《化学第三单元思维导图》

一、物质的构成与分类

1. 物质的基本概念

• 定义: 占据空间、具有质量的客观存在。
  • 组成: 由元素组成。

2. 物质的分类

• 依据: 根据物质的组成和性质进行分类。
  • 分类体系:
    • 混合物 (Mixture)
      • 定义: 由两种或多种物质混合而成，各物质保持各自的化学性质。
      • 特征: 组成不固定，无固定熔沸点。
      • 分类:
        • 均一混合物 (Homogeneous Mixture): 各部分性质相同，如溶液（空气、盐水、糖水）、合金。
          • 溶液 (Solution): 一种或几种物质分散到另一种物质中形成的均一、稳定的混合物。
            • 组成: 溶质 (Solute)、溶剂 (Solvent)。
            • 特征: 均一性、稳定性。
        • 非均一混合物 (Heterogeneous Mixture): 各部分性质不同，如浊液（泥水）、乳浊液（油水混合物）、悬浊液。
      • 分离与提纯方法:
        • 过滤 (Filtration): 分离不溶性固体和液体。
        • 蒸发 (Evaporation): 分离可溶性固体和液体（得到固体）。
        • 蒸馏 (Distillation): 分离沸点不同的液体混合物（或分离可溶性固体和液体，得到纯净液体）。
        • 结晶 (Crystallization): 从溶液中获得固体溶质（溶解度随温度变化大用降温结晶，变化小用蒸发结晶）。
        • 萃取 (Extraction): 利用溶质在不同溶剂中溶解度的差异，将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂。
        • 分液 (Separation): 分离互不相溶的液体。
    • 纯净物 (Pure Substance)
      • 定义: 由一种物质组成。
      • 特征: 组成固定，有固定的物理性质（如熔点、沸点、密度）。
      • 分类:
        • 单质 (Element): 由同种元素组成的纯净物。
          • 定义: 不能通过化学反应再分解。
          • 实例: 氧气 (O₂)、铁 (Fe)、氢气 (H₂)、碳 (C)。
          • 分类:
            • 金属单质: 如 Fe, Cu, Al。
            • 非金属单质: 如 O₂, S, P。
            • 稀有气体单质: 如 He, Ne, Ar。
        • 化合物 (Compound): 由不同种元素组成的纯净物。
          • 定义: 可以通过化学反应分解成更简单的物质（单质或更简单的化合物）。
          • 实例: 水 (H₂O)、二氧化碳 (CO₂)、氯化钠 (NaCl)。
          • 分类 (初步):
            • 氧化物 (Oxide): 由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物 (如 H₂O, CO₂, Fe₂O₃)。
            • 酸 (Acid): 电离时产生的阳离子全部是氢离子的化合物 (如 HCl, H₂SO₄)。
            • 碱 (Base): 电离时产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物 (如 NaOH, Ca(OH)₂)。
            • 盐 (Salt): 电离时产生金属阳离子（或铵根离子）和酸根阴离子的化合物 (如 NaCl, CuSO₄, NH₄Cl)。
            • 有机化合物 (Organic Compound): 通常指含碳元素的化合物（除 CO, CO₂, 碳酸盐等少数无机物外）。
            • 无机化合物 (Inorganic Compound): 不含有碳氢键的化合物及少数简单含碳化合物。

二、微观粒子与物质结构

1. 原子 (Atom)

• 定义: 化学变化中的最小粒子。
  • 构成:
    • 原子核 (Nucleus): 位于原子中心，带正电，集中了原子几乎全部质量。
      • 质子 (Proton): 带一个单位正电荷。
      • 中子 (Neutron): 不带电。
    • 核外电子 (Electron): 带一个单位负电荷，在原子核外高速运动。
  • 电性关系: 原子呈电中性 (质子数 = 核外电子数)。
  • 质量关系: 原子质量 ≈ 原子核质量 (质子质量 ≈ 中子质量 >> 电子质量)。
  • 原子序数 (Atomic Number): = 核电荷数 = 质子数 = (原子中)核外电子数。
  • 质量数 (Mass Number): = 质子数 + 中子数。
  • 表示方法: ᴬ<0xE1><0xB5><0xA_Z>X (A: 质量数, Z: 质子数, X: 元素符号)。
  • 同位素 (Isotope): 质子数相同但中子数不同的同一元素的不同原子 (如 ¹H, ²H, ³H； ¹²C, ¹³C, ¹⁴C)。

2. 分子 (Molecule)

• 定义: 由原子构成的，能够独立存在并保持物质化学性质的一种粒子。
  • 构成: 由两个或多个原子通过化学键结合而成 (可以是同种原子，也可以是不同种原子)。
  • 特性: 在化学变化中可分。
  • 实例: 水分子 (H₂O)、氧分子 (O₂)、二氧化碳分子 (CO₂)。

3. 离子 (Ion)

• 定义: 带电荷的原子或原子团。
  • 形成: 原子得失电子形成。
    • 阳离子 (Cation): 原子失去电子形成，带正电荷 (如 Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺, NH₄⁺)。
    • 阴离子 (Anion): 原子得到电子形成，带负电荷 (如 Cl⁻, O²⁻, SO₄²⁻, OH⁻)。
  • 离子化合物: 通常由阳离子和阴离子通过静电作用构成 (如 NaCl, MgO)。

4. 元素 (Element)

