔点为1537C》）

就这样在化学的历史过程中人类先后发现铜，铁，银，铅，锌………………等等金属。 一般来说在常温下金属具有金属光泽，导电和导热，延展性，密度较大，熔点较高的特点。 很多金属不能容易发生氧化还原反应，可是在莫中条件下与盐酸或稀硫酸反应。金属与或稀硫酸是否发生反应以及发生反应的剧烈程度，可以用金属的活泼性来反映金属的活泼性程度。

2金属的活泼性

简单的说金属的活泼性一般指的是金属与盐酸或稀硫酸反应是否置换出氢气的程度，例如；

ZN+HCI=ZNCI+H2;; AG+HCI= 不发生反应

ZN+HCI=ZNCI+H2; CU+（稀）H2SO4=不发生反应

因此说金属铁（TE）比金属银活泼，金属锌比金属铜活泼，但是应该要注意金属的这些活泼性有时也受到莫中条件印象，这根据试验结果来证明的，因此金属的活泼性之间有差别，由于金属的活泼性之间有差别就产生金属的活泼性顺序。

3.金属的活泼性顺序

在中学化学课程中使用的金属的活泼性顺序是如下的；

K,CA,NA.MG,AI,ZN,TF,SN,PB,(H)CU,HG,AG,PT,AU

金属的活泼性顺序就能表示从钾（K）到金（AU）金属的活泼性减弱。根据金属的活泼性顺序还可以判断以下依据；

在金属活泼性顺序里金属的位置越靠前该金属的活泼性越强，如果金属的位置越靠后该金属的活泼性越弱。本质上金属的活泼性指的是金属的氧化还原能和氧化还原能的强弱，例如； 2K+2H2O=2KOH+H2（很剧烈） 2NA+2H2O=2NAOH+H2(剧烈)

MG+2H2O-热水MG(OH)2+H2

2AI+6H2O=2AI(OH)3+3H2 MGCI+NA=2NACI+MG

ZN+CUCI=CU+ZNCI

上述提起的金属的活泼性具有莫中条件和相对与金属的电极电势有关的

4．电极电势以及电极电势的产生

以电极电势和它的产生为例铜锌原电池来说明。

金属是由金属键构成的，在金属晶体当中有金属原子，金属离子和自由电子。 当把金属片放入该金属的溶液中时就能出现如下的两种情况。

（1） 金属晶体表面上失去电子而进入溶液，本身带上负电的情况，如这金属越活

泼发生这种情况的倾向就越大。

（2） 溶液中的金属离子从金属表面上获得电子而沉积在金属表面上，本身带上正

电的情况如这金属越不活泼发生这种情况的倾向就越大。

在铜锌原电池中锌电极上的锌金属在溶液中失去电子变成锌离子进入溶液，本身带上负电，在锌金属附近的溶液带上正电，因此锌金属和锌溶液之间就能产生电势差，该电势差就是金属锌的电极电势。在锌电极上发生的是失去电子的氧化反应在原电池中发生氧化反应的极称为负极。所以锌极就是铜锌原电池的负极，负极发生的反应是失去电子的氧化反应，反应式为 ；

负极 ZN=ZN+2E

在铜极上铜的溶液中的铜离子在铜金属的表面获得电子变成铜金属而沉积在铜金属表面，并且本身带上正电，铜金属附近的溶液带上负电。因此铜金属和铜的溶液之间就能产生电势差，该电势差就是铜金属的电极电势，铜极中发生的反应获得电子的还原反应。在原电池中发生还原反应的极称为正极。所以铜极就是铜锌原电池的正极，正极发生的反应是获得电子的还原反应。反应式为；

正极 CU+2+2E=CU

在物理学上规定，正极电势高于负极的电势，电流从正极流向到负极，应该要注意任何一个氧化或还原反应都可以生成半电池反应。所以在铜锌原电池的两个半电池反应用导线连同时由于两极有电势差，电子从锌极流向到铜极发生氧化还原反应。

由于任何一个电化学装置都是电解液和电解两个基本组成的，并且任何一个氧化还原反应都必须生成原电池，铜锌原电池也就是一个氧化还原反，铜锌原电池发生的氧化还原反式为；ZN+CU+2=ZN+2+CU

一般用电池符号来表示原电池反应，例如；

（-）ZN/ZN+2//CU+2/CU(+) 符号中的《/》表示电极与溶液的界面，《//》表示盐桥，负极写在左边，正极写在右边，如溶液中离子的浓度1MOL/L时不写浓度，其他浓度时必须要标出来的 。

对原电池重的溶液的浓度1889年能斯特提出能斯特方程式并从热力学中导出了电极电势与溶液浓度的关系式。

5标准电极电势

电极电势的绝对值无法测定的，只能选定莫种电极作为标准其它电极之比较求得电极电势的相对值。通常选定的标准氢电极电势，1973年皮革勒斯指出即指定氢气压是为101.325kpa和氢离子浓度1mol/L时标准电极电势的电势在任何温度下等于零

即； H-2（PH2=101.325kpa）/H+(aH+=1) P=H+/h2=0.000v

当某种半电池与标准氢电极电势相连时该半电池反应的电极电势正值或者是负值，例如；测得半电池CU(1MOL/L)/CU (298K)与标准氢电极电势相连时正极的电动势为0.34V因此P0（CU+2/CU）=+0.34V 因为 半电池的电动势等于正极电极电势与负极电极电势之差；E=P+-P-。

