金属与非金属单质的化学通性小结

将化学物质进行分类，并对一些重要物质类别的化学通性进行一个较为全面的归纳和总结，是一个不错的化学教学想法。这种对学过知识进行再梳理的工作，将更有利于学生领会事物间的关系，并关注其间的微小差异；更有利于学生把握事物变化的总体规律，并加深对一些特性的了解。

在化学教学中的适当时机，有必要对金属单质及非金属单质的化学通性进行一个小结。

一、金属单质的化学通性

在一些化学复习资料中将金属单质的化学通性归纳为四点（以较为活泼的金属镁为例）：

1. 与非金属反应，Mg + Br2=MgBr2。

2. 与水反应，加热时有Mg + 2H2O=Mg(OH)2+ H2↑。

3. 与酸反应，Mg + 2HCl=MgCl2+ H2↑。

4. 与盐反应，Mg + CuSO4=MgSO4+ Cu。

其实，在中学教学中金属单质并不只表现出这4条性质。还可以再加上一些，如：

5. 一些较为活泼的金属单质还能与某些氧化物反应，如2Mg + CO2=2MgO+ C。

6. 金属单质与某些强氧化性酸的反应产物也较为复杂，如Mg + 2H2SO4(浓)=MgSO4 + 2H2O+ SO2↑。

7. 一些两性金属还能与碱溶液反应，如Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2↑。

在无机化学的范畴内还可以对过渡元素单质再补充一类反应  ，

8. 与配位剂的反应，如铜可溶于热的浓盐酸2Cu+8HCl(浓)= 2H3[CuCl4]+H2。

当然，有的反应可能会是上述两条性质综合的结果，如性质8中的反应就有性质3的成分。而黄金溶于王水，就是性质6、8共同作用的结果。

其实，只要稍微深入一些思考就知道，在这些反应中金属单质都是作为还原剂来参与反应的。这些反应都是金属与氧化剂间的反应。并且，可以将氧化剂只分为成两大类：

一类是溶液中的离子做氧化剂。如性质2水中极少量的H+离子，性质3中的较多的H+离子，性质4中的金属离子。

性质7则是由于性质2中的产物有两性而造成的。因为在反应“2 Zn + 2H2O=Zn(OH)2+ H2↑”的基础上，还有进一步的反应“Zn(OH)2+2NaOH = Na2ZnO2 +2H2O↑”会进行。这使得电极电势Φ(ZnO22-/Zn)值远低于Φ(Zn2+/Zn)，即Zn的还原性显著增强。

性质8也是这样。是配离子形成使金属单质的还原性增强了。

这五种情况都需在水溶液中进行，都应以电极电势（金属活动性顺序表）为依据，进行的也都是置换反应。

另一类反应的氧化剂则主要是有氧化性的分子。可以是非金属、或一些氧化物、或某些强氧化性酸。

这样看金属单质的化学通性，是不是会更简单一些。

当然，在使用这个概括性的化学通性时，必须要对具体单质进行具体的分析。同时能具有这8个性质的金属单质几乎是没有的。即使是以较为活泼的金属镁为例，上面也只是举出了前6个性质的例子（金属镁基本没有两性和配位性）。对不怎么活泼的金属单质，其所具表现出来的性质当然就更少了。

二、非金属单质的化学通性

与接触到的少数几种金属单质相比较，中学化学教材中给出的非金属单质种类要更多一些。也更需要掌握好它们的化学通性。

对此，主要以较为活泼的Cl2为例，将非金属单质的化学性质归纳如下：

1. 与金属反应，Cl2 + Cu =CuCl2。

2. 与H2反应，Cl2 + H2 =2HCl。

3. 与O2等其它非金属反应，2P + 5Cl2 =2PCl5 (Cl2不能直接与O2反应) 。

4. 与水反应，Cl2 + H2O =HCl+HClO（此外，F2、赤热的C也可与水反应）。

5. 与碱反应，Cl2 + 2NaOH =NaCl+NaClO+H2O（B、Si是置换出H2）。

6. 与某些氧化性酸反应，C + 2H2SO4(浓) =CO2+ 2SO2 + 2H2O (Cl2无这条性质)。

7. 与盐的置换反应，Cl2 + 2KI=2KCl+I2（卤离子和S2-离子可被置换）。

不难看出，非金属单质与金属单质化学性质间的最大的差别是，非金属单质在反应中除了可以表现出氧化性之外，有时也可以表现出还原性（在性质3、4、5、6中）。

这样，非金属单质的化学通性就可以归结为四大类。

一类是，由性质1体现的“与金属反应”。其中的非金属单质都只表现为要夺得电子。

第二类，由性质2、3体现的“非金属单质间反应”，是非金属单质间在共用电子。

第三类，包括了性质4、5。可称为“非金属单质与水、碱反应”。表现出这些单质还有一定程度的还原性。

第四类，以性质6、7为代表。体现出有些非金属单质有很强的还原性（性质6）或氧化性（性质7）。

之所以将这两条截然不同的性质合在一起，是因为对某一具体单质来说，两者不可兼得。也就是说，具有性质7的单质，一般是不可能同时具有性质6的。反之也亦然。

三、单质化学活泼性的比较

首先应明确单质的化学活泼性，不能等同于元素的金属性及非金属性。

元素的金属性及非金属性是元素的性质，是原子性质（参数）、单质性质、及其众多化合物性质的一个集合。是一个十分抽象的概念。

单质的性质则要具体一些。但是，具体到某两个单质，它们能具有的性质（所能发生的反应）也不可能就是一种，并可能会有自己的“特长”，而表现出“各有所长”。这时，要如何来处理呢？

