金属活动性顺序

黄金历经千年不锈不腐，铁器放置数日便锈迹斑斑，钠块遇水瞬间剧烈反应——这些截然不同的表现背后，隐藏着一条贯穿金属化学的核心规律：金属活动性顺序。科学家通过大量实验，将常见金属按照化学活泼性由强到弱排成一列，这张“顺序表”能帮助我们判断金属能否与酸反应、能否将另一种金属从盐溶液中置换出来，是理解金属化学行为最重要的工具之一。

金属活动性顺序表

经过长期实验积累，化学家总结出了常见金属的活动性顺序，从左到右活动性依次减弱：

K \; Ca \; Na \; Mg \; Al \; Zn \; Fe \; Ni \; Sn \; Pb \; \underline{H} \; Cu \; Hg \; Ag \; Pt \; Au

表中的氢（ $H$ ）并不是金属，但它是判断金属能否与酸反应的“分界点”。排在氢前面的金属能与稀盐酸或稀硫酸反应放出氢气，排在氢后面的金属则不能。

为了便于记忆，中国学生广泛使用以下口诀：

“钾钙钠镁铝，锌铁镍锡铅，氢铜汞银铂金”

每个字对应一种金属，顺序与活动性顺序完全一致，从左到右活动性逐渐减弱。

例题

下列金属：铜（ $Cu$ ）、锌（ $Zn$ ）、银（ $Ag$ ）、铁（ $Fe$ ）——按照金属活动性由强到弱排列，正确顺序是什么？

根据金属活动性顺序表，这四种金属在顺序中的位置为：

\cdots \; Zn \; Fe \; \cdots \; Cu \; \cdots \; Ag \; \cdots

所以由强到弱的顺序为： $Zn > Fe > Cu > Ag$ 。

规律一：金属与酸的反应

排在氢（ $H$ ）前面的金属，能与稀盐酸（ $HCl$ ）或稀硫酸（ $H_2SO_4$ ）反应，生成相应的盐和氢气；排在氢后面的金属，不能与这两种酸反应。

镁与稀盐酸

镁（ $Mg$ ）排在顺序表的前列，活泼性强，与稀盐酸反应极为剧烈，产生大量气泡：

Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow

锌与稀硫酸

锌（ $Zn$ ）与稀硫酸反应速度适中，是实验室制备氢气最常用的反应：

Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow

锌片逐渐溶解，溶液中持续产生气泡， $ZnSO_4$ 溶液为无色透明。

铁与稀盐酸

铁（ $Fe$ ）与稀盐酸反应相对缓慢，溶液变为浅绿色（生成 $FeCl_2$ ）：

Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow

铜与稀盐酸——不反应

铜（ $Cu$ ）排在氢的后面，将铜片放入稀盐酸中，铜片表面无气泡产生，铜不溶解，溶液颜色无变化。这直接证明了铜不与稀盐酸反应。

金属活动性顺序的第一条规律：排在氢前面的金属能与稀盐酸或稀硫酸反应，生成盐和氢气；排在氢后面的金属不能与这两种酸反应。金属越靠左，与酸的反应越剧烈。

例题

将等质量的镁片和铁片分别放入足量稀盐酸中，充分反应后，哪种金属产生的氢气更多？写出各自的反应方程式进行比较。

镁与稀盐酸的反应：

Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow

铁与稀盐酸的反应：

Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow

规律二：金属与盐溶液的反应

除了与酸反应，金属活动性顺序还能帮助我们判断金属能否与盐溶液发生置换反应。规律是：排在前面（活动性较强）的金属，能把排在后面（活动性较弱）的金属从其盐溶液中置换出来。

