上海高一化学思维导图

# 《上海高一化学思维导图》

## 一、物质的组成、结构与分类

### 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（如H, O, Na, Cl, Fe）
    *   在周期表中的地位：按原子序数排列

*   **1.1.2 原子**
    *   概念：化学变化中的最小粒子
    *   结构：原子核 (质子 + 中子) + 核外电子
        *   质子：带正电荷，决定元素种类
        *   中子：不带电荷，与质子共同构成原子核，影响相对原子质量
        *   电子：带负电荷，绕原子核高速运动，决定元素化学性质
    *   原子序数 = 质子数 = 核外电子数 (对于电中性原子)

* **1.1.3 分子**
 * 概念：保持物质化学性质的最小粒子
 * 构成：由原子构成
 * 种类：
 * 单质分子：由同种元素原子构成 (如 O2, N2, H2, S8)
 * 化合物分子：由不同种元素原子构成 (如 H2O, CO2, NH3)

* **1.1.4 离子**
 * 概念：带电荷的原子或原子团
 * 形成：原子得失电子
 * 阳离子：失去电子，带正电荷 (如 Na+, Mg2+, Al3+)
 * 阴离子：得到电子，带负电荷 (如 Cl-, O2-, SO42-)
 * 离子化合物：由离子构成的化合物 (如 NaCl, MgO, CaBr2)

### 1.2 物质的结构

*   **1.2.1 原子结构示意图**
    *   表示方法：圆圈代表原子核，圈内数字表示质子数，弧线代表电子层，弧线上的数字表示该层上的电子数。
    *   电子层排布规律：
        *   第一层最多容纳 2 个电子
        *   第二层最多容纳 8 个电子
        *   第三层最多容纳 18 个电子 (通常只考虑不超过8个电子)
        *   最外层电子数不超过 8 个 (氢原子除外，最多2个)
        *   次外层电子数不超过 18 个
    *   最外层电子数与元素性质的关系：
        *   金属元素：最外层电子数通常小于 4，易失去电子
        *   非金属元素：最外层电子数通常大于 4，易得到电子
        *   稀有气体元素：最外层电子数为 8 (氦为 2)，性质稳定

*   **1.2.2 元素周期表**
    *   结构：
        *   周期：横行，周期数 = 电子层数
        *   族：纵列，族数 = 最外层电子数 (主族元素)
    *   规律：
        *   同一周期：从左到右，金属性减弱，非金属性增强
        *   同一主族：从上到下，金属性增强，非金属性减弱
    *   用途：预测元素性质，指导科学研究

*   **1.2.3 化学键**
    *   概念：原子间强烈的相互作用
    *   种类：
        *   离子键：阴、阳离子之间的静电作用 (存在于离子化合物中)
        *   共价键：原子间共用电子对的作用 (存在于共价化合物中)
        *   金属键：金属阳离子和自由电子之间的相互作用 (存在于金属单质中)
    *   形成条件：降低体系能量

### 1.3 物质的分类

* **1.3.1 纯净物**
 * 定义：只由一种物质组成的物质
 * 分类：
 * 单质：只由一种元素组成的纯净物 (如 O2, N2, Fe, Cu)
 * 化合物：由两种或两种以上元素组成的纯净物 (如 H2O, NaCl, H2SO4)
 * 氧化物：由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物 (如 H2O, CO2, Fe2O3)
 * 酸：电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物 (如 HCl, H2SO4, HNO3)
 * 碱：电离时生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物 (如 NaOH, KOH, Ca(OH)2)
 * 盐：电离时生成金属阳离子 (或铵根离子) 和酸根离子的化合物 (如 NaCl, CuSO4, NH4Cl)

*   **1.3.2 混合物**
    *   定义：由两种或两种以上物质组成的物质
    *   种类：
        *   溶液：一种或几种物质分散到另一种物质里形成的均一、稳定的混合物 (如盐水, 糖水, 空气)
        *   胶体：分散质粒子直径在 1~100 nm 之间的分散系 (如淀粉溶液, 氢氧化铁胶体)
        *   悬浊液：固体小颗粒悬浮于液体中形成的混合物 (如泥水)
        *   乳浊液：小液滴分散到液体中形成的混合物 (如牛奶)

