初中化学金属思维导图

# 《初中化学金属思维导图》

## I. 金属概述

### A. 定义
1.  通常指具有光泽（金属光泽），易导电、导热，有延展性的物质。
    2.  常温下一般为固态（汞是液态）。

### B. 分布
1.  地壳中含量：Al > Fe > Ca > Na > K > Mg。
    2.  存在形式：
        a.  游离态：少数极不活泼的金属，如金(Au)、铂(Pt)等。
        b.  化合态：多数金属以化合物形式存在，如铁矿石、铝土矿等。

### C. 金属的物理性质
1.  光泽：金属光泽。
    2.  导电性：良导体。
    3.  导热性：良导体。
    4.  延展性：具有延性（拉成细丝）和展性（压成薄片）。
    5.  熔点：差异较大。
    6.  密度：差异较大。
    7.  硬度：差异较大。

## II. 金属的化学性质

### A. 金属与氧气反应
1.  Mg：2Mg + O₂  点燃 2MgO (剧烈燃烧，耀眼白光，放热，生成白色固体)
    2.  Al：4Al + 3O₂  点燃 2Al₂O₃ (燃烧，放热，生成白色固体)
        *   铝在空气中易形成致密的氧化膜，具有保护作用。
    3.  Fe：3Fe + 2O₂  点燃 Fe₃O₄ (剧烈燃烧，火星四射，放热，生成黑色固体)
    4.  Cu：2Cu + O₂  加热 2CuO (变黑)
    5.  Au/Pt：在通常情况下，不与氧气反应。
    6.  反应剧烈程度与金属活动性有关。

### B. 金属与酸反应 (酸必须是稀盐酸或稀硫酸，不能是浓硫酸或硝酸，因为浓硫酸和硝酸具有强氧化性，发生的是氧化还原反应，并非置换反应)
1.  条件：金属活动性顺序中排在氢(H)前面的金属。
    2.  现象：产生气泡，金属逐渐溶解。
    3.  反应类型：置换反应。
    4.  实质：金属失去电子，氢离子得到电子。
    5.  示例：
        a.  Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
        b.  Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑
        c.  Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑
        d.  2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑
    6.  反应速率与金属活动性和酸的浓度有关。

### C. 金属与盐溶液反应
1.  条件：
        a.  金属活动性顺序中，排在前面的金属可以把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来。
        b.  盐必须可溶于水。
        c.  金属本身不能与水反应 (K, Ca, Na 除外，它们先和水反应)。
    2.  反应类型：置换反应。
    3.  示例：
        a.  Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu
        b.  Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu
        c.  Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag
    4.  注意：铁与盐溶液反应生成亚铁盐。

### D. 金属活动性顺序
1.  K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au
    2.  意义：
        a.  可判断金属活动性强弱。
        b.  可判断金属与酸能否发生反应。
        c.  可判断金属与盐溶液能否发生置换反应。

## III. 金属的冶炼

### A. 概念
1.  将金属从其矿物中提取出来的过程。

### B. 主要方法
1.  热还原法：
        a.  原理：利用还原剂（如C、CO、H₂等）在高温下将金属氧化物还原为金属。
        b.  示例：
            *   Fe₂O₃ + 3CO  高温 2Fe + 3CO₂
            *   CuO + H₂  加热 Cu + H₂O
            *   C + 2CuO  高温 2Cu + CO₂↑
        c.  适用于活动性较弱的金属。
    2.  电解法：
        a.  原理：电解金属化合物（通常是氧化物或氯化物）。
        b.  示例：
            *   2Al₂O₃  通电 4Al + 3O₂↑ (工业炼铝)
            *   2NaCl  通电 2Na + Cl₂↑ (工业制氯气和氢氧化钠)
        c.  适用于活动性很强的金属（如钠、钾、铝等）。
    3.  热分解法：
        a.  原理：某些金属的化合物受热分解直接生成金属。
        b.  适用于少数非常不活泼的金属（如金、铂等）。