• 定义: 具有相同核电荷数（即相同质子数）的一类原子的总称。
  • 与物质的关系: 元素是组成物质的基本成分。

5. 相对原子质量与相对分子质量

• 相对原子质量 (Relative Atomic Mass): 以¹²C原子质量的1/12为标准，其他原子的质量与该标准的比值。 (近似值 ≈ 质子数 + 中子数)。
  • 相对分子质量 (Relative Molecular Mass): 分子中各原子的相对原子质量的总和。

三、化学用语与化学计量

1. 化学符号

• 元素符号 (Element Symbol): 用来表示元素的符号 (如 H, O, Fe)。
  • 宏观意义: 表示一种元素。
  • 微观意义: 表示该元素的一个原子。
    • 离子符号 (Ion Symbol): 在元素符号(或原子团)右上角标明所带电荷数和电性 (如 Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻)。

2. 化学式 (Chemical Formula)

• 定义: 用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子。
  • 类型: 分子式、实验式(最简式)、结构式、电子式等。
  • 意义 (以分子式为例):
    • 表示一种物质 (宏观)。
    • 表示该物质的元素组成 (宏观)。
    • 表示该物质的一个分子 (微观)。
    • 表示该物质一个分子的原子构成 (微观)。
    • 可计算相对分子质量。
  • 书写规则: 正价在前，负价在后；化合物中各元素化合价代数和为零。

3. 化合价 (Valence)

• 定义: 元素原子在形成化合物时表现出的一种性质，表示原子形成化学键的能力或数目。有正负之分。
  • 规律与原则:
    • 单质中元素的化合价为0。
    • 化合物中各元素正负化合价代数和为0。
    • 氧元素通常显 -2 价 (过氧化物中 -1 价)。
    • 氢元素通常显 +1 价 (金属氢化物中 -1 价)。
    • 金属元素通常显正价。
    • 原子团作为一个整体，有其固定的化合价。
  • 应用: 根据化合价书写化学式或判断化学式正误。

4. 化学方程式 (Chemical Equation)

• 定义: 用化学式表示化学反应的式子。
  • 书写原则:
    • 客观事实: 以客观实验事实为基础。
    • 质量守恒定律: 反应前后各原子种类和数目不变。
  • 书写步骤: 写 → 配 → 注 → 等。
    • 写: 写出反应物和生成物的化学式。
    • 配: 配平化学方程式，使左右两边各种原子数目相等 (常用方法: 最小公倍数法、观察法、奇数配偶法等)。
    • 注: 注明反应条件 (点燃、加热(Δ)、催化剂等) 和生成物状态 (气体↑、沉淀↓)。
    • 等: 将短线改成等号。
  • 意义:
    • 表明反应物、生成物和反应条件。
    • 表明反应中各物质之间的粒子个数比。
    • 表明反应中各物质之间的质量比 (可用于化学计算)。

四、物质的量 (The Mole Concept)

1. 基本概念

• 物质的量 (Amount of Substance): 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。
    • 摩尔 (mole):
  • 定义: 1 mol 粒子集体所含的粒子数与 0.012 kg ¹²C 中所含的碳原子数相同。
  • 对象: 微观粒子 (原子、分子、离子、电子、质子、中子等) 或其特定组合。使用时需指明粒子种类。
    • 阿伏加德罗常数 (Avogadro Constant):
  • 定义: 1 mol 任何粒子的粒子数，是一个精确的物理常数。
  • 符号: N<0xE2><0x82><0x90>
  • 近似值: 约 6.02 × 10²³ mol⁻¹。
  • 关系: N = n × N<0xE2><0x82><0x90> (N: 粒子数, n: 物质的量)。
    • 摩尔质量 (Molar Mass):
  • 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 kg/mol (常用 g/mol)。
  • 数值: 当以 g/mol 为单位时，摩尔质量的数值上等于该粒子的相对原子(分子)质量。
  • 关系: m = n × M (m: 质量, n: 物质的量)。

2. 气体摩尔体积 (Molar Volume of Gas) - 特定条件下

• 定义: 单位物质的量的气体所占有的体积。
  • 符号: V<0xE2><0x82><0x98>
  • 单位: L/mol 或 m³/mol。
  • 影响因素: 主要受温度和压强影响。
  • 标准状况 (Standard Temperature and Pressure, STP):
    • 条件: 温度 0℃ (273.15 K)，压强 101.325 kPa。
    • 标准状况下的气体摩尔体积: V<0xE2><0x82><0x98> ≈ 22.4 L/mol (适用于任何气体)。
  • 关系: V = n × V<0xE2><0x82><0x98> (V: 气体体积, n: 物质的量, V<0xE2><0x82><0x98>: 特定条件下的气体摩尔体积)。

3. 物质的量浓度 (Amount of Substance Concentration / Molarity)

• 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)。
  • 计算公式: c = n / V (n: 溶质的物质的量, V: 溶液的体积)。
  • 溶液的配制:
    • 主要步骤: 计算 → 称量(或量取) → 溶解(或稀释) → 转移 → 洗涤 → 定容 → 摇匀 → 装瓶贴签。
    • 主要仪器: 托盘天平(或量筒)、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。
    • 注意事项: 容量瓶的选择与规格、定容操作的准确性、不可在容量瓶中溶解或稀释溶质。

4. 物质的量在化学计算中的应用

• 核心地位: 物质的量是联系宏观量 (质量 m, 体积 V) 和微观粒子数 (N) 的桥梁。

  • 换算网络:

    质量 (m) <-- M --> 物质的量 (n) <-- NA --> 粒子数 (N)	^ Vm(气体) V(溶液)

                            v c

    气体体积 (V气) 溶液体积 (V液) / 浓度 (c)

  • 化学方程式计算: 利用化学方程式中各物质的物质的量之比等于化学计量数之比进行计算。

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