## 二、化学计量在实验中的应用

### 2.1 物质的量

* **2.1.1 摩尔 (mol)**
 * 定义：含有 0.012kg 12C 所含原子数目微粒的粒子集体所含的微粒数目为 1 摩尔。
 * 符号：mol
 * 含义：表示物质的量的单位

* **2.1.2 阿伏伽德罗常数 (NA)**
 * 概念：1 mol 任何粒子所含的粒子数目
 * 数值：约 6.02 × 1023 mol-1

* **2.1.3 物质的量 (n)**
 * 定义：表示含有一定数目粒子的集体
 * 单位：mol
 * 计算公式：n = N / NA (N 为粒子数)

*   **2.1.4 摩尔质量 (M)**
    *   定义：1 mol 物质的质量
    *   单位：g/mol
    *   数值：与该物质的相对原子质量或相对分子质量相等
    *   计算公式：M = m / n (m 为质量)

* **2.1.5 气体摩尔体积 (Vm)**
 * 定义：1 mol 任何气体所占的体积
 * 单位：L/mol
 * 标准状况 (STP)：0℃ (273.15K)，101.325 kPa
 * 标准状况下的 Vm：约 22.4 L/mol
 * 计算公式：Vm = V / n (V 为气体体积)
 * 适用条件：气体

* **2.1.6 物质的量浓度 (c)**
 * 定义：以单位体积溶液里所含溶质 B 的物质的量来表示的浓度。
 * 单位：mol/L 或 mol·L-1
 * 计算公式：c = n / V (V 为溶液体积，单位为L)

### 2.2 实验基本操作

*   **2.2.1 仪器的使用**
    *   量筒：量取液体体积，不能加热、不能溶解固体
    *   烧杯：溶解固体、配制溶液、加热液体
    *   烧瓶：用于加热、反应
    *   漏斗：过滤、转移液体
    *   玻璃棒：搅拌、引流、转移固体
    *   滴定管：精确滴定
    *   容量瓶：配制一定物质的量浓度的溶液

*   **2.2.2 常见实验操作**
    *   溶解：用烧杯和玻璃棒
    *   过滤：分离不溶性固体和液体，使用漏斗和玻璃棒
    *   蒸发：从溶液中分离出固体，使用蒸发皿和酒精灯
    *   萃取：用溶剂将混合物中某成分溶解出来，使用分液漏斗
    *   分液：分离互不相溶的液体，使用分液漏斗
    *   蒸馏：分离沸点不同的液体，使用蒸馏装置

*   **2.2.3 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/量取：称量固体溶质或量取液体溶质
        3.  溶解：将溶质溶解在少量溶剂中
        4.  转移：将溶液转移到容量瓶中
        5.  洗涤：洗涤烧杯和玻璃棒，将洗涤液转移到容量瓶中
        6.  定容：加水至刻度线
        7.  摇匀：颠倒摇匀
    *   误差分析：分析操作对浓度的影响

## 三、氧化还原反应

### 3.1 氧化还原反应的概念

*   **3.1.1 氧化数**
    *   定义：形式电荷，用于描述原子在化合物中的氧化程度
    *   规则：
        *   单质中元素的氧化数为 0
        *   化合物中，氧通常为 -2 价，氢通常为 +1 价 (少数情况例外)
        *   化合物中各元素氧化数代数和为 0
        *   离子中各元素氧化数代数和等于离子的电荷数

*   **3.1.2 氧化和还原**
    *   氧化：失去电子（或电子对偏移），氧化数升高
    *   还原：得到电子（或电子对偏移），氧化数降低

*   **3.1.3 氧化剂和还原剂**
    *   氧化剂：得到电子（或电子对偏移）的物质，氧化数降低
    *   还原剂：失去电子（或电子对偏移）的物质，氧化数升高
    *   氧化剂被还原，还原剂被氧化

### 3.2 氧化还原反应的类型和应用

*   **3.2.1 氧化还原反应的类型**
    *   化合反应：部分氧化还原反应是化合反应
    *   分解反应：部分氧化还原反应是分解反应
    *   置换反应：一定是氧化还原反应
    *   复分解反应：一定不是氧化还原反应

