《化学必修一 第一章 从实验学化学》思维导图

一、 化学实验安全

• 1. 基本原则与规则
  • 遵守实验室规则，听从老师指导。
  • 了解安全措施，认识安全标识。
  • 保持实验室整洁、通风。
  • 实验前预习，明确目的、原理、步骤。
  • 实验后整理，妥善处理废弃物。
• 2. 药品取用
  • 原则: "三不"原则：不触、不尝、不猛闻。
  • 固体药品:
    • 块状：镊子夹取。
    • 粉末/颗粒：药匙或刮刀取用。
    • 广口瓶存放，瓶塞倒放桌面。
  • 液体药品:
    • 细口瓶存放，标签向手心，瓶口紧挨，瓶塞倒放。
    • 倾倒：适量原则。
    • 量取：使用量筒，视线与凹液面最低处（或凸液面最高处）相平。
    • 滴加：使用胶头滴管，垂直悬空，不伸入容器，不交叉使用，不倒放。
• 3. 仪器使用与操作
  • 加热仪器:
    • 酒精灯：
      • 检查酒精量（1/4 - 2/3）。
      • 火柴点燃，灯帽盖灭。
      • 禁止用燃着的酒精灯引燃另一盏。
      • 外焰温度最高，用于加热。
    • 试管加热：
      • 液体不超过容积1/3。
      • 试管夹夹在距管口1/3处。
      • 与桌面成45°角，管口不对人。
      • 先预热，后集中加热。
    • 烧杯、烧瓶加热：需垫石棉网，使其受热均匀。
  • 常用仪器:
    • 试管：少量物质反应容器，可加热。
    • 烧杯：溶解、较多量物质反应容器，可加热（垫网）。
    • 烧瓶（圆底、平底）：较多量液体反应容器，圆底可加热（垫网），平底一般不直接加热。
    • 量筒：量取一定体积液体，不可作反应容器，不可加热。
    • 胶头滴管：滴加少量液体。
    • 玻璃棒：搅拌、引流、蘸取。
    • 漏斗：过滤、向小口容器注液。
    • 容量瓶：精确配制一定物质的量浓度溶液。
    • 天平（托盘天平）：称量物质质量（精确到0.1g）。
• 4. 意外事故处理
  • 酒精灯着火: 立即用湿抹布或沙土扑盖。
  • 浓酸沾肤: 立即用大量水冲洗，再涂上3%-5% NaHCO₃溶液。
  • 浓碱沾肤: 立即用大量水冲洗，再涂上稀硼酸或稀醋酸溶液。
  • 酸溅入眼: 立即用水冲洗，边洗边眨眼，严重者送医。
  • 碱溅入眼: 立即用水冲洗，边洗边眨眼，可用硼酸溶液淋洗，严重者送医。
  • 烫伤: 轻度可用冷水冲或浸泡，或涂烫伤膏。
  • 中毒: 查明毒物，对症处理，如催吐、洗胃、解毒，并立即送医。

二、 物质的分类

• 1. 物质分类标准
  • 按组成: 混合物 vs. 纯净物
  • 按元素组成 (纯净物): 单质 vs. 化合物
  • 按性质 (化合物): 有机物 vs. 无机物
  • 无机化合物分类: 氧化物、酸、碱、盐
  • 按分散质粒子大小: 溶液、胶体、浊液 (分散系)
• 2. 基本概念与实例
  • 混合物: 由两种或多种物质混合而成，各组分保持原有性质。 (如：空气、海水、合金、溶液)
  • 纯净物: 由一种物质组成，有固定的组成和性质。
    • 单质: 由同种元素组成的纯净物。 (如：O₂、Fe、N₂、C)
    • 化合物: 由不同种元素组成的纯净物。 (如：H₂O、CO₂、NaCl、NaOH)
      • 氧化物: 由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物。 (如：Na₂O, CaO, SO₂, CO₂)
        • 酸性氧化物 (如 CO₂, SO₂)
        • 碱性氧化物 (如 Na₂O, CaO)
        • 两性氧化物 (如 Al₂O₃)
        • 不成盐氧化物 (如 CO, NO)
      • 酸: 电离时产生的阳离子全部是 H⁺ 的化合物。 (如：HCl, H₂SO₄, HNO₃)
      • 碱: 电离时产生的阴离子全部是 OH⁻ 的化合物。 (如：NaOH, Ca(OH)₂, NH₃·H₂O)
      • 盐: 由金属阳离子(或NH₄⁺)和酸根阴离子组成的化合物。(如：NaCl, CuSO₄, Na₂CO₃)
• 3. 分散系
  • 定义: 一种或几种物质以粒子形式分散到另一种物质中所形成的体系。
  • 组成: 分散质 + 分散剂
  • 分类 (按分散质粒子直径):
    • 溶液: < 1 nm (均一、稳定透明。如：NaCl溶液)
    • 胶体: 1 nm - 100 nm (介稳体系，有丁达尔效应。如：Fe(OH)₃胶体、豆浆、牛奶、墨水)
    • 浊液: > 100 nm (不均一、不稳定。如：泥水、油水混合物)
  • 胶体的特性:
    • 丁达尔效应 (Tyndall Effect): 光束通过胶体时，出现一条光亮的通路 (区分胶体与溶液的方法)。
    • 布朗运动: 胶体粒子永不停息的无规则运动。
    • 电泳: 在电场作用下，胶体粒子定向移动的现象。
    • 聚沉: 加入电解质、加热、加入带相反电荷的胶体等使胶体粒子聚集成大颗粒沉降。

