《化学必修一第三章思维导图》
第一节 金属及其化合物
一、 金属的物理通性与化学通性
-
物理性质通性：
- 状态：常温下通常为固态（汞除外）
- 光泽：具有金属光泽
- 导电导热性：良好的导电、导热性
- 延展性：具有延展性
- 密度、硬度、熔点：差异较大
-
化学性质通性：
- 化合态存在： 地壳中除少数不活泼金属（如Au, Pt）外，大多以化合态存在。
- 失电子性： 原子最外层电子数较少，易失去电子，表现还原性。
- 与非金属反应（如
O₂,Cl₂,S等）2Na + Cl₂ =点燃= 2NaCl4Al + 3O₂ =△= 2Al₂O₃Fe + S =△= FeS2Cu + O₂ =△= 2CuO
- 与酸反应（置换氢， H 前金属）
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑Fe + H₂SO₄(稀) = FeSO₄ + H₂↑
- 与某些盐溶液反应（置换较不活泼金属）
Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + CuCu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag
- 与非金属反应（如
- 合金： 由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。
- 特点：硬度一般比其组分金属大，熔点一般比其组分金属低。
二、 几种重要的金属化合物
1. 钠 (Na) 及其化合物
- 钠 (Na)
- 物理性质：银白色，质软，密度小 (
ρ(Na) < ρ(水))，熔点低。 - 化学性质：化学性质活泼。
- 与
O₂反应：- 常温：
4Na + O₂ = 2Na₂O(白色固体) - 点燃：
2Na + O₂ =点燃= Na₂O₂(淡黄色固体，火焰呈黄色)
- 常温：
- 与
H₂O反应：2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑(现象：浮、熔、游、响、红) - 与
Cl₂反应：2Na + Cl₂ =点燃= 2NaCl(白烟) - 与酸反应：剧烈，优先与水反应。
- 与盐溶液反应：先与水反应生成
NaOH，NaOH再可能与盐反应。
- 与
- 存在：自然界中只以化合态存在。
- 保存：保存在煤油或石蜡油中。
- 用途：制备
Na₂O₂，钠光灯，核反应堆导热剂等。
- 物理性质：银白色，质软，密度小 (
- 氧化钠 (
Na₂O) 与 过氧化钠 (Na₂O₂)Na₂O：白色固体，碱性氧化物。Na₂O + H₂O = 2NaOHNa₂O + CO₂ = Na₂CO₃Na₂O + 2HCl = 2NaCl + H₂O
Na₂O₂：淡黄色固体，非碱性氧化物。- 与
H₂O反应：2Na₂O₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂↑ - 与
CO₂反应：2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂(供氧剂) - 与
HCl反应：2Na₂O₂ + 4HCl = 4NaCl + 2H₂O + O₂↑ - 强氧化性：可漂白有色物质。
- 与
- 用途：
Na₂O₂作供氧剂（呼吸面具、潜艇）、漂白剂。
- 氢氧化钠 (NaOH)
- 物理性质：白色固体，易溶于水（放热），易潮解，有强腐蚀性（俗称烧碱、火碱、苛性钠）。
- 化学性质：强碱。
- 与酸性氧化物反应：
2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O；NaOH + CO₂(过量) = NaHCO₃ - 与酸中和：
NaOH + HCl = NaCl + H₂O - 与某些盐反应：
2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄
- 与酸性氧化物反应：
- 保存：密封保存。
- 用途：肥皂、造纸、纺织、印染、石油精炼等。
- 碳酸钠 (
Na₂CO₃) 与 碳酸氢钠 (NaHCO₃)- 俗名：
Na₂CO₃(纯碱、苏打)，NaHCO₃(小苏打)。 - 溶解性：
Na₂CO₃ > NaHCO₃。 - 热稳定性：
Na₂CO₃稳定，不易分解；NaHCO₃受热易分解：2NaHCO₃ =△= Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑。 - 与酸反应：均能反应，
NaHCO₃反应更剧烈。Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂↑- 向
Na₂CO₃溶液中逐滴加酸：CO₃²⁻ + H⁺ = HCO₃⁻；HCO₃⁻ + H⁺ = H₂O + CO₂↑ - 向酸中逐滴加