*   **3.2.2 氧化还原反应的应用**
    *   金属的冶炼
    *   能源的利用 (燃烧、电池)
    *   环境保护 (尾气处理)
    *   工业生产

### 3.3 氧化还原反应方程式的配平

*   **3.3.1 常见配平方法**
    *   化合价升降法
    *   离子电子法
*   **3.3.2 配平步骤 (化合价升降法)**
    1.  标变价：标出反应前后化合价变化的元素及其化合价
    2.  找变化：找出化合价升高总数和降低总数
    3.  求总数：求出化合价升高总数和降低总数的最小公倍数
    4.  定系数：根据最小公倍数确定氧化剂和还原剂的系数
    5.  平其他：根据原子守恒和电荷守恒配平其他物质的系数
    6.  查缺漏：检查反应方程式是否配平，缺项是否补齐

## 四、钠、镁及其化合物

### 4.1 钠 (Na)

*   **4.1.1 物理性质**
    *   银白色金属，质软，密度小，熔点低

* **4.1.2 化学性质**
 * 活泼金属，易失去电子
 * 与氧气反应：
 * 常温：4Na + O2 = 2Na2O
 * 点燃：2Na + O2 = Na2O2
 * 与水反应：2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
 * 与酸反应：2Na + 2HCl = 2NaCl + H2↑

* **4.1.3 重要化合物**
 * 氢氧化钠 (NaOH)：俗称烧碱、火碱、苛性钠，强碱，易溶于水，具有腐蚀性
 * 碳酸钠 (Na2CO3)：俗称纯碱、苏打，盐，易溶于水
 * 碳酸氢钠 (NaHCO3)：俗称小苏打，盐，溶解度小于Na2CO3

### 4.2 镁 (Mg)

*   **4.2.1 物理性质**
    *   银白色金属，质硬，密度较大，熔点较高

* **4.2.2 化学性质**
 * 活泼金属，易失去电子
 * 与氧气反应：2Mg + O2 = 2MgO
 * 与热水反应：Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2↑
 * 与酸反应：Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑

* **4.2.3 重要化合物**
 * 氧化镁 (MgO)：难溶于水，熔点高
 * 氢氧化镁 (Mg(OH)2)：难溶于水，可用于治疗胃酸过多
 * 氯化镁 (MgCl2)：易溶于水

《上海高一化学思维导图》

一、物质的组成、结构与分类

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（如H, O, Na, Cl, Fe）
- 在周期表中的地位：按原子序数排列
1.1.2 原子
- 概念：化学变化中的最小粒子
- 结构：原子核 (质子 + 中子) + 核外电子
  - 质子：带正电荷，决定元素种类
  - 中子：不带电荷，与质子共同构成原子核，影响相对原子质量
  - 电子：带负电荷，绕原子核高速运动，决定元素化学性质
- 原子序数 = 质子数 = 核外电子数 (对于电中性原子)
1.1.3 分子
- 概念：保持物质化学性质的最小粒子
- 构成：由原子构成
- 种类：
  - 单质分子：由同种元素原子构成 (如 O₂, N₂, H₂, S₈)
  - 化合物分子：由不同种元素原子构成 (如 H₂O, CO₂, NH₃)
1.1.4 离子
- 概念：带电荷的原子或原子团
- 形成：原子得失电子
  - 阳离子：失去电子，带正电荷 (如 Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺)
  - 阴离子：得到电子，带负电荷 (如 Cl^-, O^2-, SO₄^2-)
- 离子化合物：由离子构成的化合物 (如 NaCl, MgO, CaBr₂)

