化学相关：金属
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金属，或者说金属和金属材料，包括两类，即纯金属和合金。
纯金属是单质，也就是金属元素对应的单质都是纯金属，比如
注意，类似于
人类历史上，是先从铜这种材料开始打开金属材料的大门的。后来发展到铁器，后来过了很长长长长一段时间（咕咕咕），铝制品也出现了，现在也有了钛和钛的合金的运用。
一、金属的物理性质
从物理性质上来说，金属大多数都呈银白色，有光泽，导电导热能力好，具有延展性。
当然金属也是有个性的。汞在常温下呈液态。铜是紫红色的。金是黄色的，铁粉等一些粉状金属是黑色的。
一般地来说，性质，价格，资源，美观度，便利性等都是一种材料怎么被使用的因素。
比如说，高压电缆采用铝制导线，就是因为它密度小不会因为自身重力而压断，而且耐腐蚀。
二、合金
在金属中熔合某些金属或者非金属，具有金属特征的混合物就是合金。
制合金是物理变化，并且各成分的熔沸点要有公共部分，各成分的化学性质在初中阶段是视为不变的。比如，钠的熔点与沸点分别是97.5℃和883℃，铁的熔点与沸点分别是1535℃和2750℃，那么钠与铁就没有合金。
钢是铁与碳的合金，所以钢在氧气中燃烧就伴随两个反应。
生活中也存在一些其他常见的合金，比如生铁，同样也是铁和碳的合金。钢的含碳量约0.03%～2%，生铁则是2%～4.3%。黄铜，颜色似金，但是性质上有很多不同。纯金属是很软的，合金会比较硬，所以咬黄铜硌牙，咬纯金不硌牙，但是钱包会疼。黄铜是铜与锌的合金，所以通过锌的化学性质可以鉴别黄铜与金。
还存在一些其他的合金，比如不锈钢（铁铬镍），锰钢（铁锰碳），青铜（铜锡），白铜（铜镍），焊锡（锡铅），硬铝（铝铜镁硅），18K黄金（金银铜）。
合金比原来的纯金属硬度大，耐腐蚀性强，一般来说熔点也会降低（比如武德合金，熔点只有70℃），但是汞的合金，由于汞的熔点低于0℃，所以合金的熔点只好升高（即相对于另一个金属熔点降低）。
三、金属的化学性质
首先是金属与氧气的反应。
常温下，镁、铝等活泼金属会与氧气发生反应，生成金属氧化物，比如：
铝耐腐蚀主要是因为铝生锈（即上述反应）生成的氧化铝很薄，还很致密，所以保护了内部的铝。其他的生锈，一部分金属常温下与空气生成的东西不够致密，所以会全部被氧化，一部分金属生锈的条件不仅仅是氧气，生成的产物就不好说了。防止生锈，除了镀上不活泼金属以外，也可以镀上部分很活泼的金属，生成的产物就可以像不活泼金属一样保护了。
在点燃/加热/高温条件下，像镁这种活泼金属会与氧气剧烈反应，发出刺眼的白光，在常温下不会发生的情况也可能发生。比如铁在纯氧中是可以燃烧的，生成四氧化三铁。汞，铜等不太活泼的在加热条件下可以被氧化。
金这类很不活泼的，在高温下也不与氧气反应。
然后是与酸反应。
这一类反应有规律可循的。比如，锌与稀硫酸反应，先把方程式左边写出来，也就是“Zn+H2SO4”。写上等号，在脑子里里面把正价的部分交换位置，写在右边，应该就是“ZnSO4+H2”，根据化合价写出正确的化学式，配平，标号即可。结果就是：
同理，铁，镁与稀盐酸稀硫酸反应也一样。
需要注意的是，铁在这类反应中，生成的产物中的铁元素都是正二价的亚铁，溶液的颜色显出浅绿色。
但是，当我们把所有金属全部放在酸里时，现象似乎不太一样。部分金属剧烈反应，部分比较慢，只有气泡。还有的压根就不反应。人们根据下一部分（金属与盐溶液反应，离这里有点远，先别急着往下翻）的内容，比较出了金属活动性的顺序。具体的来说，活动性在氢前面的金属都会与酸反应（下称这些金属为氢前金属），后面的都不反应，比如铜就不反应。