## IV. 金属材料及其应用

### A. 纯金属
1.  铁(Fe)：强度不高，易生锈。
    2.  铝(Al)：密度小，耐腐蚀。
    3.  铜(Cu)：导电性好。

### B. 合金
1.  定义：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的混合物。
    2.  特性：合金的性能优于其组成金属。
    3.  常见合金：
        a.  钢铁：铁碳合金，分为生铁（含碳量高）和钢（含碳量低）。
        b.  铝合金：密度小，强度高，耐腐蚀。
        c.  铜合金：黄铜（铜锌合金），青铜（铜锡合金），白铜（铜镍合金）。
    4.  影响合金性能的因素：成分、比例。

### C. 应用
1.  Fe：制造机器、车辆、桥梁等。
    2.  Al：制造飞机、电缆等。
    3.  Cu：制造电线、电器元件等。
    4.  合金：应用广泛，如钢铁用于建筑，铝合金用于航空，铜合金用于电子工业。
    5.  金属的应用与其性质密切相关。

## V. 金属的腐蚀与防护

### A. 金属腐蚀
1.  定义：金属或合金与周围介质（如空气、水等）发生化学或电化学反应而引起的损耗和破坏。
    2.  主要类型：
        a.  化学腐蚀：金属与干燥气体或非电解质溶液直接发生化学反应。
        b.  电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触，形成原电池或电解池而发生的腐蚀。
            *   析氢腐蚀：酸性较强的环境。
            *   吸氧腐蚀：中性或碱性环境。
    3.  铁生锈的条件：铁与氧气和水同时接触。

### B. 金属的防护
1.  改变金属的内部结构，制成合金（如不锈钢）。
    2.  在金属表面覆盖保护层：
        a.  涂油漆。
        b.  镀金属。
        c.  形成致密的氧化膜（如铝的阳极氧化）。
    3.  电化学保护：
        a.  牺牲阳极的阴极保护法：连接比被保护金属更活泼的金属（如锌），形成原电池。
        b.  外加电流的阴极保护法：将被保护金属连接到电源的负极。
    4.  保持金属表面清洁干燥。

《初中化学金属思维导图》

I. 金属概述

A. 定义

通常指具有光泽（金属光泽），易导电、导热，有延展性的物质。
1. 常温下一般为固态（汞是液态）。

B. 分布

地壳中含量：Al > Fe > Ca > Na > K > Mg。
1. 存在形式： a. 游离态：少数极不活泼的金属，如金(Au)、铂(Pt)等。 b. 化合态：多数金属以化合物形式存在，如铁矿石、铝土矿等。

C. 金属的物理性质

光泽：金属光泽。
1. 导电性：良导体。
2. 导热性：良导体。
3. 延展性：具有延性（拉成细丝）和展性（压成薄片）。
4. 熔点：差异较大。
5. 密度：差异较大。
6. 硬度：差异较大。

II. 金属的化学性质

A. 金属与氧气反应

Mg：2Mg + O₂ 点燃 2MgO (剧烈燃烧，耀眼白光，放热，生成白色固体)
1. Al：4Al + 3O₂ 点燃 2Al₂O₃ (燃烧，放热，生成白色固体)
  - 铝在空气中易形成致密的氧化膜，具有保护作用。
2. Fe：3Fe + 2O₂ 点燃 Fe₃O₄ (剧烈燃烧，火星四射，放热，生成黑色固体)
3. Cu：2Cu + O₂ 加热 2CuO (变黑)
4. Au/Pt：在通常情况下，不与氧气反应。
5. 反应剧烈程度与金属活动性有关。