1.2 物质的结构

1.2.1 原子结构示意图
- 表示方法：圆圈代表原子核，圈内数字表示质子数，弧线代表电子层，弧线上的数字表示该层上的电子数。
- 电子层排布规律：
  - 第一层最多容纳 2 个电子
  - 第二层最多容纳 8 个电子
  - 第三层最多容纳 18 个电子 (通常只考虑不超过8个电子)
  - 最外层电子数不超过 8 个 (氢原子除外，最多2个)
  - 次外层电子数不超过 18 个
- 最外层电子数与元素性质的关系：
  - 金属元素：最外层电子数通常小于 4，易失去电子
  - 非金属元素：最外层电子数通常大于 4，易得到电子
  - 稀有气体元素：最外层电子数为 8 (氦为 2)，性质稳定
1.2.2 元素周期表
- 结构：
  - 周期：横行，周期数 = 电子层数
  - 族：纵列，族数 = 最外层电子数 (主族元素)
- 规律：
  - 同一周期：从左到右，金属性减弱，非金属性增强
  - 同一主族：从上到下，金属性增强，非金属性减弱
- 用途：预测元素性质，指导科学研究
1.2.3 化学键
- 概念：原子间强烈的相互作用
- 种类：
  - 离子键：阴、阳离子之间的静电作用 (存在于离子化合物中)
  - 共价键：原子间共用电子对的作用 (存在于共价化合物中)
  - 金属键：金属阳离子和自由电子之间的相互作用 (存在于金属单质中)
- 形成条件：降低体系能量

1.3 物质的分类

1.3.1 纯净物
- 定义：只由一种物质组成的物质
- 分类：
  - 单质：只由一种元素组成的纯净物 (如 O₂, N₂, Fe, Cu)
  - 化合物：由两种或两种以上元素组成的纯净物 (如 H₂O, NaCl, H₂SO₄)
    - 氧化物：由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物 (如 H₂O, CO₂, Fe₂O₃)
    - 酸：电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物 (如 HCl, H₂SO₄, HNO₃)
    - 碱：电离时生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物 (如 NaOH, KOH, Ca(OH)₂)
    - 盐：电离时生成金属阳离子 (或铵根离子) 和酸根离子的化合物 (如 NaCl, CuSO₄, NH₄Cl)
1.3.2 混合物
- 定义：由两种或两种以上物质组成的物质
- 种类：
  - 溶液：一种或几种物质分散到另一种物质里形成的均一、稳定的混合物 (如盐水, 糖水, 空气)
  - 胶体：分散质粒子直径在 1~100 nm 之间的分散系 (如淀粉溶液, 氢氧化铁胶体)
  - 悬浊液：固体小颗粒悬浮于液体中形成的混合物 (如泥水)
  - 乳浊液：小液滴分散到液体中形成的混合物 (如牛奶)

二、化学计量在实验中的应用

2.1 物质的量

2.1.1 摩尔 (mol)
- 定义：含有 0.012kg ¹²C 所含原子数目微粒的粒子集体所含的微粒数目为 1 摩尔。
- 符号：mol
- 含义：表示物质的量的单位
2.1.2 阿伏伽德罗常数 (N_A)
- 概念：1 mol 任何粒子所含的粒子数目
- 数值：约 6.02 × 10²³ mol^-1
2.1.3 物质的量 (n)
- 定义：表示含有一定数目粒子的集体
- 单位：mol
- 计算公式：n = N / N_A (N 为粒子数)
2.1.4 摩尔质量 (M)
- 定义：1 mol 物质的质量
- 单位：g/mol
- 数值：与该物质的相对原子质量或相对分子质量相等
- 计算公式：M = m / n (m 为质量)
2.1.5 气体摩尔体积 (V_m)
- 定义：1 mol 任何气体所占的体积
- 单位：L/mol
- 标准状况 (STP)：0℃ (273.15K)，101.325 kPa
- 标准状况下的 V_m：约 22.4 L/mol
- 计算公式：V_m = V / n (V 为气体体积)
- 适用条件：气体
2.1.6 物质的量浓度 (c)
- 定义：以单位体积溶液里所含溶质 B 的物质的量来表示的浓度。
- 单位：mol/L 或 mol·L^-1
- 计算公式：c = n / V (V 为溶液体积，单位为L)

