《化学思维导图必修一》

一、物质的组成、结构与分类

1. 物质的组成

• 宏观组成:

  • 元素：具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称。
    • 金属元素
    • 非金属元素
    • 稀有气体元素
  • 物质：具有一定组成和性质的客观存在的物体。
    • 混合物：由两种或多种物质混合而成的物质。
    • 纯净物：由一种物质组成的物质。

• 微观构成:

  • 分子：构成物质的一种微粒，保持物质化学性质的最小粒子。
    • 单原子分子：如稀有气体原子。
    • 多原子分子：如水分子、二氧化碳分子。
  • 原子：化学变化中的最小粒子。
    • 质子：带正电荷，位于原子核内。
    • 中子：不带电，位于原子核内。
    • 电子：带负电荷，位于原子核外。
  • 离子：带电荷的原子或原子团。
    • 阳离子：带正电荷，由原子失去电子形成。
    • 阴离子：带负电荷，由原子得到电子形成。

2. 物质的结构

• 原子结构:
  • 原子核：由质子和中子构成。
    • 核电荷数 = 质子数 = 原子序数
  • 核外电子：围绕原子核高速运动，分层排布。
    • 电子层：K、L、M、N层等。
    • 最外层电子数：决定元素的化学性质。
• 分子结构:
  • 化学键：原子之间强烈的相互作用力。
    • 离子键：金属元素与非金属元素之间通过得失电子形成。
    • 共价键：非金属元素之间通过共用电子对形成。
      • 极性共价键：不同元素的原子间形成的共价键。
      • 非极性共价键：相同元素的原子间形成的共价键。
• 晶体结构:
  • 离子晶体：由离子键构成的晶体，如氯化钠。
  • 原子晶体：由共价键构成的晶体，如金刚石、二氧化硅。
  • 分子晶体：由分子间作用力构成的晶体，如干冰、碘。
  • 金属晶体：由金属阳离子和自由电子构成，如铜、铁。

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
    • 非金属单质
    • 稀有气体单质
  • 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，其中一种为氧元素的化合物。
      • 酸性氧化物
      • 碱性氧化物
      • 两性氧化物
    • 酸：电离时产生的阳离子全部是氢离子的化合物。
      • 强酸
      • 弱酸
    • 碱：电离时产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物。
      • 强碱
      • 弱碱
    • 盐：由金属离子或铵根离子和酸根离子构成的化合物。
      • 正盐
      • 酸式盐
      • 碱式盐
    • 有机物：含碳的化合物（除CO、CO2、碳酸盐等）。
• 混合物:
  • 溶液：一种或多种物质分散到另一种物质里形成的均一、稳定的混合物。
    • 溶质
    • 溶剂
  • 胶体：分散质粒子直径在1~100nm之间的分散系。
    • 丁达尔效应
  • 浊液：分散质粒子直径大于100nm的分散系。
    • 悬浊液
    • 乳浊液

二、化学计量在实验中的应用

1. 物质的量的概念

• 摩尔(mol): 物质的量的单位，表示含有约6.02×10^23个微粒的集体。
  • 阿伏伽德罗常数(N_A): 约等于6.02×10^23 mol⁻¹。
• 摩尔质量(M): 单位物质的量的物质所具有的质量，单位为g/mol。
  • M = m/n (m为质量，n为物质的量)
• 气体摩尔体积(V_m): 单位物质的量的气体所占的体积，单位为L/mol。
  • 标准状况下，V_m ≈ 22.4 L/mol。
  • n = V/V_m (V为气体体积)
• 物质的量浓度(c): 单位体积溶液中所含溶质的物质的量，单位为mol/L。
  • c = n/V (V为溶液体积)

2. 配制一定物质的量浓度的溶液

• 步骤:
  1. 计算：计算所需溶质的质量或体积。
  2. 称量或量取：用天平称量固体溶质或用量筒量取液体溶质。
  3. 溶解或稀释：将溶质溶解在少量溶剂中或将浓溶液稀释。
  4. 转移：将溶液转移到容量瓶中。
  5. 洗涤：用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒，将洗涤液转移到容量瓶中。
  6. 定容：加蒸馏水至溶液凹液面与容量瓶刻度线相切。
  7. 摇匀：颠倒摇匀。
• 误差分析:
  • 溶质不足：浓度偏低
  • 溶剂过多：浓度偏低
  • 未冷却至室温：浓度偏高（热胀冷缩）

3. 实验基本操作

• 固体药品的取用:
  • 用药匙或纸槽取用粉末状固体药品。
  • 倾倒法取用块状固体药品。
• 液体药品的取用:
  • 倾倒法取用液体药品。
  • 胶头滴管取用少量液体药品。
• 加热:
  • 酒精灯加热：使用外焰，禁止对人加热。
  • 试管加热：均匀加热，防止试管爆裂。
• 过滤:
  • 漏斗、烧杯、玻璃棒。
  • “一贴、二低、三靠”。
• 蒸发:
  • 蒸发皿、酒精灯、玻璃棒。
  • 不断搅拌，防止液体飞溅。
• 萃取与分液:
  • 萃取剂的选择：不与原溶剂互溶，溶解度大。
  • 分液漏斗：分层，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。
• 其他:
  • 量筒：量取一定体积的液体。
  • 托盘天平：称量固体质量。
  • pH试纸：测定溶液的酸碱性。

三、氧化还原反应

1. 氧化还原反应的概念

• 氧化还原反应: 凡是有电子转移（得失或偏移）的化学反应。
  • 氧化反应：失去电子的反应。
  • 还原反应：得到电子的反应。
• 氧化剂: 在氧化还原反应中，得到电子（化合价降低）的物质。
• 还原剂: 在氧化还原反应中，失去电子（化合价升高）的物质。
• 氧化产物: 还原剂失去电子后生成的物质。
• 还原产物: 氧化剂得到电子后生成的物质。
• 氧化性: 氧化剂具有的性质。
• 还原性: 还原剂具有的性质。

2. 氧化还原反应的判断

• 化合价变化: 反应前后元素化合价发生变化。
• 电子转移: 反应中有电子的转移。

3. 氧化还原反应的表示方法

• 双线桥法: 表示电子的得失，箭号由失去电子的元素指向得到电子的元素。
• 单线桥法: 直接表示氧化剂和还原剂之间的电子转移关系。

4. 氧化还原反应的规律

• 价态律: 元素处于最高价态时，只具有氧化性；处于最低价态时，只具有还原性；处于中间价态时，既具有氧化性又具有还原性。
• 强弱律: 氧化性：氧化剂 > 氧化产物；还原性：还原剂 > 还原产物。
• 氧化还原反应发生的先后顺序: 先氧化还原性强的物质，再氧化还原性弱的物质。
• 归中律: 同种元素不同价态间发生反应，生成中间价态的产物。（注意：归中反应一定是氧化还原反应）

5. 常见的氧化剂和还原剂

• 氧化剂:
  • 氧气(O₂)
  • 氯气(Cl₂)
  • 浓硝酸(HNO₃)
  • 高锰酸钾(KMnO₄)
• 还原剂:
  • 氢气(H₂)
  • 碳(C)
  • 金属(Na, Mg, Al, Fe等)
  • 一氧化碳(CO)
  • 硫化氢(H₂S)
  • 碘离子(I⁻)
  • 亚铁离子(Fe²⁺)

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