《化学必修一的思维导图》
一、物质的组成、结构与分类
1. 物质的组成
- 原子：
- 构成：质子、中子、电子
- 结构：原子核（质子、中子），核外电子（分层排布）
- 特性：质量数（A=Z+N），原子序数（Z，等于质子数）
- 同位素：质子数相同，中子数不同的原子
- 分子：
- 定义：由原子构成的能够独立存在的最小粒子，保持物质化学性质
- 组成：共价键连接原子
- 特性：分子式、结构式、电子式
- 离子：
- 阳离子：失去电子形成的带正电荷的离子
- 阴离子：得到电子形成的带负电荷的离子
- 离子键：阳离子和阴离子之间通过静电作用形成的化学键
- 晶体：
- 定义：内部原子或分子在三维空间有规则排列的固体
- 类型：
- 离子晶体：离子键构成，熔点高、硬度大、导电性差
- 原子晶体：共价键构成，熔点极高、硬度极大、导电性差
- 分子晶体：分子间作用力构成，熔点低、硬度小、导电性差
- 金属晶体：金属键构成，熔点不一、硬度不一、导电性好
- 元素：
- 定义：具有相同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
- 表示方法：元素符号
2. 物质的结构
- 电子排布：
- 电子层：K、L、M、N... (1、2、3、4...)
- 电子层容纳最多电子数：2n²
- 最外层电子数：不超过8（K层不超过2）
- 核外电子的排布规律：
- 能量最低原理：优先排布在能量较低的电子层和轨道
- 泡利不相容原理：一个轨道最多容纳两个自旋方向相反的电子
- 洪特规则：电子优先占据不同轨道，且自旋方向相同
- 化学键：
- 定义：原子之间强烈的相互作用
- 类型：
- 离子键：金属元素和非金属元素之间，转移电子形成
- 共价键：非金属元素之间，共用电子对形成
- 极性共价键：不同非金属元素之间，电子对偏向电负性强的原子
- 非极性共价键：相同非金属元素之间，电子对不偏向任何一方
- 键能：断裂1mol化学键所需能量
- 键长：成键原子核间距离
- 分子结构：
- 价层电子对互斥理论（VSEPR）：分子形状取决于中心原子周围的价层电子对数及其排斥情况
- 分子极性：分子中正负电荷分布不均匀导致，受键的极性和分子空间结构影响
3. 物质的分类
- 纯净物：
- 定义：由一种物质组成的物质
- 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：电离时产生金属离子或铵根离子和酸根离子的化合物
- 混合物：
- 定义：由两种或两种以上物质组成的物质
- 溶液：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
- 胶体：分散质粒子直径在1-100nm之间的分散系
- 悬浊液：分散质粒子直径大于100nm的不稳定分散系
- 乳浊液：液态分散质分散到液态分散剂中形成的不稳定分散系
二、化学计量在实验中的应用
1. 物质的量的单位——摩尔 (mol)
- 定义：含有0.012kg ¹²C所含原子数目的微粒集体所含的粒子数，约为6.02 x 10²³
- 阿伏加德罗常数（Nᴀ）： 6.02 x 10²³ mol⁻¹
- 物质的量（n）：表示含有一定数目微粒的集体的一个物理量，单位：摩尔 (mol)
- 公式：n = N/Nᴀ (N: 微粒数)
2. 摩尔质量 (M)
- 定义：单位物质的量的物质所具有的质量，单位：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: 质量，n: 物质的量)
3. 气体摩尔体积 (Vm)
- 定义：单位物质的量的气体所占的体积，单位：L/mol
- 标准状况下（STP）：0℃和101kPa，Vm ≈ 22.4 L/mol
- 公式：Vm = V/n (V: 体积，n: 物质的量)
- 注意：气体摩尔体积受温度和压强影响
4. 物质的量浓度 (c)
- 定义：单位体积溶液中所含溶质B的物质的量，单位：mol/L
- 公式：c = n/V (n: 溶质的物质的量，V: 溶液的体积)
- 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
- 误差分析：分析每个步骤对最终浓度的影响
5. 阿伏加德罗定律及其推论
- 阿伏加德罗定律：相同温度和压强下，相同体积的任何气体含有相同的分子数
- 推论：
- V₁/V₂ = n₁/n₂ (相同T,P)
- ρ₁/ρ₂ = M₁/M₂ (相同T,P)
- n₁/n₂ = N₁/N₂ (相同T,P,V)
6. 实验基本操作
- 过滤：分离难溶性固体和液体
- 蒸发：分离易溶性固体和液体
- 萃取和分液：利用溶剂对物质溶解度的差异进行分离
- 蒸馏：分离沸点不同的液体
- 离子的检验：特定离子用特定试剂检验 (例如：Cl⁻ 用 AgNO₃)
三、氧化还原反应
1. 氧化还原反应的概念
- 定义：有电子转移（包括电子得失和电子对偏移）的反应
- 本质：电子的转移（得失或偏移）
- 特征：化合价发生变化
2. 氧化与还原
- 氧化：失去电子（化合价升高）的过程，发生氧化反应
- 还原：得到电子（化合价降低）的过程，发生还原反应
3. 氧化剂与还原剂
- 氧化剂：得到电子（化合价降低）的物质，具有氧化性
- 还原剂：失去电子（化合价升高）的物质，具有还原性
- 氧化产物：还原剂被氧化后的产物
- 还原产物：氧化剂被还原后的产物
4. 氧化还原反应的表示方法
- 元素化合价的标明：正确标明反应前后元素的化合价
- 电子转移的表示：用“双线桥”表示电子转移的方向和数目
5. 氧化还原反应的规律
- 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：
- 氧化剂：先氧化还原性强的物质
- 还原剂：先还原氧化性强的物质
- 常见氧化剂：O₂、Cl₂、浓H₂SO₄、HNO₃、KMnO₄
- 常见还原剂：活泼金属、H₂、C、CO、Fe²⁺、SO₂
6. 氧化还原反应的应用
- 金属的冶炼：利用还原剂将金属氧化物还原为金属单质
- 工业生产：如氯碱工业、合成氨工业
- 环境保护：处理工业废气、废水
- 日常生活：漂白、消毒