拓展一下。
等质量的氢前金属与足量的酸（本例的计算采用盐酸）反应，产生氢气的量的关系是什么呢？
你可以自己写方程式，设金属质量为m，氢气质量为a，计算镁铁锌铝与盐酸反应生成的氢气质量。这里直接给出结论。
金属与酸反应生成氢气的量，在酸足量时，与金属的化合价和相对原子质量有关。在化合物中显正二价的氢前金属，相对原子质量越小，氢气的量越大。铝在化合物中显正三价，生成氢气的量比正二价的氢前金属多。
但是如果酸不够，那么生成氢气的量只与酸的量有关（因为元素守恒，想一想为什么）。
部分实验题还会探究金属与酸反应过程中温度和气压的变化。一开始不反应，一般是因为外层的氧化膜与酸反应（酸的化学性质，与金属氧化物反应，生成盐和水，无气泡），后来开始反应，温度升高和酸的浓度降低都对反应速率有影响。其中，哪一个因素影响更大，会直接决定反应变快或变慢，直到反应结束，回到室温。
再然后是金属与盐溶液反应。
盐先补充一下，是金属阳离子（包括铵根离子）与酸根离子（包括氯离子）的化合物。
之前探究化学方程式时的一个方程式，湿法炼铜，即铁与硫酸铜溶液反应。
这个反应就是金属与盐溶液反应。铁表面出现红色固体，溶液从蓝色变成浅绿色。
但是呢，铜和硫酸铝不反应，和硝酸银反应。依据这么个关系，反复试验，我们得出了金属的活动性顺序。大概是这样的。（在金属与盐溶液反应中不考虑钾钙钠，因为它们与水反应。）
钾钙钠镁铝，锌铁锡铅(氢)，铜汞银铂金。
前面的金属置换后面的金属对应的盐，即以强换弱，距离越大，越优先反应。
这里会出金属活动性判断的实验题。方法就两种，金属与酸能否反应，金属与盐溶液能否反应，然后自己看。
四、金属资源的利用与保护
自然界中，金属一般以化合物存在，以单质存在的很少，比如金和微量的银。选取什么矿石冶炼最好也成了个问题。一般来说，含所需的金属元素多的，冶炼产物污染小的为最好。
以铁的冶炼为例。
实验室炼铁的原理如下。
现象上，铁矿石从红棕色固体变为黑色固体，出气的导管通入的澄清石灰水变浑浊。
操作上，一氧化碳遵循“早出晚归”的规则。即反应前通一氧化碳，防止装置内空气有氧气导致加热时爆炸，反应后也通一氧化碳，防止空气中氧气进入管内使高温的铁再次氧化。
由于一氧化碳有毒，需要对尾气处理。一般来说，可以直接点燃尾气，或者用气球收集。
怎么证明还原产物真的是铁呢？可以用物理方法（用磁铁吸引），也可以用化学方法（加酸，加金属阳离子比铁的活动性弱的盐溶液，比如加入硫酸铜溶液，溶液会变成浅绿色）。
工业炼铁一般需要准备铁矿石，焦炭和石灰石，以及高炉设备。
首先，焦炭与空气的氧气反应生成二氧化碳，然后这一部分二氧化碳与碳反应，生成具有还原性的一氧化碳，于是这些一氧化碳还原三氧化二铁等铁矿，最终得到混有碳的生铁。
焦炭除了燃烧产生热量以外，在本反应中还产生一氧化碳作为还原剂。石灰石主要是用来造出炉渣（除杂质）。
这些金属显然需要保护。首先，金和银一般不易生锈，因为化学性质不活泼，虽然银器也会有变黑的情况。
铁放着不动是会生锈的。铁生锈需要两个条件，水和氧气。也就是说，只要去一个，常温下就不会生锈。铁锈的主要成分是三氧化二铁的水合物（
铜也会生锈，不过条件要再加上一个二氧化碳，产物是碱式碳酸铜（
金属的防锈也比较简单，保持表面干燥基本就完事儿了，当然因为懒，或者自然环境原因一般也做不到（。所以我们也可以刷漆，涂油，镀其他金属和烤蓝。当然也可以制成合金。
下一期讲溶液。
Lake桑
2019.5.3
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