高中化学游记(一)

化学常见沉淀物

1.氢氧化铜 Cu(OH)2:氢氧化铜是一种蓝色沉淀,难溶于水,但能溶于氨水和稀硫酸。

2.氢氧化铁 Fe(OH)3:氢氧化铁是一种红棕色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

3.氢氧化镁 Mg(OH)2:氢氧化镁是一种白色沉淀,难溶于水,能溶于酸。

4.氢氧化铝 Al(OH)3:氢氧化铝是一种白色沉淀,难溶于水,能溶于酸和碱。

5.氯化银 AgCl:氯化银是一种白色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。

6.硫酸钡 BaSO4:硫酸钡是一种白色沉淀,难溶于水,不溶于酸。

7.碳酸钙 CaCO3:碳酸钙是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

8.碳酸镁 MgCO3:碳酸镁是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

9.碳酸铜 CuCO3:碳酸铜是一种蓝色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

10.碳酸锌 ZnCO3:碳酸锌是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

11.碳酸银 Ag2CO3:碳酸银是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

12.溴化银 AgBr:溴化银是一种淡黄色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。

13.碘化银 AgI:碘化银是一种黄色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。

14.磷酸银 Ag3PO4:磷酸银是一种淡黄色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。

15.亚硫酸银 Ag2SO3:亚硫酸银是一种白色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。

16.硫酸铅 PbSO4:硫酸铅是一种白色沉淀,难溶于水,不溶于酸。

17.氢氧化锰 Mn(OH)2:氢氧化锰是一种绿色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。

18.氢氧化银 AgOH:氢氧化银是一种白色沉淀。

Day 1

觉得 OI 出不了头,遂来学化学。

没找到鲁科版的,找到了人教版。

物质的分类

总所周知,物质分为纯净物混合物。混合物由多种成分组成,性质不固定,含量发生变化,性质随即变化。

纯净物按照元素组成分成单质化合物。单质只含一种元素,性质比较好研究。由同一种元素组成的几种性质不同的单质,叫做这种元素的同素异形体。而化合物含多种元素,性质复杂,不好研究。

单质中分为金属单质非金属单质稀有气体单质(占空气体积 94%基本上不参与化学反应)。这三类单质的性质和得失电子能力有关,稀有气体单质得失电子能力非常弱,性质稳定,金属单质易失电子,非金属单质易得电子。

化合物中有一大类为有机化合物,都含碳元素,最早由动植物身上获取,性质相似,可作为燃料提供能量。另外一大类是无机化合物。无机化合物大都可以分到这四类当中:氧化物

氧化物可以再分为酸性氧化物碱性氧化物。酸、碱性氧化物中物质的性质相似。酸性氧化物可以与反应生成。碱性氧化物可以与反应生成大多数非金属氧化物属于酸性氧化物,大多数金属氧化物属于碱性氧化物。

盐类物质由阳离子阴离子组成。含有的阳离子或阴离子相同,性质相似

这一类分物质的方法称为树状分类法(根据物质的组成性质分类的)。

分散系、胶体

胶体和溶液都是一些微粒溶在其他物质中得到的混合物。化学上把胶体和溶液都归为分散系

分散系的定义:把一些微粒分散到另一种物质中形成的混合物

类比溶液中的溶质和溶剂,胶体中也分为了分散质分散剂(溶质和溶剂也属于分散质和分散系)。胶体与溶液的不同之处就在于它们分散质粒子的直径大小不同。其中,分散质粒子直径小于 1nm 的称为溶液,直径介于 1nm100nm 之间的就是胶体。而直径大于 100nm,我们一般称作浊液

由上可得胶体的定义:分散质粒子的直径为 1~100nm 的分散系

将一束光照进一杯溶液和一杯胶体中,溶液不会显示出光路而胶体会。因为胶体中分散质粒子的直径较大,光线射进来时,一部分光直接透过胶体中的分散剂穿过,而另外一部分会被分散质挡住,发生散射,散射过程中光线进入眼睛,所以胶体中会显示出光路。

胶体中显示光路的现象最早由英国科学家丁达尔发现,所以这也被称为丁达尔效应。这也是常用的区分溶液和胶体的方法

事实上,胶体并不是都是固体。根据分散剂状态的不同,胶体可以分为气溶胶(比如清晨森林中的空气或云雾和阳光的光路,都是小水滴或者小灰尘作为分散质,分散在了空气中)、液溶胶固溶胶(比如有色玻璃,可以看作是有色物质分散在了玻璃中)。

Day 2

胶体的制备实验

以制备 Fe(OH)3 为例。

实验室中的 Fe(OH)3 固体的直径大于 100nm,所以将 Fe(OH)3 粉末溶在水里得不到 Fe(OH)3 胶体。而如果用 FeCl3NaOH 溶液反应生成的 Fe(OH)3 固体是直径大于 100nm沉淀,因为 NaOH 溶液中的 OH 浓度较大,和 Fe3+ 结合生成的固体会大量聚集在一起,形成沉淀

因此,想要制取 Fe(OH)3 胶体,需要取用 OH 浓度较小的液体。我们可以选择。因为水可以发生如下反应:

