《高一化学必修一第一章思维导图》

一、 化学——以实验为基础的科学 (Chemistry: An Experimental Science)

• 核心地位: 化学是一门自然科学，研究物质的组成、结构、性质、变化规律及应用。实验是化学科学形成和发展的基础。
• 化学实验的重要性:
  • 提供事实依据，验证理论。
  • 探索未知，发现新现象、新物质、新规律。
  • 培养观察能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力。
  • 体验科学探究的过程。
• 化学实验安全:
  • 基本原则: 遵守实验室规则，了解安全措施。
  • 常见安全标识: 认识并理解易燃、易爆、有毒、腐蚀性等标识。
  • 事故处理:
    • 药品溅洒: 皮肤（大量水冲洗，对症处理）、眼睛（立即水洗，边洗边眨眼）、口中（立即漱口，根据毒性饮用牛奶或蛋清）。
    • 着火: 小面积（湿抹布）、酒精灯（灯帽盖灭）、衣物（就地打滚）。
    • 割伤: 简单处理后送医。
    • 烫伤: 冷水冲。
  • 药品取用规则:
    • “三不”原则：不触、不尝、不直接闻（扇闻法）。
    • 节约原则：按需取用，剩余药品不放回原瓶（放入指定容器）。
    • 标签原则：看清标签。
• 常用仪器及使用:
  • 加热仪器: 酒精灯（火焰分层，外焰温度最高，注意事项）、试管、烧杯、烧瓶、蒸发皿。
  • 计量仪器:
    • 托盘天平（称量固体，精确到0.1g，左物右码，干燥、无腐蚀性药品用称量纸或烧杯）。
    • 量筒（量取液体体积，精确到0.1mL或更高，视规格而定，平视读数，选择合适量程）。
    • 容量瓶（配制精确浓度溶液，标有温度和容积，有特定规格，使用前检查是否漏水）。
    • 滴定管（酸式、碱式，精确量取液体，精确到0.01mL）。
  • 反应容器: 试管、烧杯、烧瓶（圆底、平底）、锥形瓶。
  • 分离仪器: 漏斗（普通漏斗、分液漏斗、长颈漏斗）、蒸发皿、冷凝管、烧瓶。
  • 夹持仪器: 铁架台（含铁圈、铁夹）、试管夹。
  • 其他: 玻璃棒（搅拌、引流、蘸取）、药匙、胶头滴管（垂直悬空滴加，不伸入、不接触、不倒置）、洗瓶。

二、 化学实验基本操作 (Basic Experimental Operations)

• 药品的取用:
  • 固体: 块状（镊子）、粉末（药匙或纸槽）。
  • 液体: 倾倒法（标签向手心，瓶口紧挨，慢倒）、滴加法（胶头滴管）。
• 物质的加热:
  • 直接加热: 试管、蒸发皿、坩埚。
  • 垫石棉网加热: 烧杯、烧瓶（防止受热不均炸裂）。
  • 给试管加热: 预热，管口略向上倾斜（固体）或与桌面成45°（液体），液体不超过容积1/3。
• 仪器的连接: 按照气流方向，从下到上，从左到右。注意接口匹配和气密性。
• 装置气密性检查:
  • 原理: 形成密闭体系，改变体系内温度或压强，观察现象（水柱、气泡）。
  • 方法: 微热法、注水法等。
• 洗涤仪器:
  • 标准: 内壁附着的水既不聚成水滴，也不成股流下。
  • 方法: 试管刷、洗涤剂、水冲洗，必要时用特殊洗液（如铬酸洗液处理油污，但有毒性需谨慎）。

三、 混合物的分离与提纯 (Separation and Purification of Mixtures)

