✔ 最佳答案
可以歸納成以下三個答案。
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(1)
根據電化序(electrochemical series)的高低排列,鋰(lithium)的還原能力(reducing power)較鉀(potassium)高。
還原劑的能力較高,是指放出電子(electrons)的「趨勢」較強。理論上,若以鋰和鉀作為電池的兩極(實際上不可能,因為鉀與水起猛烈的反應),電子是由鋰經外電路流向鉀的。
金屬還原能力的強弱,是比較金屬原子(atoms)與水合金屬陽離子(hydrated cations)間的穩定性(stability),即比較 K(s) 與 K+(aq) 間的穩定性,或比較 Li(s) 與 Li+(aq) 間的穩定性。由於 Li+ 離子的體積非常細小,在水合(hydration)時 Li+ 離子與水分子(water molecules)的距離很接近,結合得很穩固,所以在水合時放出較大量的能量,令 Li+(aq) 非常穩定。由於水合因素的效應很大,令 Li+(aq) 的穩定性遠高於 Li(s),其穩定性的相差高於 K+(aq) 與 K(s) 的穩定性相差。因此,Li(s) 放出電子變成 Li+(aq) 的趨勢,高於 K(s) 放出電子變成 K+(aq) 的趨勢。換句話說,Li(s) 的還原能力,高於 K(s) 的還原能力。
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(2)
根據活性序(reactivity series),鉀的活性(reactivity)較鋰的活性高。
一個反應進行時,首先需要斷裂反應物中原來的鍵合(bonds),才會形成生成物。所以要反應進行,需要克服一個最低要求的能量,這個最低要求的能量,稱為活化能(activation energy)。
因為需要吸入能量去克服活化能,所以活化能愈高,反應的速率愈慢,甚至高至令反應不能進行。
金屬氧化成水合陽離子(hydrated cation)的速度快慢,同樣是受「活化能」的高低影響。由於鉀原子的體積遠大於鋰原子,鉀原子最外層電子與原子核距離較遠,所以需要較少能量便可以把電子移取,斷裂金屬鍵。因此,K(s) 氧化成 K+(aq) 的活化能,遠低於 Li(s) 氧化成 Li+(aq) 的活化能。換句話說,K(s) 的活性較 Li(s) 高。
還原能力較高的金屬,通常活性會較高,但這並非必然的。因為金屬的還原能力是比較金屬與其水合陽離子的穩定性,而活性主要考慮活化能的高低。常見的金屬有以下兩個例外情況:
(1) Li 的還原能力較 K 高,但 K 的活性卻較 Li 高。
(2) Ca 的還原能力較 Na 高,但 Na 的活性卻較 Ca 高。
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(3)
若把鋰和鉀同時放入水中,若鋰和鉀沒有接觸,它們會同時與水起反應,「不存在優先反應」,只是鉀與水的反應較猛烈而已。
若是鋰和鉀連在一起放入水中,理論上是鋰會優先進行反應,但鉀的活性這麼高,預計鋰和鉀很可能同時與水起反應,只是鉀的反應較單獨使用時慢了一些。但以上預計我未能用實驗來驗證。