《化学第一单元思维导图》

一、 物质的组成、结构与分类

1. 物质的组成

• 元素
  • 概念：具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称。
  • 表示方法：元素符号（一个或两个字母，第一个字母大写，第二个字母小写）。
  • 分布：
    • 地壳中含量前五位的元素：O, Si, Al, Fe, Ca
    • 人体中含量前五位的元素：O, C, H, N, Ca
• 原子
  • 构成：原子核 (质子+中子) + 核外电子
  • 电荷数关系：质子数 = 核电荷数 = 核外电子数（原子呈电中性）
  • 质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N）
• 分子
  • 概念：由原子构成的保持物质化学性质的最小粒子。
  • 特点：分子间存在间隔，分子在不断运动。
  • 化学式：用元素符号表示物质组成的式子。
• 离子
  • 阳离子：带正电荷的离子，失去电子形成，质子数 > 核外电子数
  • 阴离子：带负电荷的离子，得到电子形成，质子数 < 核外电子数
  • 离子化合物：由阳离子和阴离子通过离子键结合形成的化合物。
• 同位素
  • 概念：质子数相同而中子数不同的同种元素的不同原子。
  • 化学性质：几乎相同。
  • 物理性质：不同（如质量、密度）。

2. 物质的结构

• 原子结构
  • 核外电子排布：
    • 电子层：K, L, M, N... (1, 2, 3, 4...)
    • 每层最多容纳的电子数：2n²
    • 最外层电子数：≤ 8 (第一周期除外，最多为2)
  • 价电子：最外层电子，决定元素的化学性质。
  • 原子结构示意图：直观表示原子内部结构，包括质子数、电子层数和每层电子数。
• 分子结构
  • 共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键。
    • 形成条件：通常是两个非金属原子之间。
    • 电子式：用电子式表示分子的结构。
  • 分子结构式：用短线表示共价键的结构式。
  • 结构简式：简化后的结构式，通常省略C-H键。
  • 空间构型：分子的三维结构，如直线形、V形、三角锥形、正四面体形等。
• 晶体结构
  • 离子晶体：由离子通过离子键结合形成的晶体。
    • 结构：正负离子有规则地排列成空间网状结构。
    • 性质：熔点高、硬度大、导电性差（熔融状态下能导电）。
  • 原子晶体：由原子通过共价键结合形成的晶体。
    • 结构：原子有规则地排列成空间网状结构。
    • 性质：熔点极高、硬度极大、导电性差。
  • 分子晶体：由分子通过分子间作用力结合形成的晶体。
    • 结构：分子有规则地排列成空间结构。
    • 性质：熔点低、硬度小、导电性差。
  • 金属晶体：由金属阳离子和自由电子构成的晶体。
    • 结构：金属阳离子有规则地排列成空间网状结构，自由电子穿梭其间。
    • 性质：良好的导电性、导热性、延展性。

3. 物质的分类

• 纯净物
  • 单质：由同种元素组成的纯净物。
    • 金属单质：如铁、铜、铝等。
    • 非金属单质：如氧气、氮气、硫等。
  • 化合物：由不同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。
    • 酸：电离时产生的阳离子全部是氢离子的化合物。
    • 碱：电离时产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物。
    • 盐：由金属离子或铵根离子和酸根离子组成的化合物。
• 混合物
  • 溶液：一种或几种物质分散到另一种物质里形成的均一、稳定的混合物。
  • 胶体：分散质粒子直径在1nm~100nm之间的分散系。
    • 丁达尔效应：胶体特有的光学现象，可用于区分溶液和胶体。
  • 悬浊液：固体小颗粒悬浮在液体中形成的混合物。
  • 乳浊液：小液滴分散在液体中形成的混合物。

二、 物质的量

1. 摩尔 (mol)

• 概念：物质的量的单位，表示含有阿伏加德罗常数 (N_A) 个微粒 (原子、分子、离子等) 的集体。
  • 数值：N_A ≈ 6.02 × 10²³ mol^-1

2. 摩尔质量 (M)