铁置换铜

将铁片（ $Fe$ ）放入蓝色的硫酸铜溶液（ $CuSO_4$ ）中，铁片表面逐渐出现红色固体（铜），溶液蓝色变浅并变为浅绿色。

Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu

铁（ $Fe$ ）排在铜（ $Cu$ ）前面，所以铁能置换铜，结果符合预期。

铜置换银

将铜丝放入无色的硝酸银溶液（ $AgNO_3$ ）中，铜丝表面出现银白色固体（银），溶液由无色变为蓝色（生成 $Cu(NO_3)_2$ ）。

Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag

铜（ $Cu$ ）排在银（ $Ag$ ）前面，所以铜能置换银，符合规律。

铜不能置换铁

将铜片放入硫酸亚铁溶液（ $FeSO_4$ ）中，铜片表面无变化，溶液颜色不改变。这说明铜的活动性弱于铁，排在铁的后面，所以铜不能将铁从盐溶液中置换出来。

使用“活泼金属置换不活泼金属”这条规律时，有两点必须注意：第一， $K$ 、 $Ca$ 、 $Na$ 等极活泼金属放入盐溶液中，会优先与水发生剧烈反应，而不是直接置换盐中的金属，所以这条规律对 $K$ 、 $Ca$ 、 $Na$ 不适用；第二，参与反应的盐必须是可溶盐（能溶于水形成溶液），不溶盐不能参与这类置换反应。

例题

向含有 $Cu(NO_3)_2$ 和 $AgNO_3$ 的混合溶液中加入足量铁粉，充分反应后过滤。分析过滤后固体和滤液的成分。

铁（ $Fe$ ）排在铜（ $Cu$ ）和银（ $Ag$ ）的前面，活动性： $Fe > Cu > Ag$ 。

用实验来比较金属活动性

面对两种未知金属，怎样通过实验判断哪个活动性更强？以下是常用的三种实验方法。

在实际判断中，往往需要综合多个实验结果才能确定两种金属的活动性强弱。单一实验的证据有时不够充分，多种方法相互印证才能得出可靠结论。

例题

现有三种金属 $A$ 、 $B$ 、 $C$ ，进行以下实验：① 将 $A$ 放入 $B$ 的盐溶液中， $A$ 表面无变化；② 将 $C$ 放入 $B$ 的盐溶液中， $C$ 表面出现 $B$ ；③ 将 $A$ 放入稀盐酸中，有气泡产生。根据以上信息，判断三者活动性的强弱顺序。

由实验①， $A$ 不能置换 $B$ ，说明 $A$ 的活动性弱于 $B$ ，即 $B > A$ 。

由实验②， $C$ 能置换 $B$ ，说明 $C$ 的活动性强于 $B$ ，即 $C > B$ 。

由实验③， $A$ 能与稀盐酸反应，说明 $A$ 排在氢之前，具有一定活动性。

综合三条信息： $C > B > A$ ，且 $A$ 排在氢之前。

金属活动性顺序在生活中的体现

金属活动性顺序不只是化学课本里的规律，在日常生活和工业生产中有着广泛而直接的应用。

为什么黄金千年不腐？

金（ $Au$ ）排在活动性顺序的最末端，化学性质极其稳定，不与氧气、水、稀盐酸、稀硫酸发生反应，因此黄金文物历经数千年仍然光亮如新。这也是黄金被选作货币和首饰的重要原因之一。

为什么铁制品需要防锈？

铁（ $Fe$ ）排在顺序表的中间位置，化学活动性中等，在空气和水的共同作用下会缓慢氧化生锈。铁锈（主要成分 $Fe_2O_3$ ）疏松多孔，不能阻止内部铁继续腐蚀，因此铁制品需要刷漆、镀锌或镀铬来隔绝空气和水分，延缓锈蚀。

镀锌铁皮的保护原理

白铁皮（镀锌铁）是在铁板表面镀一层锌（ $Zn$ ）。由于锌（ $Zn$ ）排在铁（ $Fe$ ）前面，活动性更强，当镀层局部破损时，锌会优先被腐蚀，从而保护内部的铁不被腐蚀——这种保护方式称为“牺牲阳极保护法”，正是金属活动性顺序在防腐领域的直接应用。

