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：

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：

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：

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：

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 $FeCl_2$）：

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：

铁与稀盐酸的反应：

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。

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 $Cu(NO_3)_2$）。

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。

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。

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， 表面出现 ；③ 将 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）

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 $Fe(NO_3)_2$

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 $16$）

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 $16$）

$Zn$ 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 $x$：

第（2）问：

设生成氢气的质量为 $y$：

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

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

第（1）问：

第（2）问：

设析出铜的质量为 $a$：

第（3）问：

设溶解铁的质量为 $b$：

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 $5.6\,\text{g}$。