《化学选修4思维导图》
I. 化学反应原理
A. 化学反应与能量
1. 焓变 (ΔH)
- 定义： 在恒压条件下，化学反应过程中放出或吸收的热量。
- 符号： ΔH，单位：kJ/mol
- 意义： 表示反应放出或吸收的热量的多少。
- 正负号：
- ΔH < 0：放热反应
- ΔH > 0：吸热反应
- 测定： 量热计
2. 热化学方程式
- 定义： 表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。
- 书写要点：
- 注明反应温度和压强 (通常为 25℃，101kPa，可省略)。
- 注明反应物和生成物的状态 (g, l, s, aq)。
- ΔH 注明数值和单位，写在方程式右侧。
- 化学计量数表示反应物和生成物的物质的量，可为整数或分数。
- 若反应逆向进行，则 ΔH 数值不变，符号相反。
3. 盖斯定律
- 内容： 化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，与反应途径无关。
- 应用：
- 计算难以直接测量的反应的焓变。
- 设计合理的反应途径。
4. 燃烧热
- 定义： 在 25℃，101 kPa 下，1 mol 纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。
- 注意点：
- 可燃物为 1 mol。
- 生成物状态稳定。
- 水通常指液态水。
5. 中和热
- 定义： 在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成 1 mol 液态水时所放出的热量。
- 注意点：
- 必须是稀溶液，以保证热量只来源于中和反应。
- 生成 1 mol 液态水。
- 数值： 强酸强碱的中和热约为 57.3 kJ/mol。
B. 化学反应速率
1. 定义
- 概念： 用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
- 符号： v
- 单位： mol/(L·s) 或 mol/(L·min)
- 计算： v = Δc / Δt
- 注意：
- 通常用浓度变化最快的物质计算。
- 速率为正值。
2. 影响因素
- 浓度：
- 增大反应物浓度，反应速率增大 (通常)。
- 温度：
- 升高温度，反应速率增大。
- 压强：
- 增大压强，对于气体反应，反应速率增大。
- 催化剂：
- 使用催化剂，反应速率增大。
- 固体表面积：
- 增大固体表面积，反应速率增大。
3. 反应速率的表示
- 同种物质： 速率之比等于化学计量数之比。
- 不同物质： 速率之比的绝对值等于化学计量数之比。
- v(A) : v(B) = a : b (aA + bB → cC + dD)
C. 化学平衡
1. 定义
- 可逆反应： 在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。
- 化学平衡状态： 在一定条件下的可逆反应中，正反应速率等于逆反应速率的状态。
- 特征：
- “动”：动态平衡。
- “等”：正逆反应速率相等。
- “定”：反应物和生成物的浓度保持不变。
- “变”：改变条件，平衡会发生移动。
2. 化学平衡常数 (K)
- 定义： 在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。
- 表达式： K = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b (aA + bB ⇌ cC + dD)
- 意义： 衡量反应进行的程度。K 值越大，正反应进行的程度越大。
- 影响因素： 温度 (K 随温度变化而变化)
3. 化学平衡的移动
- 勒夏特列原理： 如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强、温度），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
- 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： 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。（气体体积不变的反应，压强变化不影响平衡）。
- 温度： 升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动。
- 催化剂： 催化剂不影响平衡移动，只能改变反应速率。
4. 平衡移动的计算
- 三段式法：
- 列出反应的起始量、变化量和平衡量。
- 根据平衡常数和已知条件计算。
II. 电化学基础
A. 原电池
1. 定义
- 概念： 将化学能转化为电能的装置。
2. 构成条件
- 两种活泼性不同的金属 (或金属与非金属) 作为电极。
- 电解质溶液。
- 形成闭合回路 (或接触)。
- 自发进行的氧化还原反应。
3. 电极反应
- 负极： 发生氧化反应，失去电子。
- 正极： 发生还原反应，得到电子。
- 总反应： 氧化还原反应。
4. 常见原电池
- 锌铜原电池 (丹尼尔电池)： 锌作负极，铜作正极，电解质溶液为硫酸锌和硫酸铜。
- 氢氧燃料电池： 氢气作负极，氧气作正极，电解质溶液为酸性或碱性。
B. 电解池
1. 定义
- 概念： 将电能转化为化学能的装置。
2. 构成条件
- 两个电极 (惰性电极或活性电极)。
- 电解质溶液或熔融电解质。
- 外接电源。
3. 电极反应
- 阳极： 发生氧化反应，失去电子 (若是活泼电极，电极本身放电)。
- 阴极： 发生还原反应，得到电子。
- 总反应： 电解反应。
4. 电解原理
- 溶液中离子放电顺序。
- 电解水。
- 电镀。
- 氯碱工业。
C. 金属的腐蚀与防护
1. 金属腐蚀
- 化学腐蚀： 金属与干燥气体或非电解质溶液直接接触引起的腐蚀。
- 电化学腐蚀： 金属与电解质溶液接触引起的腐蚀。
- 析氢腐蚀： 酸性条件下发生。
- 吸氧腐蚀： 中性或弱酸性条件下发生。
2. 金属防护
- 改变金属内部结构。
- 覆盖保护层。
- 喷漆、镀金属、涂油。
- 电化学保护。
- 牺牲阳极的阴极保护法： 将活泼金属与被保护金属连接。
- 外加电流的阴极保护法： 将被保护金属与电源负极连接。
III. 有机化学基础
A. 有机化合物的分类
- 按官能团分类： 烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯、胺。
- 按碳骨架分类： 链状化合物、环状化合物。
B. 重要的有机化合物
1. 烷烃
- 通式： CnH2n+2
- 性质：
- 物理性质：熔沸点随着碳原子数增加而升高。
- 化学性质：取代反应、燃烧。
2. 烯烃
- 通式： CnH2n (n ≥ 2)
- 性质：
- 物理性质：熔沸点随着碳原子数增加而升高。
- 化学性质：加成反应、加聚反应、氧化反应。
3. 苯
- 结构： 平面正六边形，每个碳原子和氢原子都在同一平面上。
- 性质：
- 取代反应 (如硝化反应、卤代反应)。
- 加成反应 (如氢化反应)。
- 燃烧。
4. 乙醇
- 性质：
- 物理性质：具有特殊气味的液体。
- 化学性质：与活泼金属反应、氧化反应、酯化反应。
5. 乙酸
- 性质：
- 物理性质：具有刺激性气味的液体。
- 化学性质：酸性、酯化反应、与活泼金属反应、与碱中和。
C. 有机反应类型
- 加成反应： 不饱和键断裂，原子或原子团连接到碳原子上。
- 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。
- 消去反应： 从分子中脱去小分子 (如 H2O、HX)。
- 氧化反应： 失去电子或与氧结合。
- 还原反应： 得到电子或失去氧。
- 加聚反应： 小分子聚合形成高分子。
- 酯化反应： 酸和醇反应生成酯和水。
- 水解反应： 有机物与水反应。
D. 有机化合物的推断
- 常见官能团的性质。
- 反应类型。
- 元素守恒。
- 官能团之间的转化。
- 题目信息 (如分子式、结构简式、性质描述)。