练习题

选择题

第一题　下列金属中，不能与稀盐酸反应生成氢气的是（　　）

A. 锌（ $Zn$ ）

B. 铁（ $Fe$ ）

C. 铜（ $Cu$ ）

D. 镁（ $Mg$ ）

第二题　将铜片分别放入下列溶液中，铜片表面能出现新固体的是（　　）

A. 稀盐酸（ $HCl$ 溶液）

B. 硫酸亚铁溶液（ $FeSO_4$ 溶液）

C. 硝酸银溶液（ $AgNO_3$ 溶液）

D. 硫酸锌溶液（ $ZnSO_4$ 溶液）

答案：C

铜（ $Cu$ ）能将活动性比它弱的金属从盐溶液中置换出来。银（ $Ag$ ）排在铜的后面，活动性弱于铜，所以铜能置换 $AgNO_3$ 溶液中的银，铜丝表面出现银白色固体（C 正确）。铜不与稀盐酸反应（A 错误）；铁（ $Fe$ ）排在铜前面，铜不能置换铁（B 错误）；锌（ $Zn$ ）排在铜前面，铜不能置换锌（D 错误）。

第三题　现有铁（ $Fe$ ）、铜（ $Cu$ ）、银（ $Ag$ ）三种金属，向含有 $Cu(NO_3)_2$ 溶液的烧杯中加入一定量铁粉，充分反应后过滤，得到固体和滤液。下列说法一定正确的是（　　）

A. 滤液中一定含有 $Fe(NO_3)_2$ 和 $Cu(NO_3)_2$

B. 固体中一定含有铜（ $Cu$ ），可能含有铁（ $Fe$ ）

C. 固体中一定含有铜（ $Cu$ ）和铁（ $Fe$ ）

D. 滤液中一定不含 $Fe(NO_3)_2$

答案：B

铁与硫酸铜发生置换反应： $Fe + Cu(NO_3)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + Cu$ 。固体中一定含有被置换出来的铜（ $Cu$ ）；若铁过量，固体中还会含有剩余铁（ $Fe$ ）；若铁不足，固体中只有铜（B 正确）。滤液中一定含有 $Fe(NO_3)_2$ （铁溶解生成），若铁不足则 $Cu(NO_3)_2$ 可能有剩余，若铁足量则 $Cu(NO_3)_2$ 全部被消耗（A 不一定正确，D 错误）；若铁不足，固体中不含铁（C 不一定正确）。

第四题　现有甲、乙、丙三种金属，进行如下实验：将甲放入乙的硫酸盐溶液中，甲表面无变化；将丙放入乙的硫酸盐溶液中，丙表面出现乙；将甲放入稀盐酸中，有气泡产生。以下关于三种金属活动性强弱的判断，正确的是（　　）

A. 甲 $>$ 乙 $>$ 丙

B. 丙 $>$ 甲 $>$ 乙

C. 丙 $>$ 乙 $>$ 甲

D. 乙 $>$ 甲 $>$ 丙

计算题

第五题　将 $6.5\,\text{g}$ 锌粒加入足量稀硫酸中，锌完全溶解，生成硫酸锌（ $ZnSO_4$ ）和氢气。试计算：

（1）参与反应的稀硫酸中 $H_2SO_4$ 的质量是多少？

（2）理论上可生成氢气多少克？

（已知： $Zn$ 的相对原子质量为 $65$ ， $H$ 为 $1$ ， $S$ 为 $32$ ， $O$ 为 $16$ ）

解题过程：

写出反应方程式及各物质的相对质量：

Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow

65 \quad\quad 98 \quad\quad\quad\quad\quad 2

$Zn$ 的相对原子质量为 $65$ ； $H_2SO_4$ 的相对分子质量为 $2 + 32 + 16 \times 4 = 98$ ； $H_2$ 的相对分子质量为 $2$ 。

