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第三章 金属与非金属

Lesson 3/10 | Study Time: 20 Min
Course: 2025 科学初三(上册) Science (UEC)


3.1 金属和非金属的物理性质

金属和非金属的物理性质



金属与非金属物理性质的差异





































物理性质 金属 非金属
光泽 表面具有金属光泽。 没有光泽，外表暗淡。
延展性 具有良好的延展性：可以被拉伸成细线或敲打成薄片。 较脆，容易碎裂成粉末。
导热导电性 导热导电性佳：能够高效传导热量和电流。 导热导电性弱：不能很好地传导热量和电流。
状态（常温下） 固体状态（除了汞以外）。 大多数单质是气体，也有固体。
特殊例外 汞是唯一液态金属。 溴是唯一液态非金属。



特别注意


石墨的特殊性：



  • 石墨虽然是非金属，但具有以下特殊的“金属性”：


    • 表面呈金属光泽。

    • 熔点极高。

    • 是一种良好的导电体。









3.2 金属和非金属的反应

金属和非金属的反应



金属与氧气的反应


不同金属与氧气的反应规律
































金属活泼性 反应特点 例子
非常活泼的金属 常温下即可与氧气反应，生成氧化物或过氧化物。
钠（Na）生成氧化钠或过氧化钠：

4Na + O₂ → 2Na₂O（常温）

2Na + O₂ → Na₂O₂（点燃）
较活泼的金属 常温下会生成一层致密氧化膜，保护内层金属不继续氧化。
铝（Al）和氧气：

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃
中等活泼的金属 加热后与氧气反应，生成氧化物。
铜（Cu）和氧气：

2Cu + O₂ → 2CuO（加热，生成黑色氧化铜）
不活泼的金属 常温或高温下均不与氧气反应，表面不易被氧化。 金（Au）不与氧气反应。

具体例子



  • 活泼金属（钠 Na）：

    • 常温下反应：生成白色氧化钠。
      反应方程式：4Na + O₂ → 2Na₂O

    • 空气中燃烧：发出金黄色火焰，生成淡黄色的过氧化钠。
      反应方程式：2Na + O₂ → Na₂O₂



  • 较活泼金属（镁 Mg 和铝 Al）：

    • 镁（Mg）：空气中燃烧发出强光，生成氧化镁。
      反应方程式：2Mg + O₂ → 2MgO

    • 铝（Al）：生成致密氧化膜，保护内层金属。
      反应方程式：4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃



  • 中等活泼金属（铜 Cu 和铁 Fe）：

    • 铜（Cu）：加热生成黑色氧化铜。
      反应方程式：2Cu + O₂ → 2CuO

    • 铁（Fe）：高温下生成四氧化三铁。
      反应方程式：3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄






金属与稀盐酸、稀硫酸的反应



















反应特点 例子
活泼金属与稀盐酸或稀硫酸反应，生成氢气和相应的盐。
镁（Mg）与盐酸：

Mg + 2HCl → H₂ + MgCl₂
锌（Zn）与盐酸反应生成氢气和氯化锌。
Zn + 2HCl → H₂ + ZnCl₂



金属与其他非金属的反应






















反应类型 特点 例子
金属与硫的反应 加热条件下，生成金属硫化物。
铁（Fe）与硫：

Fe + S → FeS（加热）
金属与氯气反应 生成金属氯化物。
钠（Na）与氯气：

2Na + Cl₂ → 2NaCl







3.3 金属的活泼序

金属的活泼序



金属活泼序的定义


金属活泼序：表示金属的化学活泼性强弱的顺序。



  • 位置越前的金属，活泼性越强。

  • 位置越后的金属，活泼性越弱。




金属活泼序的排列


金属活泼性由强到弱的顺序：


K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au



  • (H)：氢的位置表示金属和酸反应的分界线。

  • 在氢前的金属（如 Fe、Zn）能与稀盐酸或稀硫酸反应，放出氢气。

  • 在氢后的金属（如 Cu、Ag）不能与酸反应生成氢气。

  • 越靠后的金属（如 Ag、Pt、Au）化学性质越稳定，不容易发生氧化反应。




金属活泼序的应用


金属置换反应


规律：



  • 位于活泼序前面的金属，可以将位于活泼序后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。

  • 反应原理：活泼性强的金属更容易失去电子，形成阳离子。


例子：



  • 铁（Fe）置换铜（Cu）：

  • 反应方程式：Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

  • 现象：

    • 铁片表面生成红色的铜。

    • 溶液颜色由蓝色变为浅绿色。




金属与酸的反应


规律：



  • 位于氢（H）前的金属可以与酸反应，生成氢气。

  • 位于氢后的金属不能与酸反应生成氢气。


例子：



  • 锌（Zn）与盐酸：

    • 反应方程式：Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂



  • 铜（Cu）与盐酸：

    • 无反应，因为铜的活泼性比氢弱。






活泼性强弱的影响



























金属活泼性 特点 例子
活泼性强的金属 易失去电子，形成阳离子。 钾（K）、钠（Na）与水剧烈反应生成氢气和碱。
中等活泼的金属 与酸反应生成氢气；能置换出活泼性更弱的金属。 铁（Fe）置换铜（Cu）。
活泼性弱的金属 不易失去电子，化学性质稳定。 金（Au）、铂（Pt）不与酸和氧气反应，适合制成饰品。