作为一个初步的探讨，在这里仅提出，在比较单质的活泼性时应注意以下几点：

1. 不能只以元素周期表为依据

大家熟知、也最为典型的是同属于第ⅤA族的N和P，按原子结构或元素周期表，都应该是N的非金属性强于P。

但是由于单质分子结构的不同， N2的活泼性不但不如白磷（P4），连红磷的活泼性都比不上。

应该承认，元素周期表中的“非金属性”，并不完全等同于非金属“单质的活泼性”。不能用元素周期表来判断单质的化学活泼性。

2. 金属性与金属活动性顺序表也有区别

按照元素周期表，在同一主族中从上到下的元素，其金属性是要逐渐增强的。如果认为“金属活动性顺序”的内涵——标准电极电势，就是金属活泼性的标度，则也是不合适的。因为存在有两者变化规律不相符的情况。

如，第一主族的电极电势数据（如下表）

电对

Li+/Li

Na+/Na

K+/K

Rb+/Rb

Cs+/Cs

Φo/V

-3.0401

-2.7109

-2.931

-2.98

-2.923

这不是一个电极电势值依次减小的变化。在5个电极电势数据竟然有2个“异常”（红色的数据），且其中的Li的还原性竟然还是最强的。是不是据此就可以得出金属性，Li > Na < K< Rb> Cs，的顺序呢？当然不能。

实际上，金属Na与水的反应，比Li与水的反应要激烈的多。实验能被观察到的是反应的快慢及激烈程度，是诸多因素（如产物是否难溶）影响的综合结果，并不仅仅是电极电势。

应该承认，元素周期表中的“金属性”，并不能完全用“标准电极电势”来度量。

3. 在不同类型的反应中，单质的活泼性表现并不会总是一致的

对任意的两种单质来说，其能够进行的类似化学反应往往都不只有一种。

在这些反应中最为常见、也最易于进行难易程度数据比较的，可能也就是，在水溶液中进行氧化还原反应，及以固相形式在较高的温度下进行的氧化还原反应了。因为对前者可以很容易地找到标准电极电势的数据，而后者则有艾林汉图为依据。

标准电极电势数据，有少部分可从中学教材中的“金属活动性顺序表”体现出来。单质的还原性从强到弱，有K、Ca、Na、Mg、Al……，这样的顺序。

其实，在很早以前的中学化学教材中，所用的“金属活动性顺序表”就曾经写为K、Na、Ca、Mg、Al……。据说这是考虑到了反应的剧烈程度而给出的。

但无论如何根据“金属活动性顺序表”，都可以得出单质Na比Mg和Al要更活泼一些的结论。

而根据“氧化物的艾林汉图”，理论上单质在常温时的还原性，则给出了Ca、Mg、Al、Si、Na……，这样的从强到弱顺序。其中金属Na所表现出来的还原性不但不如Al，连非金属Si都不如。在1700K时则更是有顺序Ca、Al、Mg、Si、C、Na……，这样的顺序了[1]

这说明，单质的化学活泼性强弱在不同类型的反应中，可能会有完全不同的表现。所以单质的化学活泼性只能是一个概括性概念，或者是某特定条件下的比较产物。

同样，像元素的金属性及非金属性，只要想到能用碱的强弱来比较金属性，就会知道它也不会是一个简单的概念。而肯定是从一定量的化学现象中抽提出来的抽象概念。

不讨论清楚和严格规定出这些概念的内涵，就容易在化学教学中造成一些不必要的麻烦及无谓的争论。

四、对单质、氧化物、酸、碱和盐相互关系图的改进

在化学教学的适当时机给出“单质、氧化物、酸、碱和盐相互关系图”，对学生全面了解各类物质的化学性质是很有帮助的。

在网上看到了一些这样的图。有的还注明出了反应产物的类别，有的还同时表示出了反应类型，各有优点。

但是，作为一个教学都进行到“要将单质都列入关系图”的时候，学生对反应产物类别及所发生反应的类型（多是初中化学的内容），可能也都不会再有什么兴趣了。

这时，实际上应该将金属与非金属单质的性质补充的再详细一些。为此，可以给出一张如下的图：

并有必要指出以下几点：

1. 图中较粗且带有箭号的短线，除表示所连接物种的性质外，还可以表示有相互制取的关系。

如，左侧最上的箭号线就表示有反应2Cu + O2 = 2CuO，及加热时的反应 CuO  + CO = Cu+ CO2。

右侧最上的箭号线的含义更多。向下的箭号除表示有反应S + O2 = SO2外，还可以表示C被浓硫酸氧化的情况。向上的箭号则表示了反应CO2+2Mg=C+2MgO。

由于酸性氧化物变成非金属单质的反应并不常见，这里还可以补充几个，如加热时的 SiO2 + 2C = Si+ 2CO，及B2O3被较活泼金属还原的反应。

2. 其余较细的连线，则只是表示这两类物质间可以反应，只是单纯地表示了所连接物质的性质。

3. 在考虑细线时，不应再考虑纵列物种间的传承关系。即不要把右侧最下面的盐认为就是含氧酸盐，那样非金属单质就不会与这种盐发生置换反应了。

当然，这个图也只是把各类物质的主要化学性质包容进来了，并不会是其性质的全部。

参考文献

[1] 伍伟夫. 用艾林汉图解释一些化学问题. 化学原理补正博客