第（1）问：

设参与反应的 $H_2SO_4$ 质量为 $x$ ：

\frac{6.5\,\text{g}}{x} = \frac{65}{98}

x = \frac{6.5\,\text{g} \times 98}{65} = 9.8\,\text{g}

第（2）问：

设生成氢气的质量为 $y$ ：

\frac{6.5\,\text{g}}{y} = \frac{65}{2}

y = \frac{6.5\,\text{g} \times 2}{65} = 0.2\,\text{g}

答：参与反应的 $H_2SO_4$ 质量为 $9.8\,\text{g}$ ；理论上可生成氢气 $0.2\,\text{g}$ 。

第六题　将一定质量的铁粉加入 $200\,\text{g}$ 硝酸铜溶液（ $Cu(NO_3)_2$ 质量分数为 $9.4\%$ ）中，铁粉足量，充分反应后过滤。试计算：

（1）参与反应的 $Cu(NO_3)_2$ 的质量是多少？

（2）反应中析出铜的质量是多少？

（3）反应中溶解铁的质量是多少？

（已知： $Fe$ 的相对原子质量为 $56$ ， $Cu$ 为 $64$ ， $N$ 为 $14$ ， $O$ 为 $16$ ）

解题过程：

写出反应方程式及各物质的相对质量：

Fe + Cu(NO_3)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + Cu

56 \quad\quad 188 \quad\quad\quad\quad\quad\quad 64

$Cu(NO_3)_2$ 的相对分子质量为 $64 + (14 + 16 \times 3) \times 2 = 64 + 62 \times 2 = 188$ 。

第（1）问：

m(Cu(NO_3)_2) = 200\,\text{g} \times 9.4\% = 18.8\,\text{g}

第（2）问：

设析出铜的质量为 $a$ ：

\frac{a}{18.8\,\text{g}} = \frac{64}{188}

a = \frac{18.8\,\text{g} \times 64}{188} = 6.4\,\text{g}

第（3）问：

设溶解铁的质量为 $b$ ：

\frac{b}{18.8\,\text{g}} = \frac{56}{188}

b = \frac{18.8\,\text{g} \times 56}{188} = 5.6\,\text{g}

验证：析出铜（ $6.4\,\text{g}$ ） $-$ 溶解铁（ $5.6\,\text{g}$ ） $= 0.8\,\text{g}$ ，即固体质量净增 $0.8\,\text{g}$ ，结果合理。

答：参与反应的 $Cu(NO_3)_2$ 质量为 $18.8\,\text{g}$ ；析出铜的质量为 $6.4\,\text{g}$ ；溶解铁的质量为 $5.6\,\text{g}$ 。

金属活动性顺序

金属活动性顺序表

经过长期实验积累，化学家总结出了常见金属的活动性顺序，从左到右活动性依次减弱：

K \; Ca \; Na \; Mg \; Al \; Zn \; Fe \; Ni \; Sn \; Pb \; \underline{H} \; Cu \; Hg \; Ag \; Pt \; Au

为了便于记忆，中国学生广泛使用以下口诀：

“钾钙钠镁铝，锌铁镍锡铅，氢铜汞银铂金”