三、 物质的分离与提纯

• 1. 基本原则:
  • 不增: 不引入新的杂质。
  • 不减: 不损失被提纯的物质。
  • 易分: 操作简便，杂质易于分离。
  • 复原: 若加入试剂，最后需除去或转化为所需物质。
• 2. 常用方法
  • 过滤 (Filtration):
    • 原理: 利用物质溶解性的差异，分离固体和液体。
    • 适用: 固液分离 (不溶性固体与液体)。
    • 仪器: 漏斗、滤纸、烧杯、玻璃棒。
    • 操作要点: "一贴、二低、三靠"。
    • 实例: 提纯粗盐中的泥沙。
  • 蒸发 (Evaporation):
    • 原理: 利用加热使溶剂挥发，从而得到溶解度随温度变化不大的溶质。
    • 适用: 从溶液中分离可溶性固体溶质。
    • 仪器: 蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、铁架台(带铁圈)。
    • 操作要点: 玻璃棒不断搅拌，防止液滴飞溅；出现较多固体时停止加热，利用余热蒸干。
    • 实例: 从NaCl溶液中获得NaCl晶体。
  • 结晶 (Crystallization):
    • 原理: 利用溶质溶解度随温度变化的不同进行分离。
    • 方法:
      • 蒸发结晶: 适用于溶解度受温度影响小的物质 (如NaCl)。
      • 降温结晶 (冷却热饱和溶液): 适用于溶解度受温度影响大的物质 (如KNO₃)。
    • 操作: 通常先过滤除去不溶杂质，再蒸发浓缩，然后结晶（冷却或蒸发），最后过滤得到晶体。
  • 蒸馏 (Distillation):
    • 原理: 利用液体混合物中各组分沸点的差异进行分离。
    • 适用: 分离沸点差异较大的互溶液体混合物；提纯液体。
    • 仪器: 蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、接收器(锥形瓶或烧杯)、酒精灯、铁架台等。
    • 操作要点:
      • 加入碎瓷片防止暴沸。
      • 温度计水银球置于蒸馏烧瓶支管口处。
      • 冷凝水流向"下进上出"。
      • 加热温度控制在沸点较低组分的沸点附近。
    • 实例: 制备蒸馏水；分离酒精和水。
  • 萃取 (Extraction) & 分液 (Liquid Separation):
    • 萃取原理: 利用某溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度的不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂中。
    • 萃取剂选择: 与原溶剂互不相溶；溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度；不与溶质反应。
    • 分液原理: 分离互不相溶的液体。
    • 仪器: 分液漏斗、烧杯、铁架台(带铁圈)。
    • 操作要点 (分液):
      • 检查分液漏斗是否漏水。
      • 倒入液体，盖塞，振荡 (需放气)。
      • 静置分层。
      • 下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。
    • 实例: 用CCl₄或苯萃取碘水中的碘。

四、 物质的量 (n)