2.2 实验基本操作

2.2.1 仪器的使用
- 量筒：量取液体体积，不能加热、不能溶解固体
- 烧杯：溶解固体、配制溶液、加热液体
- 烧瓶：用于加热、反应
- 漏斗：过滤、转移液体
- 玻璃棒：搅拌、引流、转移固体
- 滴定管：精确滴定
- 容量瓶：配制一定物质的量浓度的溶液
2.2.2 常见实验操作
- 溶解：用烧杯和玻璃棒
- 过滤：分离不溶性固体和液体，使用漏斗和玻璃棒
- 蒸发：从溶液中分离出固体，使用蒸发皿和酒精灯
- 萃取：用溶剂将混合物中某成分溶解出来，使用分液漏斗
- 分液：分离互不相溶的液体，使用分液漏斗
- 蒸馏：分离沸点不同的液体，使用蒸馏装置
2.2.3 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/量取：称量固体溶质或量取液体溶质
  3. 溶解：将溶质溶解在少量溶剂中
  4. 转移：将溶液转移到容量瓶中
  5. 洗涤：洗涤烧杯和玻璃棒，将洗涤液转移到容量瓶中
  6. 定容：加水至刻度线
  7. 摇匀：颠倒摇匀
- 误差分析：分析操作对浓度的影响

三、氧化还原反应

3.1 氧化还原反应的概念

3.1.1 氧化数
- 定义：形式电荷，用于描述原子在化合物中的氧化程度
- 规则：
  - 单质中元素的氧化数为 0
  - 化合物中，氧通常为 -2 价，氢通常为 +1 价 (少数情况例外)
  - 化合物中各元素氧化数代数和为 0
  - 离子中各元素氧化数代数和等于离子的电荷数
3.1.2 氧化和还原
- 氧化：失去电子（或电子对偏移），氧化数升高
- 还原：得到电子（或电子对偏移），氧化数降低
3.1.3 氧化剂和还原剂
- 氧化剂：得到电子（或电子对偏移）的物质，氧化数降低
- 还原剂：失去电子（或电子对偏移）的物质，氧化数升高
- 氧化剂被还原，还原剂被氧化

3.2 氧化还原反应的类型和应用

3.2.1 氧化还原反应的类型
- 化合反应：部分氧化还原反应是化合反应
- 分解反应：部分氧化还原反应是分解反应
- 置换反应：一定是氧化还原反应
- 复分解反应：一定不是氧化还原反应
3.2.2 氧化还原反应的应用
- 金属的冶炼
- 能源的利用 (燃烧、电池)
- 环境保护 (尾气处理)
- 工业生产

3.3 氧化还原反应方程式的配平

3.3.1 常见配平方法
- 化合价升降法
- 离子电子法
3.3.2 配平步骤 (化合价升降法)
1. 标变价：标出反应前后化合价变化的元素及其化合价
2. 找变化：找出化合价升高总数和降低总数
3. 求总数：求出化合价升高总数和降低总数的最小公倍数
4. 定系数：根据最小公倍数确定氧化剂和还原剂的系数
5. 平其他：根据原子守恒和电荷守恒配平其他物质的系数
6. 查缺漏：检查反应方程式是否配平，缺项是否补齐

四、钠、镁及其化合物

4.1 钠 (Na)

4.1.1 物理性质
- 银白色金属，质软，密度小，熔点低
4.1.2 化学性质
- 活泼金属，易失去电子
- 与氧气反应：
  - 常温：4Na + O₂ = 2Na₂O
  - 点燃：2Na + O₂ = Na₂O₂
- 与水反应：2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑
- 与酸反应：2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂↑
4.1.3 重要化合物
- 氢氧化钠 (NaOH)：俗称烧碱、火碱、苛性钠，强碱，易溶于水，具有腐蚀性
- 碳酸钠 (Na₂CO₃)：俗称纯碱、苏打，盐，易溶于水
- 碳酸氢钠 (NaHCO₃)：俗称小苏打，盐，溶解度小于Na₂CO₃

4.2 镁 (Mg)

4.2.1 物理性质
- 银白色金属，质硬，密度较大，熔点较高
4.2.2 化学性质
- 活泼金属，易失去电子
- 与氧气反应：2Mg + O₂ = 2MgO
- 与热水反应：Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂↑
- 与酸反应：Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑
4.2.3 重要化合物
- 氧化镁 (MgO)：难溶于水，熔点高
- 氢氧化镁 (Mg(OH)₂)：难溶于水，可用于治疗胃酸过多
- 氯化镁 (MgCl₂)：易溶于水

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