人教版高中化学热力学复习 15 关于Cu、Ag、Au和Zn、Cd、Hg活泼性的讨论课件.ppt

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1、 关于关于Cu、Ag、Au和和Zn、Cd、Hg活泼性的讨论活泼性的讨论 在化学性质上，Zn、Cd、Hg比Cu、Ag、Au活泼。有的学生可能认为这是一个难理解的问题。因为，表面上，从原子的结构看，Cu、Ag、Au的s轨道未充满，而Zn、Cd、Hg的s亚壳层是完全封闭的；从周期系看，Zn、Cd、Hg与Cu、Ag、Au互为邻居，而Zn、Cd、Hg分别位于Cu、Ag、Au的右边，因而Zn、Cd、Hg原子的有效核电荷更高，半径更小，把持电子的能力更强，应该更不活泼，怎样理解Cu、Ag、Au和Zn、Cd、Hg的活泼性?当然，学生在这里是把元素单个原子的性质和元素单质的性质弄混淆了。前面对Cu、Ag、Au和

2、Zn、Cd、Hg所进行的电子结构和周期系递变关系所进行的分析，是从微观的角度来分析单个原子的性质。而单质的性质却与由原子构成分子或晶体的方式即化学键有关。例如，由磷原子可以形成白磷、红磷和黑磷，它们的性质相互相差甚远，同样道理，由金属原子构成的金属固体，其性质应决定于金属键和金属晶格的性质。2021/8/9 星期一1 事实上，就单个原子而言，Cu、Ag、Au确实比Zn、Cd、Hg活泼。比较一下Cu、Ag、Au和Zn、Cd、Hg的电离能就能看到这点：In/kJmol1 I1 I2 I3 I1 I2 I3 I1 I2 I3 Cu 745 1958 3554 Ag 731 2073 3361 Au

3、890 1978 Zn 906 1733 3833 Cd 868 1631 3616 Hg 1007 1810 3300 相应于电离出s电子的I1和电离出d电子I3，Cu、Ag、Au都比Zn、Cd、Hg的值小，说明前者的原子把持外层电子的能力比后者小，即前者电离出相应的外层电子比后者容易。I2的次序相反是由于Cu、Ag、Au是电离出一个d电子的电离能而Zn、Cd、Hg是电离出第二个s电子的电离能的缘故，理所当然后者的I2应比前者小。因此，就单个原子考虑，Cu、Ag、Au的金属性比Zn、Cd、Hg强，这个事实与从原子结构所作的推断相一致。2021/8/9 星期一2 而就金属单质而言，Zn、Cd、

4、Hg比Cu、Ag、Au活泼。金属Zn比金属Cu活泼的重要事实是Zn能从盐酸中置换出H2，而Cu则不行，且在金属活动顺序中已知有如下的顺序：Zn Cd H Cu Hg Ag Au 即Zn位于Cu之前，Cd位于Ag之前，Hg位于Au之前。下面用热力学来探讨造成这种活泼性差异的原因。从酸中置换出H2的反应可写成:M(s)2H(aq)H2(g)M2(aq)把这个反应设计成一个原电池，则 rGm2FE 当忽略过程的熵变时有 rHm2FE rHm的值越小，说明置换反应趋势越大，意味着M的金属性越强。2021/8/9 星期一3 2IHm(H)2H(g)2H(g)2hydHm(H+,g)2atmHm(H2,g

5、)M(s)2H(aq)H2(g)M2(aq)atmHm(M,s)hydHm(M2+,g)M(g)M2(g)rHm(电池)I(12)Hm(M，g)rHm(电池)(atmHmI(1+2)HmhydHm)M)2(atmHmIHmhydHm)H 对于不同金属的上述反应，2(hydHmIHmatmHm)H 为一定值，而I(1+2)Hm可用I1I2代替，于是：rHm(电池)(atmHmhydHm I1I2)M常数 对于Cu，rHm(电池)338(2099)7451958常数 338604常数 对于Zn，rHm(电池)131(2077)9061733常数 131592常数rHm可由下列热化学循环求出：202

6、1/8/9 星期一4 对于Cu，rHm电池338(2099)7451958常数 338604常数 对于Zn，rHm电池 131(2047)9061733常数 131592常数 可见，Cu的I1比Zn低，I2比Zn高，Cu总电离能I1I2比Zn稍大，但Cu的水合焓(负值)也稍大，两项相加，其和十分接近。因而电离能和水合焓不是引起Zn和Cu性质差异悬殊的原因。事事实实上上，造造成成这这种种差差异异的的主主要要原原因因在在原原子子化化焓焓，Cu是是338kJmol1，Zn是是131kJmol1，即即Zn比比Cu活活泼泼的主要原因是的主要原因是Zn的原子化焓比的原子化焓比Cu小得多。小得多。金属单质的

7、原子化焓是其金属键强度的量度，而金属键的强度又同“可用于成键”的平均未成对电子数有关。这里的“可用于成键”的电子数是指处于最低激发态的成键电子数。2021/8/9 星期一5 根据推断Cu的最低激发态为3d84s14p2，可参与成键的未电对电子数为5；Zn的最低激发态为3d104s14p1，可参与成键的未电对电子数为2。由由于于Zn的的10个个3d电电子子都都进进入入原原子子实实内内部部,所所以以d电电子子能能量量低低，不不能能参参与与形形成成金金属属键键，故故其其金金属属键键较较弱弱,原原子子化化焓焓小小，故故化化学学性性质质活活泼泼;而而Cu的的d轨轨道道刚刚刚刚充充满满,d电电子子能能量量高高,有有部部分分还还能能被被激激发、成键。因此，发、成键。因此，Cu的金属键较强，单质的金属键较强，单质Cu的化学性质不的化学性质不活泼。活泼。Cd、Hg也存在与Zn相似的情况，Cd、Hg的原子化焓最低，Hg是唯一的液态金属。由此可得出结论：比比较较元元素素的的性性质质应应明明确确是是元元素素单单个个原原子子的的性性质质还还是是单单质质的的性质。性质。就就单单个个原原子子而而言言,由由电电离离能能发发现现,Cu、Ag、Au比比Zn、Cd、Hg活泼。活泼。就单质而言，就单质而言，Zn、Cd、Hg比比Cu、Ag、Au活泼。活泼。2021/8/9 星期一6