Na₂CO₃溶液：2H⁺ + CO₃²⁻ = H₂O + CO₂↑
- 与碱反应：
Na₂CO₃与Ca(OH)₂反应：Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2NaOH；NaHCO₃与NaOH反应：NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O；NaHCO₃与足量Ca(OH)₂反应：NaHCO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + NaOH + H₂O。 - 水溶液碱性：
Na₂CO₃ > NaHCO₃(因CO₃²⁻水解程度 >HCO₃⁻)。 - 相互转化：
Na₂CO₃ → NaHCO₃：Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ = 2NaHCO₃NaHCO₃ → Na₂CO₃：加热分解或加NaOH。
- 用途：
Na₂CO₃用于玻璃、造纸、洗涤剂等；NaHCO₃用于发酵粉、灭火剂、治疗胃酸过多等。
- 俗名：
- 焰色反应： 许多金属或其化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色。Na 呈黄色，K 呈紫色（透过蓝色钴玻璃观察）。
2. 铝 (Al) 及其化合物
- 铝 (Al)
- 物理性质：银白色，密度小，质地较软，良好的导电、导热、延展性。
- 化学性质：较活泼。
- 与
O₂反应：4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃(常温下形成致密氧化膜，阻止内部继续氧化，即钝化) - 与酸反应：
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑；钝化：常温下，浓H₂SO₄、浓HNO₃使铝钝化。 - 与强碱反应：
2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ (偏铝酸钠) + 3H₂↑或2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] (四羟基合铝酸钠) + 3H₂↑(体现 Al 的两性) - 铝热反应：
2Al + Fe₂O₃ =高温= Al₂O₃ + 2Fe(用于焊接钢轨、冶炼难熔金属)
- 与
- 用途：导线、炊具、合金（硬铝、防锈铝等）、建筑材料、航空航天等。
- 氧化铝 (
Al₂O₃)- 物理性质：白色固体，高熔点，高硬度，不溶于水。
- 化学性质：两性氧化物。
- 与酸反应：
Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O - 与强碱反应：
Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O或Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]
- 与酸反应：
- 用途：冶炼铝，耐火材料，人造宝石（刚玉）。
- 氢氧化铝 (
Al(OH)₃)- 物理性质：白色胶状沉淀，不溶于水，能吸附水中悬浮物（净水）。
- 化学性质：两性氢氧化物。
- 与强酸反应：
Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O - 与强碱反应：
Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O或Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] - 不稳定性：受热易分解：
2Al(OH)₃ =△= Al₂O₃ + 3H₂O
- 与强酸反应：
- 制备：可溶性铝盐与弱碱（氨水）反应。
AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃↓ + 3NH₄Cl(不能用强碱制备，过量强碱会溶解沉淀) - 用途：胃药（中和胃酸）、净水剂（明矾
KAl(SO₄)₂·12H₂O溶于水产生Al(OH)₃胶体）。
3. 铁 (Fe) 及其化合物
- 铁 (Fe)
- 物理性质：银白色（常见铁制品为黑色是因表面氧化层），密度较大，熔点较高，有磁性。
- 化学性质：中等活泼金属。
- 与
O₂反应：3Fe + 2O₂ =点燃= Fe₃O₄；潮湿空气中缓慢氧化生成铁锈（主要成分Fe₂O₃·xH₂O）。 - 与
Cl₂反应：2Fe + 3Cl₂ =点燃= 2FeCl₃(棕褐色烟) - 与
S反应：Fe + S =△= FeS - 与
H₂O反应：高温下与水蒸气反应：3Fe + 4H₂O(g) =高温= Fe₃O₄ + 4H₂ - 与酸反应：
