《八上科学第一章思维导图》

一、物质的组成

1.1 物质的宏观组成

1.1.1 物质的分类

• 混合物
  • 定义：由两种或多种物质混合而成的物质。
  • 特征：
    • 组成成分多样。
    • 性质不纯。
    • 没有固定组成和性质。
  • 常见例子：空气、海水、泥土、饮料。
  • 分离方法：
    • 过滤：分离固体和液体混合物，适用于不溶性固体。
    • 蒸发：分离溶解在液体中的可溶性固体。
    • 蒸馏：分离沸点不同的液体混合物。
    • 萃取：利用溶剂溶解混合物中某种成分。
• 纯净物
  • 定义：由一种物质组成的物质。
  • 特征：
    • 组成成分单一。
    • 具有固定组成和性质。
  • 分类：
    • 单质：由同种元素组成的纯净物。
      • 金属单质：如铁、铜、铝。
      • 非金属单质：如氧气、氮气、碳。
    • 化合物：由两种或多种元素组成的纯净物。
      • 氧化物：由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物，如水、二氧化碳。
      • 酸：电离时产生的阳离子全部是氢离子的化合物，如盐酸、硫酸。
      • 碱：电离时产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物，如氢氧化钠、氢氧化钙。
      • 盐：由金属离子（或铵根离子）和酸根离子组成的化合物，如氯化钠、碳酸钙。

1.1.2 物质的属性

• 物理性质
  • 定义：不需要发生化学变化就表现出来的性质。
  • 例子：颜色、气味、状态、硬度、密度、熔点、沸点、溶解性、导电性、导热性等。
• 化学性质
  • 定义：物质在化学变化中表现出来的性质。
  • 例子：可燃性、氧化性、还原性、酸碱性、稳定性等。
• 变化
  • 物理变化：没有新物质生成的变化。
    • 例子：水的沸腾、冰的融化、灯泡发光。
  • 化学变化：有新物质生成的变化。
    • 例子：燃烧、生锈、食物腐败。
  • 物理变化和化学变化的区别与联系：
    • 区别：是否有新物质生成。
    • 联系：化学变化中常伴随着物理变化。

1.2 物质的微观组成

1.2.1 分子、原子和离子

• 分子
  • 定义：保持物质化学性质的最小粒子。
  • 性质：
    • 体积小、质量小。
    • 不断运动。
    • 分子间有间隔。
  • 例子：氧气分子、水分子。
• 原子
  • 定义：化学变化中的最小粒子。
  • 组成：原子核（质子、中子）和核外电子。
  • 特点：
    • 原子是电中性的。
    • 原子可以通过得失电子形成离子。
  • 例子：氢原子、氧原子。
• 离子
  • 定义：带电荷的原子或原子团。
  • 分类：
    • 阳离子：带正电荷的离子。
      • 例子：钠离子、氢离子。
    • 阴离子：带负电荷的离子。
      • 例子：氯离子、氢氧根离子。
  • 离子化合物：由离子构成的化合物，如氯化钠。
  • 分子、原子、离子之间的关系：
    • 分子由原子构成。
    • 原子可以通过得失电子形成离子。
    • 分子、原子、离子都是构成物质的基本粒子。

1.2.2 元素

• 定义：具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称。
• 元素符号：用一个或两个字母表示一种元素，如H、O、Fe。
• 元素周期表：
  • 特点：
    • 按原子序数递增的顺序排列。
    • 同一族元素化学性质相似。
    • 同一周期元素性质逐渐变化。
  • 意义：
    • 可以查找元素的名称、符号、原子序数、相对原子质量等信息。
    • 可以推测元素的性质。
• 元素与物质的关系：
  • 元素是组成物质的基本成分。
  • 同种元素可以组成不同的物质。
  • 物质由元素组成。

1.2.3 化学式

• 定义：用元素符号表示物质组成的式子。
• 意义：
  • 表示一种物质。
  • 表示该物质的元素组成。
  • 表示该物质的一个分子（对于由分子构成的物质）。
  • 表示该物质的分子构成（对于由分子构成的物质）。
• 书写规则：
  • 金属在前，非金属在后。
  • 氧化物中氧在后，其他元素在前。
  • 用数字表示分子中原子的个数，写在元素符号的右下角。
• 化合价
  • 定义：元素相互化合时，每个原子表现出来的性质。
  • 书写：在元素符号的正上方标注，先写正负号，再写数值。
  • 常见元素的化合价：
    • 氧元素通常显-2价。
    • 氢元素通常显+1价。
    • 金属元素通常显正价。
    • 非金属元素通常显正价或负价。
  • 化合价的规律：
    • 在化合物中，正负化合价代数和为零。
    • 单质中，元素的化合价为零。

