1865年，俄國學者別克托夫通過實驗，研究了金屬元素與水、酸和鹽溶液之間置換反應的速度，發表了《一種元素取代另一種元素的研究》論文。

金屬活性順序總結如下：(H)Cu HgAg Pt Au

按照這個順序，Na 位于 Ca 之前，因為 Na 與水的反應速度比 Ca 與水的反應速度快得多。

科學家們在研究電極電位時發現，鈣的標準電極電位（E￠）比鈉的標準電極電位小。別克托夫實驗的原因是，當Ca與水反應時，會生成難溶的Ca(OH)2，阻止反應進行。金屬在水溶液中形成低價穩定簡單離子的標準電極電位由小到大排列，并排列成我們現在使用的金屬活性系列。

人民教育出版社出版的初中《化學》對金屬活性順序的描述如下：人們經過長期的實踐，把常見金屬的化學活性順序總結如下：

（H）

金屬的活性逐漸降低

2. 金屬活性系列在中學化學中的應用

1. 確定金屬活性的強度

金屬的活性反映了金屬元素在水溶液中形成水合離子的傾向，也就是反映了金屬在水溶液中發生氧化反應的難易程度。金屬元素在水中越容易形成水合陽離子，其金屬性越強，反之越弱。金屬元素在水溶液中失去電子的難易程度，可以用標準電極電位（E￠）來判斷。金屬在溶液中的置換反應是一個復雜的過程，它包括金屬原子脫離晶體表面變成氣態原子、氣態原子變成氣態陽離子、氣態陽離子變成水合離子的過程；還包括被置換的金屬由水合離子變成氣態離子、氣態離子獲得電子變成氣態原子、氣態原子沉積變成金屬的過程。金屬的電極電位就是考慮到以上因素，用來表示金屬活性的物理量。

金屬活性順序表中，排在最前面的金屬，其原子在水溶液中容易失去電子，且還原性越強，其離子獲得電子越困難，氧化性越弱。從K到Au，金屬活性依次遞減，即K為最強的還原劑，Au3+為最強的氧化劑。

這里需要注意金屬活性和元素金屬性的區別。元素的金屬性是指元素氣態原子失去電子成為陽離子的傾向。決定元素金屬性的定量尺度是電離能，而影響電離能的主要因素有原子半徑、有效核電荷和電子的狀態。元素的電離能越小，其氣態原子越容易失去電子，元素的金屬性越強。各元素第一電離能從小到大依次排列如下：

卡卡

在我們高中化學教學過程中，學生或教師經常會混淆金屬活性和元素金屬性質這兩個概念而不加以區分。同時，教材中也沒有對它們進行區分。例如，人民教育出版社高中《化學（必修和選修）》（上冊）對元素金屬性質判斷依據的描述如下：

元素金屬性的強度可以通過該元素與水（或酸）反應取代氫的難易程度，以及其最高價氧化物和水合物即氫氧化物的堿度強度來判斷。

2.確定金屬與水、非氧化性酸及鹽溶液的置換反應規律

2.1. 金屬與水的反應

2.1.1 最活潑的金屬K、Ca、Na能直接與冷水發生反應，取代水中的氫，釋放出H2。

例如：2K + 2H2O = 2KOH + H2↑

2.1.2 活性較低的金屬Mg和Al可以與熱水反應生成H2。

例如：Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑

2.1.3 活性較低的金屬，如Zn、Fe，在高溫下能與水蒸氣發生反應，生成H2。

如：Zn＋2H2O(g)Zn(OH)2＋H2↑

3Fe＋4H2O（克）

Fe3O4＋4H2↑

2.1.4. Sn與氫之后的金屬不能取代水中的氫。

2.2 金屬與酸的反應

2.2.1 與非氧化性酸的反應

氫前面的金屬可以與非氧化性酸發生反應，取代酸中的氫并釋放出H2。例如：Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

2.2.2 與氧化酸的反應

除Pt、Au外，所有金屬都能與濃硝酸反應放出NO2，與稀硝酸反應放出NO；除Ag、Pt、Au外，所有金屬都能與濃硫酸反應放出SO2；Fe、Al等遇到濃硝酸或濃硫酸被“鈍化”；Pt、Au不與濃硝酸或濃硫酸反應，但與王水反應。

2.3 溶液中金屬與鹽的置換反應。

位于金屬活性系列最前面的金屬（Mg 之后）可以從其原生溶液中取代后面金屬的離子。

例如：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Cu＋＝Cu(NO3)2＋2Ag

3.確定原電池的正負極

形成常見的原電池的三個基本條件是：（1）兩種活性不同的金屬作為電極；（2）其中一種金屬能與電解質溶液自發發生氧化還原反應；（3）形成閉合電路。

當選取兩種金屬作為原電池的電極時，活性序列左側的金屬為負極，活性序列右側的金屬為正極。作為原電池電極的兩種金屬在金屬活性序列中相距越遠，它們組成的原電池電動勢就越大。例如，Zn-Ag原電池的電動勢大于Zn-Cu原電池的電動勢，Zn-Ag原電池中Zn的反應速度也大于Zn-Cu原電池中Zn的反應速度。