- 与非氧化性酸（稀
HCl, 稀H₂SO₄）：Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑ - 与氧化性酸（
HNO₃, 浓H₂SO₄）：常温下钝化；加热时反应生成Fe³⁺。
- 与非氧化性酸（稀
- 与盐溶液反应：
Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu
- 与
- 铁的氧化物
FeO：黑色粉末，不稳定，碱性氧化物。Fe₂O₃：红棕色粉末（铁锈主要成分），碱性氧化物。Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂OFe₃O₄：黑色晶体，磁性氧化铁，可看作FeO·Fe₂O₃。Fe₃O₄ + 8HCl = FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O
- 铁的氢氧化物
Fe(OH)₂：白色沉淀，不稳定，在空气中迅速变为灰绿色，最终变为红褐色Fe(OH)₃。4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃Fe(OH)₃：红褐色沉淀，弱碱。Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O；受热分解：2Fe(OH)₃ =△= Fe₂O₃ + 3H₂O- 制备：可溶性亚铁盐与碱反应制
Fe(OH)₂（需隔绝空气）；可溶性铁盐与碱反应制Fe(OH)₃。FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
Fe²⁺与Fe³⁺的转化与检验Fe²⁺(浅绿色)：具有还原性。2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻Fe²⁺遇NaOH溶液生成Fe(OH)₂白色沉淀。- 检验：加 KSCN 溶液无明显现象，再加氯水（或
H₂O₂等氧化剂），溶液变红。或加铁氰化钾K₃[Fe(CN)₆]溶液，生成蓝色沉淀。
Fe³⁺(黄色或棕黄色)：具有氧化性。2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺2Fe³⁺ + Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺Fe³⁺遇NaOH溶液生成Fe(OH)₃红褐色沉淀。- 检验：加 KSCN 溶液，溶液变红色。
- 保存：
Fe²⁺溶液需加少量铁粉防止氧化，加少量稀酸防止水解。
第二节 非金属及其化合物
一、 几种重要的非金属
1. 硅 (Si)
- 物理性质：晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽，硬而脆，熔点高。是半导体材料。
- 化学性质：常温下化学性质不活泼。
- 与
F₂反应：Si + 2F₂ = SiF₄ - 与
O₂反应：Si + O₂ =△= SiO₂ - 与
HF反应：Si + 4HF = SiF₄↑ + 2H₂↑(唯一能与 Si 反应的酸) - 与强碱反应：
Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑
- 与
- 存在：地壳中含量居第二位，无游离态，主要以
SiO₂和硅酸盐形式存在。 - 用途：半导体材料（芯片、晶体管）、合金等。
2. 二氧化硅 (SiO₂)
- 物理性质：硬度大，熔点高，不溶于水。晶体（石英、水晶）、无定形（玛瑙）。
- 化学性质：酸性氧化物。
- 与强碱反应：
SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O(是实验室不能用带玻璃塞的试剂瓶装强碱溶液的原因) - 与碱性氧化物反应：
SiO₂ + CaO =高温= CaSiO₃ - 与
HF反应：SiO₂ + 4HF = SiF₄↑ + 2H₂O(用于刻蚀玻璃)
- 与强碱反应：
- 用途：制造玻璃、光导纤维、石英制品、饰品、建筑材料等。
3. 硅酸 (H₂SiO₃)
- 物理性质：白色胶状沉淀，不溶于水。
- 化学性质：弱酸（酸性比碳酸还弱）。
Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃↓ + Na₂CO₃ - 制备：可溶性硅酸盐与酸反应。
Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl - 硅酸凝胶（硅胶）：吸附剂、干燥剂。
4. 硅酸盐
- 结构复杂，常用氧化物形式表示其组成（活泼金属氧化物 · 较活泼金属氧化物 ·