B. 金属与酸反应 (酸必须是稀盐酸或稀硫酸，不能是浓硫酸或硝酸，因为浓硫酸和硝酸具有强氧化性，发生的是氧化还原反应，并非置换反应)

条件：金属活动性顺序中排在氢(H)前面的金属。
1. 现象：产生气泡，金属逐渐溶解。
2. 反应类型：置换反应。
3. 实质：金属失去电子，氢离子得到电子。
4. 示例： a. Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ b. Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ c. Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑ d. 2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑
5. 反应速率与金属活动性和酸的浓度有关。

C. 金属与盐溶液反应

条件： a. 金属活动性顺序中，排在前面的金属可以把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来。 b. 盐必须可溶于水。 c. 金属本身不能与水反应 (K, Ca, Na 除外，它们先和水反应)。
1. 反应类型：置换反应。
2. 示例： a. Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu b. Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu c. Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag
3. 注意：铁与盐溶液反应生成亚铁盐。

D. 金属活动性顺序

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au
1. 意义： a. 可判断金属活动性强弱。 b. 可判断金属与酸能否发生反应。 c. 可判断金属与盐溶液能否发生置换反应。

III. 金属的冶炼

A. 概念

将金属从其矿物中提取出来的过程。

B. 主要方法

热还原法： a. 原理：利用还原剂（如C、CO、H₂等）在高温下将金属氧化物还原为金属。 b. 示例：
- Fe₂O₃ + 3CO 高温 2Fe + 3CO₂
- CuO + H₂ 加热 Cu + H₂O
- C + 2CuO 高温 2Cu + CO₂↑ c. 适用于活动性较弱的金属。
  1. 电解法： a. 原理：电解金属化合物（通常是氧化物或氯化物）。 b. 示例：
- 2Al₂O₃ 通电 4Al + 3O₂↑ (工业炼铝)
- 2NaCl 通电 2Na + Cl₂↑ (工业制氯气和氢氧化钠) c. 适用于活动性很强的金属（如钠、钾、铝等）。
  1. 热分解法： a. 原理：某些金属的化合物受热分解直接生成金属。 b. 适用于少数非常不活泼的金属（如金、铂等）。

IV. 金属材料及其应用

A. 纯金属

铁(Fe)：强度不高，易生锈。
1. 铝(Al)：密度小，耐腐蚀。
2. 铜(Cu)：导电性好。

B. 合金

定义：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的混合物。
1. 特性：合金的性能优于其组成金属。
2. 常见合金： a. 钢铁：铁碳合金，分为生铁（含碳量高）和钢（含碳量低）。 b. 铝合金：密度小，强度高，耐腐蚀。 c. 铜合金：黄铜（铜锌合金），青铜（铜锡合金），白铜（铜镍合金）。
3. 影响合金性能的因素：成分、比例。

C. 应用

Fe：制造机器、车辆、桥梁等。
1. Al：制造飞机、电缆等。
2. Cu：制造电线、电器元件等。
3. 合金：应用广泛，如钢铁用于建筑，铝合金用于航空，铜合金用于电子工业。
4. 金属的应用与其性质密切相关。

V. 金属的腐蚀与防护

A. 金属腐蚀

定义：金属或合金与周围介质（如空气、水等）发生化学或电化学反应而引起的损耗和破坏。
1. 主要类型： a. 化学腐蚀：金属与干燥气体或非电解质溶液直接发生化学反应。 b. 电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触，形成原电池或电解池而发生的腐蚀。
  - 析氢腐蚀：酸性较强的环境。
  - 吸氧腐蚀：中性或碱性环境。
2. 铁生锈的条件：铁与氧气和水同时接触。

B. 金属的防护

改变金属的内部结构，制成合金（如不锈钢）。
1. 在金属表面覆盖保护层： a. 涂油漆。 b. 镀金属。 c. 形成致密的氧化膜（如铝的阳极氧化）。
2. 电化学保护： a. 牺牲阳极的阴极保护法：连接比被保护金属更活泼的金属（如锌），形成原电池。 b. 外加电流的阴极保护法：将被保护金属连接到电源的负极。
3. 保持金属表面清洁干燥。

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