• 基本概念:
  • 混合物: 由两种或多种物质混合而成，各物质保持原有性质。
  • 纯净物: 由一种物质组成。
  • 分离: 将混合物中各组分彼此分开，得到纯净物质的操作。
  • 提纯: 除去物质中混有的少量杂质，得到较纯净物质的操作。
  • 除杂原则: 不增（不引入新杂质）、不减（不损失被提纯物）、易分（杂质易于分离）、最佳（试剂廉价、操作简便、污染小）。
• 常用方法及其原理:
  • 过滤 (Filtration):
    • 原理: 利用物质溶解性的差异，分离固体和液体。
    • 适用: 分离不溶性固体与液体。
    • 仪器: 漏斗、滤纸、烧杯、玻璃棒、铁架台。
    • 操作要点: “一贴”（滤纸紧贴漏斗壁）、“二低”（滤纸边缘低于漏斗边缘，液面低于滤纸边缘）、“三靠”（烧杯靠玻璃棒、玻璃棒靠三层滤纸处、漏斗下端靠烧杯内壁）。
    • 实例: 粗盐提纯（除泥沙）、分离水和CaCO₃。
  • 蒸发 (Evaporation):
    • 原理: 利用加热使溶液中溶剂汽化，从而分离出溶质。
    • 适用: 分离可溶性固体与液体（溶剂易挥发）。
    • 仪器: 蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、铁架台（带铁圈）。
    • 操作要点: 液体不超过容积2/3，不断搅拌防溅，出现较多固体时停止加热（利用余热蒸干）。
    • 实例: 从NaCl溶液中获得NaCl固体。
  • 蒸馏 (Distillation):
    • 原理: 利用液体混合物中各组分沸点的差异进行分离。
    • 适用: 分离沸点差异较大且互溶的液体混合物；提纯液体（除去难挥发或不挥发杂质）。
    • 仪器: 蒸馏烧瓶、酒精灯、冷凝管、温度计、锥形瓶（或烧杯）、铁架台、石棉网。
    • 操作要点:
      • 加入沸石（或碎瓷片）防暴沸。
      • 温度计水银球置于蒸馏烧瓶支管口处。
      • 冷凝水“下进上出”。
      • 加热控制温度。
    • 实例: 制取蒸馏水、分离酒精和水。
  • 萃取与分液 (Extraction and Separation):
    • 萃取原理: 利用某溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度的不同，将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中。
    • 分液原理: 分离互不相溶的液体。
    • 适用: 萃取（分离溶解在一种溶剂中的溶质）、分液（分离互不相溶的液体）。
    • 仪器: 分液漏斗、烧杯、铁架台（带铁圈）。
    • 萃取剂选择: 与原溶剂互不相溶；溶质在萃取剂中溶解度远大于在原溶剂中；不与溶质或原溶剂反应。
    • 操作要点:
      • 检查分液漏斗是否漏水。
      • 将待分离液和萃取剂倒入，盖塞。
      • 倒置，振荡（边振荡边放气）。
      • 静置分层。
      • 分液：打开上口塞子（或使凹槽对准小孔），下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。
    • 实例: 用CCl₄或苯萃取碘水中的碘。
  • 其他方法: 升华（碘、干冰）、结晶（重结晶提纯KNO₃）、渗析（分离胶体）、盐析（分离蛋白质）。