• 概念：单位物质的量的物质所具有的质量，单位为 g/mol。
  • 数值：等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。
  • 公式：M = m / n (m为质量，n为物质的量)

3. 气体摩尔体积 (V_m)

• 概念：单位物质的量的气体所占的体积，单位为 L/mol。
  • 标准状况：0℃ (273.15K) 和 101.325 kPa。
  • 标准状况下的V_m ≈ 22.4 L/mol
  • 公式：V_m = V / n (V为体积，n为物质的量)
  • 注意：只有气体才有气体摩尔体积，且与气体的种类无关，受温度和压强影响。

4. 阿伏加德罗定律及其推论

• 阿伏加德罗定律：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数。
  • 推论：
    • 同温同压下，相同体积的两种气体，其分子数相同。
    • 同温同体积下，两种气体的压强之比等于其物质的量之比。
    • 同温同压下，两种气体的密度之比等于其摩尔质量之比。
    • 同温同体积下，两种气体的密度之比等于其相对分子质量之比。

5. 物质的量浓度 (c)

• 概念：单位体积溶液中所含溶质的物质的量，单位为 mol/L 或 mol/dm³。
  • 公式：c = n / V (n为溶质的物质的量，V为溶液的体积，单位为L)
  • 配制一定物质的量浓度的溶液：
    • 步骤：计算、称量/量取、溶解/稀释、转移、洗涤、定容、摇匀。
    • 注意事项：选择合适的容量瓶规格，定容时视线与刻度线平齐。

三、 氧化还原反应

1. 氧化还原反应的概念

• 氧化：失去电子的反应，化合价升高。
  • 还原：得到电子的反应，化合价降低。
  • 氧化剂：在反应中得到电子的物质，化合价降低，具有氧化性。
  • 还原剂：在反应中失去电子的物质，化合价升高，具有还原性。
  • 氧化产物：还原剂被氧化后生成的产物。
  • 还原产物：氧化剂被还原后生成的产物。

2. 氧化还原反应的实质

• 电子转移：电子的得失或共用电子对的偏移。
  • 化合价的变化：元素的化合价发生变化。

3. 氧化还原反应的判断

• 化合价是否变化：若有元素化合价变化，则是氧化还原反应。
  • 电子转移：若有电子转移，则是氧化还原反应。

4. 氧化还原反应的表示方法

• 电子转移的表示：用单线桥标明得失电子的总数和方向。
  • 离子方程式：准确表示离子反应的方程式。

5. 氧化还原反应的应用

• 金属的冶炼
  • 燃料的燃烧
  • 呼吸作用
  • 电池原理

四、 离子反应

1. 电解质与非电解质

• 电解质：在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。
  • 非电解质：在水溶液中或熔融状态下都不能导电的化合物。
  • 注意：电解质和非电解质都是化合物，单质和混合物既不是电解质也不是非电解质。能导电的物质不一定是电解质。

2. 离子方程式的书写

• 规则：
  • 写：写出化学方程式。
  • 拆：将易溶于水且易电离的物质拆成离子形式，难溶、难电离的物质以及气体、氧化物、单质等保留化学式。
  • 删：删去方程式两边不参加反应的离子。
  • 查：检查方程式两边各元素的原子个数和电荷总数是否相等。
    • 注意：
  • 要符合客观事实，不可凭空臆造。
  • 要注意离子所带的电荷数。
  • 弱电解质、难溶物质、气体、液体、固体、氧化物等不能拆成离子形式。

3. 离子共存

• 条件：在同一溶液中，离子之间不发生任何反应（如生成沉淀、气体、水、弱电解质等）。
  • 常见的不能共存的离子组合：
    • 生成沉淀：Ag⁺与Cl^-，Ba²⁺与SO₄^2-，Ca²⁺与CO₃^2-等。
    • 生成气体：H⁺与CO₃^2-，S^2-等。
    • 生成水：H⁺与OH^-。
    • 生成难电离的物质（弱酸、弱碱）：H⁺与CH₃COO^-, F^-, 等，OH^-与NH₄⁺等。
  • 注意：要在指定条件下判断离子共存，如酸性条件、碱性条件等。

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