4.確定電解池中金屬離子的放電順序

采用惰性電極電解溶液時，由于在陰極發生還原反應，因此放電順序按陽離子氧化能力的大小排列。在同樣的條件下，陽離子的氧化能力與金屬的活性大小成反比，即金屬元素的活性越弱，相應陽離子的氧化能力越強。陽離子的氧化能力要用電極電位來衡量，它與溫度、離子濃度等??有關，計算公式為：

由于中學知識限制，忽略濃度和溫度的影響，常見陽離子按電極電位大小放電順序為：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）。

5. 其他應用

5.1 確定金屬與氧的反應規律

一般來說，金屬越活潑，越容易發生氧化反應，生成的氧化物也越穩定。例如金屬活動性順序，K、Ca、Na在常溫下易與氧發生反應，所以多存放在煤油中；Al粉在空氣中遇到火花就會燃燒或爆炸；Cu在空氣中加熱會生成CuO，而Ag、Au即使在空氣中加熱也不會生成氧化物。

5.2 推斷自然界中金屬的存在

金屬活性序列中氫之前的金屬在自然界中均以化合狀態存在：不活潑金屬如Cu、Hg、Ag在自然界中部分以化合狀態存在，部分以游離狀態存在；而Pt、Au則全部以游離狀態存在。

5.3 確定金屬冶煉方法

5.3.1. 從K到Al,均可采用其化合物的電解熔化方法。

5.3.2. 由Zn—Cu可知，在加熱或高溫下，用C、CO、H2、Al等還原劑可還原金屬的氧化物。

5.3.3 汞和銀加熱可分解成它們的氧化物。

5.4 確定硝酸鹽的分解產物

5.4.1. K、Ca、Na的硝酸鹽在加熱時分解生成亞硝酸鹽和氧氣。

例如：2KNO3=2KNO2＋O2↑

5.4.2. Mg-Cu硝酸鹽在加熱下分解生成高價金屬氧化物NO2和O2。

例如：2Cu（NO3）2=2CuO＋4NO2↑＋O2↑

5.4.3. 硝酸汞金加熱時分解為金屬元素、NO2和O2。

如：=2Ag＋2NO2↑＋O2↑

三、金屬活性系列使用注意事項

1.金屬活性順序一般只適用于水溶液體系中金屬元素與其它非氧化性金屬離子或非氧化性酸發生的置換反應。

首先，反應必須在水溶液中進行。

例如，按照金屬活性的順序，在水溶液中，鈉金屬不能取代KCl中的鉀，但在高溫（760-880℃）熔融狀態下，鈉金屬可以取代比它活性大的鉀金屬，形成鉀鹽。反應方程式為：Na+KCl=NaCl+K↑

這是因為在熔融狀態下，鉀比鈉更易揮發，而NaCl比KCl更穩定，從而使平衡向右移動。

其次，發生的反應必須是置換反應。

如果金屬元素與鹽溶液或酸發生非置換反應，則不能用金屬活性順序來確定反應的方向和產物。例如，可以用金屬活性順序確定Cu不能與FeCl2溶液發生置換反應，但Cu可以與FeCl3溶液發生氧化還原反應：

Cu＋=CuCl2＋

例如，在金屬活性序列中位于氫之后的銅，不能與稀硫酸反應，但能與強氧化性的濃硫酸（或硝酸）反應：

Cu + (濃) = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

2、金屬活性系列不適用于活性金屬（K、Ca、Na、Mg）與易水解的金屬陽離子之間的反應。

這是因為這些活潑金屬能與冷水發生反應，使溶液呈堿性，從而促進水解反應的進行，所以它不是一個置換反應。

例如：CuCl2＋2H2O＋2Na＝Cu(OH)2↓＋2NaCl＋H2↑

3.金屬活性順序僅僅從熱力學角度指出了反應發生的可能性，但是沒有考慮有關動力學因素的影響，也就是沒有指出反應的可行性。

例如，按照金屬活性的順序，Sn、Pb完全可以和稀鹽酸置換出氫。但實際上，反應速度卻極其緩慢。造成這種情況的原因是多方面的金屬活動性順序，主要是動力學因素。這是因為氫的過電位的影響。Sn、Pb的表面電阻很大，表現為過電位高，所以反應速度很慢。

現在很多中學教材或者老師經常引導學生從金屬與水或者酸的反應速率或者強度來分析、推斷金屬的活性。嚴格來說，這是不科學的。因為金屬活性序列是按照標準電位排列的，只表示反應的趨勢和程度，而反應速率是從熱力學角度表示反應的快慢，兩者之間沒有必然聯系。

4、金屬的純度、金屬的表面狀態也是影響其活性的重要因素。

例如，一個原電池由Zn和Fe組成，Zn為原電池的負極，理論判斷與實驗事實完全符合金屬活性順序。但如果一個原電池由Al和Zn組成，按金屬活性順序判斷，Al應為負極，但實驗結果卻表明Zn為負極。造成這種顛倒的原因，是在Al表面形成了一層氧化膜。由于氧化膜是電絕緣體，雖然很薄，但它的覆蓋使Al的電極電位由-1.67V升高到0.5V。再如，按金屬活性順序，粗粒純金不溶于鹽酸，但膠體狀態的金卻能溶解于鹽酸，這是因為膠體狀態的金具有巨大的表面能，使反應得以發生。