每个字对应一种金属，顺序与活动性顺序完全一致，从左到右活动性逐渐减弱。

例题

下列金属：铜（ $Cu$ ）、锌（ $Zn$ ）、银（ $Ag$ ）、铁（ $Fe$ ）——按照金属活动性由强到弱排列，正确顺序是什么？

根据金属活动性顺序表，这四种金属在顺序中的位置为：

\cdots \; Zn \; Fe \; \cdots \; Cu \; \cdots \; Ag \; \cdots

所以由强到弱的顺序为： $Zn > Fe > Cu > Ag$ 。

规律一：金属与酸的反应

排在氢（ $H$ ）前面的金属，能与稀盐酸（ $HCl$ ）或稀硫酸（ $H_2SO_4$ ）反应，生成相应的盐和氢气；排在氢后面的金属，不能与这两种酸反应。

镁与稀盐酸

镁（ $Mg$ ）排在顺序表的前列，活泼性强，与稀盐酸反应极为剧烈，产生大量气泡：

Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow

锌与稀硫酸

锌（ $Zn$ ）与稀硫酸反应速度适中，是实验室制备氢气最常用的反应：

Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow

锌片逐渐溶解，溶液中持续产生气泡， $ZnSO_4$ 溶液为无色透明。

铁与稀盐酸

铁（ $Fe$ ）与稀盐酸反应相对缓慢，溶液变为浅绿色（生成 $FeCl_2$ ）：

Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow

铜与稀盐酸——不反应

铜（ $Cu$ ）排在氢的后面，将铜片放入稀盐酸中，铜片表面无气泡产生，铜不溶解，溶液颜色无变化。这直接证明了铜不与稀盐酸反应。

例题

将等质量的镁片和铁片分别放入足量稀盐酸中，充分反应后，哪种金属产生的氢气更多？写出各自的反应方程式进行比较。

镁与稀盐酸的反应：

Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow

铁与稀盐酸的反应：

Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow

规律二：金属与盐溶液的反应

铁置换铜

将铁片（ $Fe$ ）放入蓝色的硫酸铜溶液（ $CuSO_4$ ）中，铁片表面逐渐出现红色固体（铜），溶液蓝色变浅并变为浅绿色。

Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu

铁（ $Fe$ ）排在铜（ $Cu$ ）前面，所以铁能置换铜，结果符合预期。

铜置换银

将铜丝放入无色的硝酸银溶液（ $AgNO_3$ ）中，铜丝表面出现银白色固体（银），溶液由无色变为蓝色（生成 $Cu(NO_3)_2$ ）。

Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag

铜（ $Cu$ ）排在银（ $Ag$ ）前面，所以铜能置换银，符合规律。

铜不能置换铁

例题

向含有 $Cu(NO_3)_2$ 和 $AgNO_3$ 的混合溶液中加入足量铁粉，充分反应后过滤。分析过滤后固体和滤液的成分。

铁（ $Fe$ ）排在铜（ $Cu$ ）和银（ $Ag$ ）的前面，活动性： $Fe > Cu > Ag$ 。

用实验来比较金属活动性

面对两种未知金属，怎样通过实验判断哪个活动性更强？以下是常用的三种实验方法。

在实际判断中，往往需要综合多个实验结果才能确定两种金属的活动性强弱。单一实验的证据有时不够充分，多种方法相互印证才能得出可靠结论。

例题

由实验①， $A$ 不能置换 $B$ ，说明 $A$ 的活动性弱于 $B$ ，即 $B > A$ 。

由实验②， $C$ 能置换 $B$ ，说明 $C$ 的活动性强于 $B$ ，即 $C > B$ 。

由实验③， $A$ 能与稀盐酸反应，说明 $A$ 排在氢之前，具有一定活动性。

综合三条信息： $C > B > A$ ，且 $A$ 排在氢之前。

金属活动性顺序在生活中的体现

金属活动性顺序不只是化学课本里的规律，在日常生活和工业生产中有着广泛而直接的应用。

为什么黄金千年不腐？

为什么铁制品需要防锈？

镀锌铁皮的保护原理

练习题

选择题

第一题　下列金属中，不能与稀盐酸反应生成氢气的是（　　）

A. 锌（ $Zn$ ）

B. 铁（ $Fe$ ）

C. 铜（ $Cu$ ）

D. 镁（ $Mg$ ）

第二题　将铜片分别放入下列溶液中，铜片表面能出现新固体的是（　　）

A. 稀盐酸（ $HCl$ 溶液）