SiO₂·H₂O）。 Na₂SiO₃：硅酸钠，水溶液俗称水玻璃，有黏性，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。- 传统硅酸盐产品：玻璃、水泥、陶瓷。
5. 氯 (Cl)
- 氯气 (
Cl₂)- 物理性质：黄绿色气体，有刺激性气味，有毒，密度比空气大，可溶于水（1:2）。
- 化学性质：化学性质活泼，强氧化性。
- 与金属反应：
2Na + Cl₂ =点燃= 2NaCl(白烟)；Cu + Cl₂ =点燃= CuCl₂(棕黄色烟)；2Fe + 3Cl₂ =点燃= 2FeCl₃(棕褐色烟)。 - 与非金属反应：
H₂ + Cl₂ =点燃= 2HCl(苍白色火焰，瓶口白雾)；H₂ + Cl₂ =光照= 2HCl(爆炸)。 - 与
H₂O反应：Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO(次氯酸) - 与碱反应：
Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O(制漂白液)；2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O(制漂白粉)。
- 与金属反应：
- 实验室制法：
MnO₂ + 4HCl(浓) =△= MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O - 用途：自来水消毒，制漂白剂，制盐酸，有机合成等。
- 次氯酸 (HClO)
- 弱酸（比碳酸弱）。
- 不稳定性：见光易分解
2HClO =光照= 2HCl + O₂↑。 - 强氧化性：用于漂白、杀菌消毒。漂白粉、漂白液的有效成分是
Ca(ClO)₂、NaClO，但起漂白作用的是HClO。
- 氯离子 (
Cl⁻) 的检验- 试剂：
AgNO₃溶液、稀HNO₃。 - 方法：取待测液 → 加稀
HNO₃酸化 → 滴加AgNO₃溶液。 - 现象：产生不溶于稀
HNO₃的白色沉淀 (AgCl)。
- 试剂：
6. 硫 (S)
- 硫 (S)
- 物理性质：黄色或淡黄色固体，不溶于水，微溶于酒精，易溶于
CS₂。 - 化学性质：可与多数金属、非金属反应，既有氧化性又有还原性。
- 作氧化剂：
Fe + S =△= FeS；2Na + S =△= Na₂S；H₂ + S =△= H₂S - 作还原剂：
S + O₂ =点燃= SO₂
- 作氧化剂：
- 物理性质：黄色或淡黄色固体，不溶于水，微溶于酒精，易溶于
- 二氧化硫 (
SO₂)- 物理性质：无色、有刺激性气味、有毒气体，密度比空气大，易溶于水。
- 化学性质：
- 酸性氧化物：
SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃(亚硫酸，弱酸)；SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O；SO₂ + NaOH = NaHSO₃；SO₂ + CaO = CaSO₃。 - 还原性：
2SO₂ + O₂ ⇌催化剂△ 2SO₃；SO₂ + Cl₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HCl。 - 氧化性：
SO₂ + 2H₂S = 3S↓ + 2H₂O。 - 漂白性：能使品红溶液褪色（生成不稳定的无色化合物），加热后恢复红色（暂时性漂白）。
- 酸性氧化物：
- 用途：制硫酸，漂白纸浆、毛、丝等，杀菌消毒。
- 环境问题：形成酸雨的主要物质之一。
- 三氧化硫 (
SO₃)- 物理性质：常温下为无色晶体，熔点较低。
- 化学性质：酸性氧化物。
SO₃ + H₂O = H₂SO₄(放出大量热)。
- 硫酸 (
H₂SO₄)- 浓硫酸：无色油状液体，高沸点，难挥发，与水任意比混溶（放热）。
- 吸水性：吸收游离水，作干燥剂（不能干燥碱性、还原性气体如
NH₃,H₂S）。 - 脱水性：按水的组成脱去有机物中的 H、O 原子。如使蔗糖炭化：
C₁₂H₂₂O₁₁ (浓H₂SO₄)→ 12C + 11H₂O。 - 强氧化性：
- 与金属反应：
Cu + 2H₂SO₄(浓) =△= CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O；常温下使 Fe、Al 钝化。 - 与非金属反应：
C + 2H₂SO₄(浓) =△= CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O。
- 与金属反应：
- 吸水性：吸收游离水，作干燥剂（不能干燥碱性、还原性气体如
- 稀硫酸：具有酸的通性（使指示剂变色，与活泼金属、碱性氧化物、碱、某些盐反应），主要体现
H⁺的氧化性。 - 用途：制化肥、农药、炸药、染料，精炼石油，金属除锈等。
