电化序

常见金属按其标准电极电势由低到高排列得到的序列

电化序又叫电化学序（Electrochemical Series），是常见金属（以及氢）按其标准电极电势由低到高排列得到的序列。如锂、钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、镍、氢、铜、汞、银、金。

简介

电化序是按照金属的化学活泼性次序排列的序列，最活泼的在最上面，活泼性低的“贵金属”在下面。广义地说，这样一个活性序列不限于金属，也适用于负电性（非金属）元素。见普通元素的电化序表。

金属的电化序最先是在实验室里通过实验建立起来的，当时想要决定哪一些金属能把另外一些金属从其盐溶液中置换出来。例如，把一根清洁的锌条浸入硫酸铜溶液中，很快就发现锌上有一层沉积的铜覆盖着，同时锌呈离子状态进入溶液。因为锌能从Cu2+离子溶液中置换铜，故按定义锌比铜活泼。容易看出，这个反应是有电子转移的氧化-还原反应。

同样，铜可以从含Ag+离子的溶液中置换银，使之沉积出金属银结晶，溶液呈现出铜离子的颜色。根据刚才得到的结果，活性次序可以排列成Zn，Cu，Ag。将别的金属一个不漏地进行实验，就可以列出一个完整的按化学活性次序排列的表，表中最上边的金属是最容易给出它们的电子的金属（也就是电正性最强的元素），电化序表就表示这一排列。作为金属，锂表现最高的活泼性。

一个元素的游离原子给出一个电子的难易程度，即通常所说的第一电离势，是一个精确的物理量，它可以在低压条件下通过对气体或蒸气进行电学实验而测得。因为决定元素在电化序中次序的置换实验要涉及到固相和水溶液，以及由此而来的水合作用，所以实验是在很不相同的条件下进行的。此外，可以预料到溶液中的置换反应将决定于所用试剂的浓度，以及其他可溶性物质的存在与否。

为了得到一个更精确、重复性好的活性序列，最好是借助于更精确的称作电极电位或氧化还原势的物理量，电极电位（或氧化还原势）的定义为：一个纯金属浸在它的一种盐溶液中（单位活度，25℃），对浸在具有当量浓度的盐酸或硫酸中的氢电极所产生的伏特数。

显然，将实验条件限制在标准浓度和标准温度时，水化和浓度的影响就完全保持不变，就可以按金属的活泼性列出一张更确切的表。因此，任何现存的电化序表一定依赖于氧化势的测定，并且应该同由这类电化学电池测得的数值相一致。这一相互关系对我们很有用，电化序不再局限于金属，可以推广到非金属或电负性元素。像前边所说的那样，能从稀酸（如盐酸或硫酸）中释放出氢的那些金属，在电化序中放在氢的上面；不能从这种稀酸中释放氢的金属和非金属，在电化序中就在氢的下面。对于可逆反应，因为氧化势和平衡常数有关系，所以在直接进行实验不方便时就可以由其他数据资料来计算氧化势，如在碱金属盐类的水溶液中的情况那样。

标准电极电位和标准电化序

从能斯特方程式的推导中，我们已经知道标准电极电位矿是标准状态下的平衡电位。除了标准氢电极电位被人为规定为零外，其他电极的标准电极电位通常都用氢标电位表示。可以把各种标准电极电位按数值的大小排成一次次序表，这种表称为标准电化序或标准电位序（如下表列）。表中的电极电位是从负到正排列的，而标准氢电极电位正好处于正、负值交界处。

标准电极电位的正负反映了电极在进行电极反应时，相对于标准氢电极的得失电子的能力。电极电位越负，越容易失电子；电极电位越正，越容易得电子。电极反应和电池反应实质上都是氧化还原反应，因此，标准电化序也反映了某一电极相对于另一电极的氧化还原能力的大小。电极电位负的金属是较强的还原剂，电极电位正的金属是较强的氧化剂。

鉴于许多标准电极电位的数值已被精确测定，比较容易从有关资料中查阅到。因此借助于标准电极电位来分析各种氧化还原反应，可以找到一些解决问题的方法和途径。所以，标准电化序就成了一种分析氧化还原反应的热力学可能性的有力工具。

在实际使用中，某些金属相对于另一些金属的电极电位的位置变化的另一个原因是因为生成了特殊的表面膜，特别是在氧化性环境时。这种膜层使实测电位向正值（惰性）方向移动，这种情况称为金属的钝化。因此，铬在电化序中的位置尽管和锌相仿，但在许多种空气饱和的溶液中，铬表面生成一层钝化膜，它的电化学行为更像是银。所以，当铬和铁耦接时呈阴极，其作用如同一个氧电极而不像铬电极，所产生的电偶电流加速了铁的腐蚀。铬在活化状态（如在盐酸中）下，其极性会相反，即铬对铁呈阳极。许多金属，特别是周期表中的过渡金属，通常都容易在含空气的溶液中钝化。因此，利用电化序判别极性时，尤其要注意这种情况。

电化序的应用

1.标准电化序在一定条件下反映了金属的活泼性

标准电位负的金属比较容易失去电子，是活泼金属；而标准电位较正的金属不易失去电子，是不活泼金属。因此根据标准电化序可以粗略判断金属发生腐蚀的热力学可能性。电位越负金属腐蚀的可能性越大。例如，锌和铁的标准电位较负, 它们在空气中和稀酸中都比较容易被腐蚀。而银和金的标准电位较正 , 它们就不容易和稀酸发生反应，也不易在空气中被腐蚀。

但是应指出，不能单纯根据标准电位来估计金属的耐蚀性。例如，铝的标准电位虽然很负但由于铝表面极易生成一层氧化物膜，故在空气中比铁更耐腐蚀。

2.判断金属腐蚀

当两种或两种以上金属接触并有电解液存在时，可根据标准电化序初步估计哪种金属被加速腐蚀，哪种金属被保护。例如，铁与镁相接触，在有电解质溶液存在时就构成了腐蚀电池。因为铁的电位较正，成为腐蚀电池的阴极，不会发生腐蚀；而镁的电位较负，将作为腐蚀电池的阳极而发生腐蚀溶解。

3.标准电化序指出了金属在水溶液中的置换次序

由于置换反应本质上也是氧化还原反应，所以可以用标准电化序对金属离子的置换次序作出估计。在简单盐的水溶液中，金属元素可以置换比它的标准电位更正的金属离子.

标准电位为负值的金属可以置换氢离子而析出氢气，但标准电位为正值的金属则不能与氢离子发生反应.

金属间的置换反应在电化学生产中常常需要加以防止或利用。例如，当铜件表而锁银时，若铜件直接浸入电锁槽，则由于反应, 将在零件表面生成一层疏松的结合力很差的“接触银”，影响锁层质量。所以通常在电锁前，先将铜件置入浸采液中，通过反应在铜表面生成一层铜采齐，使电极电位变正，电锁时就可以避免“接触银” 的发生。

4.可以利用标准电化序初步估计电解过程中，溶液里的各种金属离子（包括氢离子）在阴极析出的先后顺序。

电解过程中，在阴极优先析出的金属离子应是电极电位较正、因而容易得电子的金属离子。

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