B. 硫酸亚铁溶液（ $FeSO_4$ 溶液）

C. 硝酸银溶液（ $AgNO_3$ 溶液）

D. 硫酸锌溶液（ $ZnSO_4$ 溶液）

答案：C

A. 滤液中一定含有 $Fe(NO_3)_2$ 和 $Cu(NO_3)_2$

B. 固体中一定含有铜（ $Cu$ ），可能含有铁（ $Fe$ ）

C. 固体中一定含有铜（ $Cu$ ）和铁（ $Fe$ ）

D. 滤液中一定不含 $Fe(NO_3)_2$

答案：B

A. 甲 $>$ 乙 $>$ 丙

B. 丙 $>$ 甲 $>$ 乙

C. 丙 $>$ 乙 $>$ 甲

D. 乙 $>$ 甲 $>$ 丙

计算题

第五题　将 $6.5\,\text{g}$ 锌粒加入足量稀硫酸中，锌完全溶解，生成硫酸锌（ $ZnSO_4$ ）和氢气。试计算：

（1）参与反应的稀硫酸中 $H_2SO_4$ 的质量是多少？

（2）理论上可生成氢气多少克？

（已知： $Zn$ 的相对原子质量为 $65$ ， $H$ 为 $1$ ， $S$ 为 $32$ ， $O$ 为 $16$ ）

解题过程：

写出反应方程式及各物质的相对质量：

Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow

65 \quad\quad 98 \quad\quad\quad\quad\quad 2

$Zn$ 的相对原子质量为 $65$ ； $H_2SO_4$ 的相对分子质量为 $2 + 32 + 16 \times 4 = 98$ ； $H_2$ 的相对分子质量为 $2$ 。

第（1）问：

设参与反应的 $H_2SO_4$ 质量为 $x$ ：

\frac{6.5\,\text{g}}{x} = \frac{65}{98}

x = \frac{6.5\,\text{g} \times 98}{65} = 9.8\,\text{g}

第（2）问：

设生成氢气的质量为 $y$ ：

\frac{6.5\,\text{g}}{y} = \frac{65}{2}

y = \frac{6.5\,\text{g} \times 2}{65} = 0.2\,\text{g}

答：参与反应的 $H_2SO_4$ 质量为 $9.8\,\text{g}$ ；理论上可生成氢气 $0.2\,\text{g}$ 。

第六题　将一定质量的铁粉加入 $200\,\text{g}$ 硝酸铜溶液（ $Cu(NO_3)_2$ 质量分数为 $9.4\%$ ）中，铁粉足量，充分反应后过滤。试计算：

（1）参与反应的 $Cu(NO_3)_2$ 的质量是多少？

（2）反应中析出铜的质量是多少？

（3）反应中溶解铁的质量是多少？

（已知： $Fe$ 的相对原子质量为 $56$ ， $Cu$ 为 $64$ ， $N$ 为 $14$ ， $O$ 为 $16$ ）

解题过程：

写出反应方程式及各物质的相对质量：

Fe + Cu(NO_3)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + Cu

56 \quad\quad 188 \quad\quad\quad\quad\quad\quad 64

$Cu(NO_3)_2$ 的相对分子质量为 $64 + (14 + 16 \times 3) \times 2 = 64 + 62 \times 2 = 188$ 。

第（1）问：

m(Cu(NO_3)_2) = 200\,\text{g} \times 9.4\% = 18.8\,\text{g}

第（2）问：

设析出铜的质量为 $a$ ：

\frac{a}{18.8\,\text{g}} = \frac{64}{188}

a = \frac{18.8\,\text{g} \times 64}{188} = 6.4\,\text{g}

第（3）问：

设溶解铁的质量为 $b$ ：

\frac{b}{18.8\,\text{g}} = \frac{56}{188}

b = \frac{18.8\,\text{g} \times 56}{188} = 5.6\,\text{g}

验证：析出铜（ $6.4\,\text{g}$ ） $-$ 溶解铁（ $5.6\,\text{g}$ ） $= 0.8\,\text{g}$ ，即固体质量净增 $0.8\,\text{g}$ ，结果合理。

答：参与反应的 $Cu(NO_3)_2$ 质量为 $18.8\,\text{g}$ ；析出铜的质量为 $6.4\,\text{g}$ ；溶解铁的质量为 $5.6\,\text{g}$ 。