二、空气

2.1 空气的组成

• 组成：
  • 氮气：约占78%。
  • 氧气：约占21%。
  • 稀有气体：约占0.94%。
  • 二氧化碳：约占0.03%。
  • 其他气体和杂质：约占0.03%。
• 空气的性质
  • 物理性质：无色无味的气体，密度比水小。
  • 化学性质：氧气具有助燃性，氮气性质稳定。
• 空气的用途
  • 氧气：供给呼吸、支持燃烧。
  • 氮气：制造化肥、保护气。
  • 稀有气体：用于照明、保护。
  • 二氧化碳：用于灭火、制造饮料。

2.2 空气污染

• 空气污染物
  • 有害气体：二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等。
  • 颗粒物：可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）等。
• 空气污染的来源
  • 工业排放。
  • 交通运输。
  • 生活燃煤。
  • 建筑工地扬尘。
• 空气污染的危害
  • 危害人体健康：呼吸道疾病、心血管疾病、癌症等。
  • 破坏生态环境：酸雨、温室效应、臭氧层破坏等。
• 防治空气污染的措施
  • 减少化石燃料的使用。
  • 推广清洁能源。
  • 工业废气治理。
  • 汽车尾气治理。
  • 植树造林，绿化环境。

三、氧气

3.1 氧气的性质

• 物理性质：无色无味的气体，密度比空气略大，不易溶于水。
• 化学性质：具有助燃性，能支持燃烧，是一种常用的氧化剂。

3.2 氧气的制取

• 实验室制法
  • 高锰酸钾加热分解：2KMnO₄ Δ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
  • 过氧化氢在二氧化锰催化下分解：2H₂O₂ MnO₂ 2H₂O + O₂↑
  • 氯酸钾在二氧化锰催化下加热分解：2KClO₃ MnO₂ 2KCl + 3O₂↑
• 工业制法：分离液态空气。

3.3 氧气的用途

• 供给呼吸。
• 支持燃烧，用于焊接、切割等。
• 医药领域，用于急救病人。
• 化工原料，用于生产各种化工产品。

四、碳和碳的氧化物

4.1 碳的单质

• 金刚石：结构坚硬，用于切割玻璃、制造钻探工具。
• 石墨：质软，具有导电性，用于制造电极、铅笔芯。
• 无定形碳：如木炭、活性炭、焦炭等，具有吸附性，用于吸附杂质、脱色。
• 碳的化学性质：
  • 常温下稳定。
  • 可燃性：在氧气中燃烧生成二氧化碳或一氧化碳。
  • 还原性：能还原某些金属氧化物。

4.2 碳的氧化物

• 二氧化碳
  • 物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水。
  • 化学性质：
    • 不燃烧，不支持燃烧。
    • 能与水反应生成碳酸，碳酸不稳定，易分解。
    • 能与石灰水反应生成碳酸钙沉淀，用于检验二氧化碳。
  • 用途：灭火、制造饮料、植物光合作用。
  • 温室效应：二氧化碳是主要的温室气体，过量排放会导致全球气候变暖。
• 一氧化碳
  • 物理性质：无色无味的有毒气体，密度比空气略小，难溶于水。
  • 化学性质：
    • 可燃性：在空气中燃烧生成二氧化碳。
    • 还原性：能还原某些金属氧化物，用于冶炼金属。
  • 毒性：能与血液中的血红蛋白结合，造成人体缺氧。
• 二氧化碳和一氧化碳的区别与联系：
  • 区别：分子结构不同，化学性质不同。
  • 联系：都由碳元素和氧元素组成，一氧化碳燃烧生成二氧化碳。

五、水的组成

5.1 水的组成

• 水的组成：
  • 宏观组成：由氢元素和氧元素组成。
  • 微观组成：由水分子构成。
• 水的电解实验：
  • 实验现象：两电极上分别产生气体，与正极相连的试管中产生氧气，与负极相连的试管中产生氢气，氢气和氧气的体积比约为2:1。
  • 实验结论：水是由氢元素和氧元素组成的。

5.2 水的性质

• 物理性质：无色无味的液体，密度为1g/cm³，凝固点为0℃，沸点为100℃。
• 化学性质：
  • 能与某些金属反应，如钠与水反应。
  • 能与某些金属氧化物反应，如氧化钙与水反应。
  • 能与某些非金属氧化物反应，如二氧化碳与水反应。

5.3 水的净化

• 净化方法：
  • 沉淀：使水中不溶性固体沉降。
  • 过滤：去除水中不溶性固体。
  • 吸附：利用活性炭吸附水中的杂质。
  • 蒸馏：将水加热至沸腾，然后将水蒸气冷却凝结成水，得到纯净水。
• 硬水和软水：
  • 硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水。
  • 软水：含有较少或不含可溶性钙、镁化合物的水。
  • 鉴别：用肥皂水鉴别，产生泡沫多的是软水，产生泡沫少的是硬水。
  • 硬水软化：煮沸或加入石灰。
• 爱护水资源：
  • 节约用水。
  • 防止水污染。
  • 合理利用水资源。