《化学高中思维导图》

一、物质的组成、结构与性质

1.1 物质的组成

1.1.1 元素

• 概念：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子的总称
• 分类：金属元素、非金属元素、稀有气体元素
• 存在形式：游离态、化合态
• 同位素：质子数相同，中子数不同的同种元素的不同原子

1.1.2 分子

• 概念：保持物质化学性质的最小微粒
• 分类：单质分子、化合物分子
• 性质：质量小、体积小、间隙大，永不停息地做无规则运动

1.1.3 原子

• 概念：化学变化中的最小微粒
• 结构：原子核（质子 + 中子）+ 核外电子
• 原子核：质子数决定元素种类，中子数影响同位素
• 核外电子：决定元素化学性质，排布规律（2,8,18...）

1.1.4 离子

• 概念：带电荷的原子或原子团
• 阳离子：失去电子，带正电荷
• 阴离子：得到电子，带负电荷
• 离子化合物：由离子构成的化合物，如NaCl, MgO
• 离子键：使阴、阳离子结合成离子化合物的静电作用

1.1.5 化学式

• 表示：用元素符号表示物质组成的式子
• 种类：
  • 分子式：表示由分子构成的物质，如H2O, CO2
  • 实验式（最简式）：表示组成物质的各元素原子个数的最简整数比，如CH2O
  • 结构式：表示分子中原子的连接方式和化学键的类型，如 H-O-H
  • 电子式：表示分子中原子及其周围的电子排布，用点或叉表示价电子

1.2 物质的结构

1.2.1 原子结构

• 核外电子排布：遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则
• 电子层：K, L, M, N…层
• 价电子：最外层电子，决定元素化学性质

1.2.2 分子结构

• 共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键
  • σ键：沿原子核连接轴方向的成键
  • π键：原子核连接轴垂直方向的成键
  • 单键、双键、三键
• 分子间作用力（范德华力）：分子之间存在的微弱吸引力
  • 影响因素：分子量大小、分子极性
  • 影响物理性质：熔沸点、溶解度

1.2.3 晶体结构

• 离子晶体：离子键构成的晶体，如NaCl
  • 性质：硬度大，熔沸点高，导电性差（熔融状态下导电）
• 原子晶体：共价键构成的晶体，如金刚石，二氧化硅
  • 性质：硬度极大，熔沸点极高，绝缘体
• 分子晶体：分子间作用力构成的晶体，如干冰，冰
  • 性质：硬度小，熔沸点低，易挥发
• 金属晶体：金属键构成的晶体，如Cu, Fe, Al
  • 性质：良好的导电性、导热性、延展性

1.3 物质的性质

1.3.1 物理性质

• 颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、密度、溶解度、导电性、导热性等

1.3.2 化学性质

• 酸碱性、氧化性、还原性、稳定性、反应活性等
• 与酸碱反应、与氧化剂反应、与还原剂反应、分解反应、化合反应等

二、化学反应与能量

2.1 化学反应速率

2.1.1 定义

• 单位时间内反应物浓度的变化

2.1.2 表示方法

• v = Δc / Δt

2.1.3 影响因素

• 温度：升高温度，反应速率加快
• 浓度：增大浓度，反应速率加快
• 压强（气体反应）：增大压强，反应速率加快
• 催化剂：使用催化剂，反应速率加快（正催化剂），减慢（负催化剂）
• 固体表面积：增大固体表面积，反应速率加快

2.2 化学平衡

2.2.1 定义

• 一定条件下，可逆反应正逆反应速率相等，反应物和生成物浓度不再随时间变化的状态

2.2.2 特征

• “动”态平衡：正逆反应速率相等，但不为零
• “等”速率：v正 = v逆
• “定”浓度：反应物和生成物的浓度保持不变
• “变”条件：改变条件，平衡会发生移动

2.2.3 影响因素

• 浓度：增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动；增加生成物浓度，平衡向逆反应方向移动
• 压强（气体反应）：增加压强，平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动
• 温度：升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动

2.2.4 化学平衡常数K

• 定义：一定温度下，反应物和生成物浓度商为定值
• 意义：判断反应进行的程度

2.3 反应焓变（ΔH）与反应热

2.3.1 定义

• 反应过程中吸收或放出的热量

2.3.2 表示方法

• ΔH = 生成物总能量 - 反应物总能量
• ΔH < 0：放热反应
• ΔH > 0：吸热反应

2.3.3 盖斯定律

• 反应焓变只与始态和终态有关，与反应途径无关

2.3.4 热化学方程式

• 表示反应热效应的化学方程式，必须注明反应条件、物质状态、ΔH值

三、有机化学基础

3.1 烃

3.1.1 烷烃

• 通式：CnH2n+2
• 命名：系统命名法
• 性质：取代反应、燃烧反应

3.1.2 烯烃

• 通式：CnH2n
• 命名：系统命名法
• 性质：加成反应、加聚反应、氧化反应

3.1.3 炔烃

• 通式：CnH2n-2
• 命名：系统命名法
• 性质：加成反应、加聚反应、氧化反应

3.1.4 芳香烃

• 苯及其同系物
• 性质：取代反应、加成反应、氧化反应

3.2 烃的衍生物

3.2.1 卤代烃

• 通式：R-X (X: F, Cl, Br, I)
• 性质：水解反应、消去反应

3.2.2 醇

• 通式：R-OH
• 性质：取代反应、氧化反应、消去反应

3.2.3 酚

• 含有-OH直接连在苯环上
• 性质：酸性、取代反应、氧化反应

3.2.4 醛

• 含有-CHO
• 性质：氧化反应、加成反应

3.2.5 羧酸

• 含有-COOH
• 性质：酸性、酯化反应

3.2.6 酯

• 含有-COO-
• 性质：水解反应

3.3 重要的有机反应

3.3.1 加成反应

• 双键或三键断裂，原子或原子团加到碳原子上

3.3.2 取代反应

• 分子中的原子或原子团被其他原子或原子团取代

3.3.3 消去反应

• 分子中脱去小分子，形成不饱和键

3.3.4 氧化反应

• 有机物得到氧或失去氢

3.3.5 还原反应

• 有机物失去氧或得到氢

3.3.6 酯化反应

• 酸和醇反应生成酯和水

3.3.7 水解反应

• 水参与的分解反应

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