- 浓硫酸：无色油状液体，高沸点，难挥发，与水任意比混溶（放热）。
- 硫酸根离子 (
SO₄²⁻) 的检验- 试剂：稀
HCl、BaCl₂溶液。 - 方法：取待测液 → 加稀
HCl酸化 → 滴加BaCl₂溶液。 - 现象：产生不溶于稀
HCl的白色沉淀 (BaSO₄)。
- 试剂：稀
7. 氮 (N)
- 氮气 (
N₂)- 物理性质：无色无味气体，难溶于水，密度与空气接近。空气主要成分 (约 78%)。
- 化学性质：分子结构稳定 (
N≡N)，通常条件下化学性质不活泼。- 高温/放电条件下：
N₂ + O₂ =放电= 2NO - 高温高压催化剂：
N₂ + 3H₂ ⇌高温高压催化剂 2NH₃(合成氨) - 与活泼金属反应：
3Mg + N₂ =点燃= Mg₃N₂
- 高温/放电条件下：
- 用途：合成氨，作保护气，食品保鲜，低温冷冻等。
- 氨 (
NH₃)- 物理性质：无色、有刺激性气味气体，密度比空气小，极易溶于水 (1:700)，易液化。
- 化学性质：
- 与水反应：
NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O(氨水，弱碱性，NH₃·H₂O不稳定易分解)。 - 与酸反应：
NH₃ + HCl = NH₄Cl(白烟)；NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄。 - 催化氧化：
4NH₃ + 5O₂ =催化剂△= 4NO + 6H₂O(工业制硝酸的基础)。
- 与水反应：
- 实验室制法：加热铵盐与碱的固体混合物。
2NH₄Cl + Ca(OH)₂ =△= CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O(向下排空气法收集，湿润红色石蕊试纸检验)。 - 用途：制硝酸、铵盐（氮肥）、纯碱，作制冷剂。
- 铵盐 (
NH₄⁺)- 物理性质：均为离子晶体，易溶于水。
- 化学性质：
- 受热易分解：
NH₄Cl =△= NH₃↑ + HCl↑；NH₄HCO₃ =△= NH₃↑ + H₂O + CO₂↑。 - 与强碱反应（共热）：
NH₄⁺ + OH⁻ =△= NH₃↑ + H₂O(用于NH₄⁺检验)。
- 受热易分解：
- 氮的氧化物
NO：无色气体，不溶于水，有毒。不稳定，易与O₂反应：2NO + O₂ = 2NO₂。NO₂：红棕色气体，有刺激性气味，有毒，密度比空气大。与水反应：3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO。- 环境问题：
NO、NO₂是光化学烟雾和酸雨的成因之一。
- 硝酸 (
HNO₃)- 物理性质：无色液体，易挥发，有刺激性气味。浓硝酸常因溶有
NO₂而呈黄色。 - 化学性质：强酸，强氧化性 (无论浓稀)。
- 不稳定性：
4HNO₃(浓) =光照或△= 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O(需棕色瓶避光保存)。 - 强氧化性：
- 与金属反应：除 Au、Pt 外的大多数金属都能反应。
- 浓硝酸：通常生成
NO₂。Cu + 4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O。常温下使 Fe、Al 钝化。 - 稀硝酸：通常生成
NO。3Cu + 8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O。
- 浓硝酸：通常生成
- 与非金属反应：
C + 4HNO₃(浓) =△= CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O。
- 与金属反应：除 Au、Pt 外的大多数金属都能反应。
- 不稳定性：
- 用途：制化肥、炸药、染料、硝酸盐等。
- 物理性质：无色液体，易挥发，有刺激性气味。浓硝酸常因溶有
总结与联系：
- 氧化还原反应贯穿始终： 金属单质通常作还原剂，非金属单质（如
O₂,Cl₂）通常作氧化剂，但也可作还原剂（如S,C,N₂在特定反应中）。变价元素的化合物（如Fe²⁺/Fe³⁺,SO₂,HNO₃,Na₂O₂）表现出氧化性或还原性。 - 物质分类与性质规律： 掌握酸性氧化物 (
SiO₂,SO₂,CO₂,N₂O₅)、碱性氧化物 (Na₂O,CaO,Fe₂O₃)、两性氧化物 (Al₂O₃)、两性氢氧化物 (Al(OH)₃)、不成盐氧化物 (NO,CO) 的概念和性质。 - 元素周期律的应用： 同周期、同主族元素性质的递变规律（如 Na, Mg, Al 金属性；Si, P, S, Cl 非金属性；碱性、酸性强弱等）在本章得到体现。
- 化学与生活、环境： 了解相关物质的用途（合金、半导体、漂白剂、化肥、药物等）以及对环境的影响（酸雨、光化学烟雾、温室效应等）。