3.4 金属的锈蚀与防锈

金属的锈蚀与防锈



金属的锈蚀


锈蚀的定义


锈蚀：金属与周围环境中的气体或液体发生化学反应，导致金属表面或内部结构受到破坏。


锈蚀的影响



  • 机械性能下降：

    • 强度、韧性降低。

    • 零件磨损加剧，使用寿命缩短。



  • 经济损失：

    • 锈蚀会导致设备故障、维修成本增加。




锈蚀的常见例子


铁的锈蚀



  • 条件：铁在潮湿空气中容易被氧气氧化。

  • 锈蚀产物：铁锈的主要成分是氧化铁（III），化学式为Fe₂O₃·xH₂O。

  • 反应过程（简化）：

    • 铁与水和氧气反应：4Fe + 6H₂O + 3O₂ → 4Fe(OH)₃

    • Fe(OH)₃进一步脱水形成Fe₂O₃·xH₂O（铁锈）。




铜的锈蚀



  • 条件：铜在潮湿空气中与氧气、二氧化碳、水等反应。

  • 锈蚀产物：铜锈（铜绿）的主要成分是碱式碳酸铜，化学式为Cu₂(OH)₂CO₃。

  • 反应过程（简化）：

    • 铜与空气中的二氧化碳和水反应：2Cu + H₂O + CO₂ + O₂ → Cu₂(OH)₂CO₃。






防止金属锈蚀的方法


防锈的基本原则



  • 隔绝金属与空气、水的接触。

  • 改变环境条件，减少锈蚀因素。


常见防锈方法





































方法 原理 应用
涂层保护 在金属表面涂上一层防护层，隔绝空气和水。 涂油、涂漆、喷塑。
电镀或热镀 在金属表面镀上一层不易锈蚀的金属（如锌、铬）。 镀锌铁板：铁表面镀锌，防止锈蚀。
阴极保护 利用更活泼的金属（如锌）作为牺牲阳极，保护铁不被氧化。 船体、管道的防腐蚀。
改变环境 减少潮湿或腐蚀性气体的存在。 在干燥环境中保存金属。
合金化 在金属中加入抗腐蚀的元素（如铬、镍），提高耐腐蚀性。 不锈钢：铁中加入铬和镍，形成致密氧化膜，防止锈蚀。



总结



  • 金属锈蚀的本质：金属与环境中的氧气、水等发生化学反应，生成腐蚀性产物。

  • 锈蚀的影响：锈蚀会降低金属的机械性能，缩短使用寿命。

  • 常见锈蚀现象：

    • 铁生锈生成氧化铁（III）。

    • 铜生锈生成铜绿（碱式碳酸铜）。



  • 防锈措施：涂层保护、电镀、阴极保护、改变环境、合金化等。








3.5 化学反应的基本类型

化学反应的基本类型



化学反应的主要类型



  • 化合反应

  • 分解反应

  • 置换反应

  • 复分解反应

  • 中和反应




各种化学反应的定义与特点



化合反应


定义：两种或两种以上的物质（单质或化合物）反应生成一种新的物质。


通式： A + B → AB



  • 金属 + 氧气 → 金属氧化物，例子：4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

  • 非金属 + 氧气 → 非金属氧化物，例子：C + O₂ → CO₂

  • 金属氧化物 + 水 → 碱，例子：CaO + H₂O → Ca(OH)₂

  • 非金属氧化物 + 水 → 酸，例子：SO₃ + H₂O → H₂SO₄




分解反应


定义：一种物质分解生成两种或两种以上的新物质。


通式： AB → A + B



  • 碳酸盐 → 氧化物 + 二氧化碳，例子：CaCO₃ → CaO + CO₂

  • 碳酸氢盐 → 碳酸盐 + 水 + 二氧化碳，例子：2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂




置换反应


定义：一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物。


通式： A + BC → AC + B



  • 金属 + 稀酸 → 盐 + 氢气，例子：Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

  • 金属 + 水 → 碱 + 氢气，例子：2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂




复分解反应


定义：两种化合物相互交换成分，生成两种新的化合物。


通式： AB + CD → AD + CB



  • 盐 + 盐 → 新盐 + 沉淀，例子：CuCl₂ + Na₂CO₃ → NaCl + CuCO₃↓

  • 酸 + 碱 → 盐 + 水（属于中和反应），例子：HCl + NaOH → NaCl + H₂O




中和反应


定义：酸和碱发生反应生成盐和水。


通式： 酸 + 碱 → 盐 + 水



  • 酸 + 碱 → 盐 + 水，例子：HCl + NaOH → NaCl + H₂O

  • 碳酸盐 + 酸 → 盐 + 水 + 二氧化碳，例子：CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂





不属于四种基本化学反应的例子


高炉炼铁：Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂


这是一个复杂的氧化还原反应，不属于化合、分解、置换或复分解反应。




总结











































反应类型 通式 关键特点 常见例子
化合反应 A + B → AB 两种或多种物质生成一种新物质。 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
分解反应 AB → A + B 一种物质分解为多种新物质。 CaCO₃ → CaO + CO₂
置换反应 A + BC → AC + B 单质与化合物反应，生成新单质和新化合物。 Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
复分解反应 AB + CD → AD + CB 两种化合物交换成分生成新化合物。 CuCl₂ + Na₂CO₃ → NaCl + CuCO₃
中和反应 酸 + 碱 → 盐 + 水 酸和碱反应生成盐和水，属于复分解反应的一种。 HCl + NaOH → NaCl + H₂O


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1- 第一章 酸和氢气 2- 第二章 碱和盐 3- 第三章 金属与非金属 4- 第四章 地球矿物资源的开发和利用 5- 第五章 机械能 6- 第六章 热 7- 第七章 能量的转化与守恒 8- 第八章 食物与营养 9- 第九章 消化与吸收 10- 第十章 物质的运输和排泄