钠和钙的金属活动性顺序如何排列

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“钾钙钠镁铝锌铁锡铅氢铜汞银铂金”，这是中学化学教学中要求学生记忆的金属活动性顺序表。显 而易见，钙的金属活动性比钠要强。通常我们会认 为，金属活动性极强的钾、钙、钠单质都能与水发生非常激烈的化学反应，同时也可能会认为在这三者中， 金属活动性越强的，在相同条件下，与水反应就越激烈。事实上，将一小块的金属钾投入水中，的确钾就能与水发生爆炸性的反应。但是，当我们将两块大小相同的金属钠和金属钙分别投入两个盛有水的烧杯里，却会发现钠与水反应非常剧烈，并且钠熔成小球浮在水面，迅速游动，甚至能使产生的氢气燃烧起来； 钙虽能与水反应，但不及钠剧烈，并且钙沉于底部。 从实验现象看，钠比钙要活泼得多，那么，为什么不在金属活动性顺序中把钠排在钙的前面，反而把钙排在钠的前面呢?

要说明这个问题，我们必须了解金属活动性顺序是依据什么进行排列的。其实，金属的活动性顺序并不是按金属与水反应的激烈程度来排列的，而是依据金属的标准电极电势的高低来排位的。某金属的标准电极电势的代数值越小，该金属原子变成水合离子就越容易，说明它就越活泼。Ca的标准电极电势是 一2.76 V，Na的标准电极电势是一2.71 V，故Ca比 Na容易变成水合离子，Ca比Na活泼，因此钙在金属活动性顺序表中排在钠的前面，而不是排在钠的后面。

金属的标准电极电势是反映金属在酸溶液中失去电子转化为水合离子过程中能量变化的参数。为什么Ca的标准电极电势比Na的标准电极电势的代数值要小呢?这又要从影响金属标准电极电势大小的因素来分析。单从能量变化的角度来看，金属的标准电极电势与金属的电离能(亦称电离势)、升华热以及水合能等因素有关。这三种能量的总和，才是金属变成水合离子的能量变化。这种能量变化的代数值越小，则相应的标准电极电势也越低，金属就越活泼。 Na的升华热是109 kJ／mol，电离能是496 kJ／mol，水 合能是一420 kJ／mol；Ca的升华热是178 kJ／mol，电离 能是590 kJ／mol，水合能是一1 615 kJ／mol。从这些数据可知，导致钙的标准电极电势比钠的标准电极电势 更低或者说钙比钠的金属活动性要强的主要原因是钙离子的水合能比钠离子的水合能大得多。Ca的水合能将近是Na 的四倍。为什么Ca 的水合能比 Na 的水合能大呢?这与离子半径、离子所带的电荷有关。通常，同族元素的离子半径越大，水合能越小； 大小相仿的离子，高价离子的水合能比低价离子的水合能大得多。Na +的半径(0．95A)与Ca2+的半径 (0．98A)相近，Na+ 所带的电荷是+1，Ca2+所带的电荷是+2，所以，Ca2+与水分子的结合能力比Na +强， 因而Ca 2+的水合能比Na +的水合能更大，也就使 Ca2+比Na +更容易形成水合离子。

那么，对上述金属钠、钙分别与水反应时表现出 不同的实验现象又作何种解释呢?由于Ca的熔点高 (845 。C)，Na的熔点低(97．9 。C)，钠与水反应时放 出的热量足以使钠熔化成液体，而钙与水反应时放出 的热量不足以使钙熔化，显然，固体与水接触的几率 不如液体。另外，钙的密度(1．54 g／cm3)比钠的密度(0．97 g／cm3 )大，在反应中钠浮在水的表面，钙沉于水底，加上产物Ca(OH)2在水中溶解性较NaOH 小得多，Ca(OH)2覆盖在钙的表面上，这几种因素都使钙与水反应进行得较慢，因而造成一种钠比钙更活泼的假象。

值得一提的是，金属的活动性和金属性是不同的两个概念，有的学生往往会把它们混为一谈。一般地说，金属元素的金属性是指金属原子在化学反应中失去电子成为阳离子的性质。衡量金属性的强弱是元素的第一电离能。金属的电离能越大，金属性越弱， 失去电子的能力越弱；金属的电离能越小，金属性越 强，失去电子的能力越强。金属的活动性是表示金属 在水溶液中(严格地说应是在酸溶液中，且在标准状态下)还原能力的强弱，它是以金属的标准电极电势 为依据的。需要注意的是电离能的大小只衡量气态原子失去电子变为气态阳离子的难易程度，而电极电 势的高低是金属在水溶液中形成阳离子趋势大小的标志。从金属性来看，钙比钠要弱，因为钠的第一电 离能是496 kJ／mol，而钙是590 kJ／mol；从金属活动性来看，钙比钠要活泼。因此，金属的活动性与金属性不一定相一致，切不可把这两个不同的概念划上等号。

参考文献 1杨德壬，季文德．中学化学教师手册[M]．上海：上海教育 出版社，1985：272—373．