下面的根据标准氢电极电势得到的金属的标准电极电势

K+/K K+ +e-=k P0=-2.924

Ca2+/Ca Ca2+ +2e-=Ca P0=-2.76

6.电极电势与物质的氧化还原能力的关系。

根据金属的活泼性顺序可以知道从钾到金金属的还原能力减弱，氧化能力增强。从上述的金属电极电势数值也可以知道从钾到金，金属的电极电势数值也增大。根据这两个规律可以推到

电极电势数值越大还原态物质的还原能力越弱，氧化态物质的氧化能力越强，氧化态物质就是强的氧化剂。

7.电极电势与氧化还原反应方向的关系

氧化还原反应进行的方向根据较多因素有关的，例如；反应物的浓度，介质的酸度和温度等等，可是这些因素存在时内部因素还是引起主要的作用。

在外部因素或者是外部条件不变的情况下，反应进行的方向与氧化态物质和还原态物质本身有关。发生氧化还原反反应的方向是强或较强氧化态物质和强或较强还原态物质相互作用生成弱氧化态物质和较弱还原态物质的方向进行，例如；

强氧化钛物质+强还原态物质=弱氧化态物质+弱还原态物质

（1） (2) (2) (1)

是否强弱氧化剂或者强还原剂可以判断根据电极电势的数值。

电极电势的数值大的氧化态物质是强的氧化剂，电极电势的数值小的还原态物质强还原剂。

在标准状态下电极电势的数值大的氧化态物质能氧化电极电势的数值小的还原态物质。由于氧化还原反应是可组成两个半电池反应，反应物的还原态物质作为负极，氧化态物质作为正极，负极电极电势的数值小为负，正极电极电势的数值大为正由于电子从电极电势的数值小极流向电极电势的数值大极自发进行的，所以负极的还原态物质能自发的还原正极的氧化态物质，因为原电池的电动势大于零的（E.>0），所以反应能自发

2+2+的向右进行；例如；；判断反应；ZN+CU=ZN+CU是否自发进行？反应方向？

证；反应物还原态物质作为负极，

（—） ZN2+ +2E=ZN

反应物氧化态物质作为正极；

（+） CU2+ +2E=CU

负极的电极电势的数值为 P0 ZN2+/ZN=-0.763V

正极的电极电势的数值为 P0CU2+/CU=+0.340V

电池的电动势为E=P+-P- E=0.340-(-0.763)=1.103V

因为电池的电动势E为=1.103V并E大于零 所以反应能自发进行的

+ZN+CU2 →ZN2++CU 反应方向是向右进行的

8. 金属的活泼性顺序与电极电势的关系

现在中学化学课程中使用的金属的活泼性顺序基本上根据金属在水的溶液中形成的低价离子的电极电势排列的 。现代使用的金属的活泼性顺序如下的；

K CA NA MG AI ZN TF SN PB (H)CU HG AG PT AU

还原性减弱

在金属的活泼性顺序能容易看得出来钙比钠活泼，钙和钠于水的反应中我们发现钠与水反应置换出氢气比钙与水反应置换出氢气的很剧烈。因此常常学生认为钠比钙活泼。可是

2++钙的标准电极电势小于钠的标准电极电势（ca/ca=-2.76，na/na=-2.711），并且钙的形

成水化离子的趋向比钠形成水化离子的趋向大的 ，因此钙的水化热能比钠的水化热能大的多。

根据电极电势排列的金属的活泼性顺序只能表示，氧化剂和还原剂的强弱，氧化还原反应进行的方向和可能性 ，而不能表示反应进行的快慢，并且电极电势受到条件的限制。 为了正确的认识金属的活泼性顺序与电极电势的关系要注意如下的几个方面；

（1），金属的活泼性顺序只能表示在标准状态下的金属单质的活泼性 ，

例如；铬和铝.纯的铬比铝活泼。可是铬在空气中形成氧化膜因而导致铬的活泼性大量减弱；又例如；温度在25C0时大气压.101kpa时氢离子的浓度的为1MOL/L时氢分子在浓度为1MOL/的铜溶液中能置换出铜金属。因为铜的电极电势和氢的电极电势为 P0 H/H= 0.000V . P CU-/CU = 0.337

但是浓盐酸与铜金属在加热的条件下把氢气置换出的。反应式 CA +HCI CU(CI)2-+H2

这反应进行的原因是随亚铜离子形成配合物而导致亚铜离子的浓度下降。并引起铜的电极电势值变小 。 所以铜能置换出氢气。

（2）金属的活泼性顺序是金属在水的溶液中形成简单离子的活泼性 因为金属的活泼性顺序是根据金属在水的溶液中形成简单离子时的电极电势而排列的 例如；

水的溶液中铜把银离子能置换出来的。可是在氰化钾溶液中银把原电池中的铜离子置换出来的。银和氰化钾溶液的半电池与铜和铜的溶液的半电池形成的原电池中银极上生成的离子把铜离子能还原的，银极上的银离子被氰离子形成难溶配合物 （AG(CN)-2）同时银离子浓度下降，因此导致氰化银电势的变小（变负）如；

P0=AG+/AG=0.7996V P0AG/AG=-0.31V

由于氰化银电势值比铜的电势值小的多，银把铜离子置换出来的

所以根据电极电势值排列的金属的活泼性顺序具有某种条件的限制和具有相对的。改变条件电极电势发生改变而印象金属的活泼性顺序。

参考书 ；；高等师范院校试用教材 无机化学 。。1987年出版的

高等教育插板式 化学通史 1990年出版的

高等师范专科学校教材物理化学 1997年出版的