四、 物质的量及其应用 (The Mole and Its Applications) - 核心概念

• 物质的量 (Amount of Substance, n):
  • 定义: 表示含有一定数目粒子的集合体。是国际单位制（SI）中7个基本物理量之一。
  • 符号: n
  • 单位: 摩尔 (mole), 简称 摩, 符号 mol。
  • 基准: 1 mol 任何粒子集合体所含粒子数与 0.012 kg ¹²C 中所含的碳原子数相同。
  • 注意: 必须指明粒子种类（分子、原子、离子、电子、质子、中子或特定组合）。
• 阿伏加德罗常数 (Avogadro Constant, N<0xE2><0x82><0x90>):
  • 定义: 1 mol 任何粒子的粒子数。
  • 符号: N_A
  • 近似值: 6.02 × 10²³ mol⁻¹ (是精确值，不是约等值，但计算中常用近似值)。
  • 桥梁: 连接微观粒子数 (N) 和宏观物质的量 (n) 的桥梁。
  • 关系: n = N / N_A 或 N = n × N_A。
• 摩尔质量 (Molar Mass, M):
  • 定义: 单位物质的量的物质所具有的质量。
  • 符号: M
  • 单位: g/mol (或 g·mol⁻¹) 或 kg/mol (常用前者)。
  • 数值: 以 g/mol 为单位时，其数值上等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。
  • 桥梁: 连接宏观质量 (m) 和物质的量 (n) 的桥梁。
  • 关系: n = m / M 或 m = n × M。
• 气体摩尔体积 (Molar Volume of Gas, V<0xE2><0x82><0x98>):
  • 定义: 单位物质的量的气体所占有的体积。
  • 符号: V_m
  • 单位: L/mol (或 L·mol⁻¹) 或 m³/mol。
  • 影响因素: 温度 和 压强 (对固体和液体影响小，可忽略)。
  • 标准状况 (Standard Temperature and Pressure, STP):
    • 条件: 温度 0 ℃ (273.15 K)，压强 101 kPa (1 atm)。
    • STP下气体摩尔体积: V_m ≈ 22.4 L/mol。注意: 此值只适用于标准状况下的气体。
  • 桥梁: 连接气体体积 (V) 和物质的量 (n) 的桥梁 (在特定条件下)。
  • 关系 (STP下气体): n = V / V_m(STP) 或 V = n × V_m(STP)。
• 物质的量浓度 (Molar Concentration, c):
  • 定义: 以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量。
  • 符号: c 或 c(B)
  • 单位: mol/L (或 mol·L⁻¹)。
  • 桥梁: 连接溶液体积 (V) 和溶质物质的量 (n) 的桥梁。
  • 关系: c = n / V 或 n = c × V。注意: V 指的是溶液的体积，不是溶剂的体积。
  • 溶液稀释: 稀释前后，溶质的物质的量 (n) 或质量 (m) 不变。c₁V₁ = c₂V₂。
• 一定物质的量浓度溶液的配制:
  • 主要仪器: 托盘天平（或量筒）、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。
  • 关键仪器: 容量瓶 (标有温度、容积、刻度线，使用前查漏，选择合适规格)。
  • 步骤:
    1. 计算: 计算所需溶质的质量或体积。
    2. 称量/量取: 准确称取固体溶质或量取液体溶质/浓溶液。
    3. 溶解/稀释: 在烧杯中用适量溶剂溶解固体或稀释浓溶液，搅拌，冷却至室温。
    4. 转移: 用玻璃棒引流，将溶液沿玻璃棒转移至容量瓶。
    5. 洗涤: 用少量溶剂洗涤烧杯和玻璃棒2-3次，洗涤液全部转移至容量瓶。
    6. 定容: 向容量瓶中加水至接近刻度线1-2 cm处，改用胶头滴管滴加至凹液面最低点与刻度线相切。
    7. 摇匀: 盖紧瓶塞，反复倒置摇匀。
    8. 装瓶贴签: 将配好的溶液倒入试剂瓶，贴上标签（注明物质名称、浓度）。
  • 误差分析:
    • 依据: 分析操作对溶质物质的量 n 和溶液体积 V 的影响，根据 c = n / V 判断浓度偏高或偏低。
    • 常见情况:
      • n偏小 (导致c偏低): 称量时砝码生锈/读数偏小、药品潮解/损失、转移时有溅出、洗涤液未转入、量取液体俯视读数。
      • n偏大 (导致c偏高): 称量时药品生锈/读数偏大、量取液体仰视读数。
      • V偏小 (导致c偏高): 定容时俯视刻度线、容量瓶内原有水珠（对固体溶解无影响，对浓溶液稀释有影响，但通常认为无影响，因为V指的是最终溶液体积）、未冷却即转移定容。
      • V偏大 (导致c偏低): 定容时仰视刻度线、加水超过刻度线后吸出、洗涤容量瓶后未干燥（若用待配溶液润洗则偏高）。

五、 以物质的量为中心的计算 (Calculations Centered on the Mole)

• 核心地位: n (物质的量) 是联系宏观量（质量 m、气体体积 V、溶液体积 V_solution）和微观量（粒子数 N）的中心枢纽。

• 换算关系图:

  mermaid graph LR A(质量 m) ---|M 摩尔质量| B(物质的量 n); B ---|N_A 阿伏加德罗常数| C(粒子数 N); B ---|V_m 气体摩尔体积 (特定条件)| D(气体体积 V); B ---|V_solution 溶液体积| E(物质的量浓度 c); A <-.-.-|计算公式 m=nM| B; C <-.-.-|计算公式 N=nN_A| B; D <-.-.-|计算公式 V=nV_m| B; E <-.-.-|计算公式 c=n/V_solution| B;

• 关键计算公式总结:

  • n = m / M
  • n = N / N_A
  • n = V(gas) / V_m (注意条件)
  • n = c × V(solution)

• 应用: 涉及化学方程式的计算（利用化学计量数之比等于物质的量之比）、溶液稀释、混合物组成分析等。