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钠的金属活动性仍大于锂吗?

来源:未知作者:汪谦 点击:所属专题: 金属活动性 金属钠
“钾钙钠镁铝,锌铁锡铅氢,铜汞银铂金……”说起这个,你肯定很熟悉,这是“金属活动性顺序表”。金属活动性是指金属单质在水溶液中还原性的强弱,一般表现为该元素单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度,其关系可查标准电极电势表查出,亦可由实验定性判定。 [实验

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 “钾钙钠镁铝,锌铁锡铅氢,铜汞银铂金……”说起这个,你肯定很熟悉,这是“金属活动性顺序表”。金属活动性是指金属单质在水溶液中还原性的强弱,一般表现为该元素单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度,其关系可查标准钠的金属活动性仍大于锂吗?电极电势表查出,亦可由实验定性判定。

[实验一]药品:两颗相同质量的约绿豆粒大的钾、钠金属粒,蒸馏水;器材:两只烧杯,滤纸;步骤:用滤纸吸去钾、钠金属粒表面的煤油,同时投入两个盛有等量蒸馏水的烧杯中。现象:钾与稀盐酸反应比钠更剧烈。结论:钾的活动性比钠强。

同时,我们有“金属性”一词。元素的 “金属性”是指气态中性原子失去电子的性质。元素的金属性可以从该元素最高价氧化物的水化物的碱性的强弱、单质与水或酸反应产生氢气的难易程度等方面来推测。一般地,元素最高价氧化物的水化物的碱性越强,单质与水或酸反应产生氢气的速率越大,它的金属性越强。金属性与金属活动性的大小往往是一致的。钾和钠同属ⅠA族元素,钠的原子序数为十一,钾为十九,钾的原子半径大于钠,其原子核对核外电子的束缚力较钠小,最外层电子也更易失去,所以钾的金属性比钠强。由此可见,钾和钠的金属活动性顺序和金属性强弱顺序一致。

 在《元素周期表》中,“锂”和“钾”、“钠”属ⅠA族,为碱金属,锂的原子序数为三,同上可知:锂的金属性比钠弱。那么,锂的金属活动性是否也弱于钠呢?

[实验二]药品:两颗相同质量的约绿豆粒大的钠、锂金属粒,蒸馏水;器材:两只烧杯,滤纸;步骤:用滤纸吸去钠金属粒表面的煤油和锂表面的石蜡,同时投入两个盛有蒸馏水的烧杯中。现象:钠与水反应比锂剧烈。一般地,我们会得出这样的结论:钠的活动性比锂强。但查标准电极电势表(298.15K):E(Li+/Li)=-3.040V,E(Na+/ Na)=-2.714V,与实验不相符,这是为什么呢?

碱金属与水反应的历程为:固态的碱金属变为气态的碱金属,这一过程吸收能量,称为“升华焓”;气态的碱金属原子失去一个电子变为碱金属离子,吸收能量,称为“第一钠的金属活动性仍大于锂吗?电离能”;气态的碱金属离子进入溶液,形成水合离子,放出热量,称为“水合焓”。以上可用下简图表示:

 

钠的金属活动性仍大于锂吗?

 锂的升华焓和第一电离能均大于钠。水合焓正比于离子所带电荷,反比于离子半径,锂离子(Li+)与钠离子(Na+)所带电荷相等,而锂离子半径很小,以至锂的水合热大于钠,使得锂变成锂离子的总过程中放出的能量大于钠。ΔrGmΘ= -TΔrSmΘ,如果不考虑ΔrSm的差异,锂与水反应的Gibbs自由能变小于钠(比钠更负)。ΔrGmΘ=-zEΘF,因此,锂的标准电极电势小于钠,甚至小于铯[E(Cs+/ Cs)=-3.027V]。由于锂的升华焓大,不易活化,且锂的熔点高(180.45℃),反应时不能像钠(97.82℃)一样熔化,与水接触的表面积小,使得锂与水反应较缓慢。且LiOH溶解度(13.0g/100H2O)较小,会覆盖在锂的表面,也使反应速率降低。

在科学的探究过程中,演绎和归纳类比是一个重要的科学思维,但不总是一成不变。我们应该适当地应用“类比”思想预测元素的性质,但不能绝对化,否则会引起科学性错误,必须用实验加以验证,且不能只看到表面现象。只有这样,我们才能得到正确的知识,稳步走进科学的殿堂。


附:

表二  碱金属的一些性质

 

Li

Na

K

Rb

Cs

金属半径/pm

152

186

227

248

265

熔点/℃

180.54

97.82

63.38

39.31

28.44

钠的金属活动性仍大于锂吗?电负性

0.98

0.93

0.82

0.82

0.79

第一电离能/(KJ·mol‑1

526.41

502.04

425.02

409.22

381.90


表1  计算碱金属ΔfHmΘ(M+,aq)的有关数据

 

Li

Na

K

Rb

Cs

ΔsubHmΘ/(KJ·mol‑1

159.37

107.32

89.24

80.88

76.065

I1/(KJ·mol‑1

526.41

502.04

425.02

409.22

381.90

ΔhHmΘ(M+,g) /(KJ·mol‑1

-535.27

-420.48

-337.64

-312.27

-287.24

ΔfHmΘ(M+,g) /(KJ·mol‑1

150.51

188.88

176.62

177.83

170.72

E/(M+/M)/V

-3.040

-2.714

-2.936

-2.943

-3.027.

(责任编辑:化学自习室)
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