• 1. 基本概念
  • 物质的量 (n): 表示含有一定数目粒子的集合体的物理量，单位为 摩尔 (mol)。
  • 摩尔 (mol): 物质的量的单位。1 mol 任何粒子集合体所含粒子数与 0.012 kg ¹²C 中所含的碳原子数相同。
  • 阿伏加德罗常数 (N<0xE2><0x82><0x90>): 1 mol 任何粒子的粒子数，符号 N<0xE2><0x82><0x90>，数值约为 6.02 × 10²³ mol⁻¹。
  • 粒子 (微粒): 分子、原子、离子、电子、质子、中子等。使用摩尔时需指明粒子种类。
• 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 (或 g·mol⁻¹)
  • 数值: 当以 g/mol 为单位时，摩尔质量在数值上等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。
  • 关系式: n = m / M (n: 物质的量, m: 质量, M: 摩尔质量)
• 3. 气体摩尔体积 (V<0xE2><0x82><0x98>)
  • 定义: 单位物质的量的气体所占有的体积。
  • 单位: L/mol (或 L·mol⁻¹)
  • 影响因素: 温度和压强。
  • 标准状况 (STP): 温度 0℃ (273.15 K)，压强 101 kPa。
  • 标准状况下的气体摩尔体积: V<0xE2><0x82><0x98> ≈ 22.4 L/mol (适用于任何气体)。
  • 关系式 (标况下): n = V / V<0xE2><0x82><0x98> (n: 气体的物质的量, V: 气体体积)
• 4. 物质的量 (n) 的核心地位
  • n 是连接宏观量 (质量 m, 气体体积 V) 和微观量 (粒子数 N) 的桥梁。
  • 换算关系:
    • n = m / M
    • n = N / N<0xE2><0x82><0x90>
    • n = V(气体, 标况) / 22.4 L/mol
    • n = c * V(溶液) (见下一节)

五、 物质的量浓度 (c)

• 1. 定义与单位
  • 定义: 以单位体积 溶液 中所含 溶质B 的物质的量来表示溶液组成的物理量。符号 c(B) 或 c<0xE2><0x82><0x8B>。
  • 单位: mol/L (或 mol·L⁻¹)
• 2. 计算公式
  • c = n / V
    • c: 物质的量浓度 (mol/L)
    • n: 溶质的物质的量 (mol)
    • V: 溶液 的体积 (L)
  • 注意 V 是溶液体积，不是溶剂体积。
• 3. 配制一定物质的量浓度的溶液
  • 仪器: 托盘天平(称固体)或量筒(量液体)、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。
  • 容量瓶:
    • 标有 温度 和 容积。
    • 使用前 检查是否漏水。
    • 不能加热，不能作反应容器，不能长期储存溶液。
    • 选择与欲配溶液体积 相匹配 的规格。
  • 步骤 (以配制固体溶质溶液为例):
    1. 计算: 计算所需溶质的质量。
    2. 称量: 用天平准确称取溶质质量。
    3. 溶解: 在烧杯中加入适量蒸馏水，用玻璃棒搅拌使溶质溶解 (冷却至室温)。
    4. 移液: 将烧杯中的溶液沿玻璃棒小心转移到 容量瓶 中。
    5. 洗涤: 用少量蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒 2-3 次，将洗涤液全部转入容量瓶。
    6. 定容: 向容量瓶中加水至离刻度线 1-2 cm 处，改用胶头滴管逐滴加水，使溶液凹液面最低点与刻度线相切。
    7. 摇匀: 盖好瓶塞，反复上下颠倒，使溶液混合均匀。
    8. 装瓶贴签: 将配好的溶液转入试剂瓶中，贴上标签。
• 4. 溶液稀释
  • 原理: 稀释前后，溶质的物质的量 (n) 或质量 (m) 保持不变。
  • 计算公式: c₁ * V₁ = c₂ * V₂
    • c₁, V₁: 稀释前溶液的浓度和体积。
    • c₂, V₂: 稀释后溶液的浓度和体积。
• 5. 误差分析 (配制溶液)
  • 导致浓度偏高 (c = n/V) 的操作:
    • 称量溶质时：砝码沾污、药品潮解 (若称量纸上)、读数偏大。
    • 溶解转移时：未冷却就转移定容 (V偏小)。
    • 定容时：俯视刻度线 (V偏小)。
  • 导致浓度偏低 (c = n/V) 的操作:
    • 称量溶质时：药品沾污、砝码生锈或缺损、称量纸上残留。
    • 溶解转移时：溶质溅出、未洗涤烧杯和玻璃棒、转移时溶液洒出。
    • 定容时：仰视刻度线 (V偏大)、加水超过刻度线后吸出部分溶液、容量瓶内壁有水珠未干燥 (对固体溶质无影响，对液体溶质稀释有影响)。
    • 摇匀后发现液面低于刻度线再加水 (V偏大)。