H2OH++OH

同时,进行加热,让上述反应更剧烈,获得足够多的 OHFe3+ 反应生成直径符合要求的 Fe(OH)3 微粒。

可得实验原理:利用沸水FeCl3 溶液反应,得到 Fe(OH)3 胶体。注意,这里的 FeCl3 溶液一般用饱和溶液,可以使实验效果更明显

可以得到如下方程式

3H2O+FeCl3=Fe(OH)3(胶体)+3HCl

电解质

NaCl 为例,首先探究其导电性

经过实验发现,NaCl 溶液导电,而 NaCl 固体不导电。显然,一种物质可以导电,那其物质内具有自由移动的带电粒子。所以这可以证明在 NaCl 固体内的 Na+Cl 是不能自由移动的。其原理是因为氯离子和钠离子分别带负电和正电,异性电荷相吸,使得 NaCl 固体中的离子被吸在了一起。

得出结论:在水的作用下,氯离子和钠离子之间的吸引力被破坏了,具有了自由移动的能力。

事实上,不止是水,在高温的条件下,即将 NaCl 固体烧至熔融状态下(将固体熔化成液体),钠离子和氯离子也能自由移动,具有导电性。

电解质的定义:在溶液里熔融状态下能够导电化合物

非电解质的定义:在溶液里和熔融状态不导电化合物

电离:电解质溶于水或受热熔化时,形成了自由移动的阴阳离子。

事实上,所有的酸碱盐类物质和一些活泼金属的氧化物(如 CaOK2ONa2O)也是电解质。同时,也是一种电解质。(盐酸是一种氯化氢溶于水的混合物不是电解质;而硫酸通常指的是纯净的硫酸液体,所以硫酸是电解质,但硫酸、硫酸并不是电解质

从电离角度认识酸碱盐

电离时生成的阳离子全部都是 H+ 的化合物。正是氢离子体现了酸的本质特征。而酸电离时生成的阴离子叫做酸根离子。比如:

HCl=H++Cl

H2SO4=2H++SO42

HNO3=H++NO3

电离H++酸根离子

值得一提的是:

NaHSO4=Na++H++SO42

其中,电离出的阳离子有 Na+H+,并不全是氢离子,所以 NaHSO4 不是酸

电离时生成的阴离子全部都是 OH 的化合物。正是氢氧根离子体现了碱的本质特征。比如:

NaOH=Na++OH

KOH=K++OH

Ca(OH)2=Ca2++2OH

电离金属阳离子+OH

电离时生成金属阳离子铵根离子酸根离子的化合物。比如:

NaCl=Na++Cl

CaCO3=Ca2++CO32

NH4Cl=NH4++Cl

KHSO4=K++H++SO42

上述式子叫做电离方程式

酸碱的强弱

我们知道,要检测一种溶液是酸性还是碱性,我们可以用 ph 试纸进行检测。而溶液的酸碱度小于 7,那其为酸性,而溶液的酸碱度大于 7,那其为碱性。这种溶液的酸碱度越,其酸性越强。这种溶液的酸碱度越,其碱性越强

事实上,ph 衡量的就是溶液中的氢离子浓度,而溶液酸性的强弱,看的是其 H+ 的浓度大小。而溶液碱性的强弱,看的是其 OH 的浓度大小。

在化学上,溶液的酸碱性和酸或碱的酸碱性的讨论标准是不一样的。酸碱的强弱是看它们在水中电离出氢离子或氢氧根离子的能力

对于酸来说,它在水中电离出 H+能力越强,它的酸性就越强。同样地,对于碱来说,它在水中电离出 OH能力越强,它的碱性就越强

对于比较酸或碱的电离能力,要看在相同条件下,谁发生电离的分子比例更高,谁的电离能力就越强。如下:

电离的分子数↑⇒电离能力↑⇒酸(碱)性

事实上,酸的电离能力与其酸根离子的束缚能力有关,比如碳酸根对氢离子的束缚能力比较强,碳酸的电离过程就是先电离出一个氢离子形成碳酸氢根离子,再从碳酸氢根离子中电离出一个氢离子形成碳酸根离子。因为碳酸根的束缚能力比较强,所以我们可以知道:

NaHCO3=Na++HCO3

硫酸根离子对氢离子的束缚能力比较弱,所以我们可以知道:

NaHSO4=Na++H++SO42

因此,有些酸在溶液中可以全部电离,而有些酸在溶液中只能部分电离。因此以这个为标准,我们划定了强酸(比如 HClH2SO4HNO3)与弱酸(比如 H2CO3CH3COOH)。

而碱的碱性同理。也可以将其划分为强碱(比如 NaOHCa(OH)2KOHBa(OH)2)和弱碱(比如 NH3H2O(一水合氨)、Cu(OH)2Mg(OH)2)。

顺便提一下一水合氨的电解方程式:

NH3H2O=NH4++OH

离子反应及离子方程式

离子反应电解质在溶液里反应的本质。比如说如下反应:

BaCl2+Na2SO4=2NaCl+BaSO4

这个反应的本质就是:

Ba2++SO42=BaSO4

为什么呢?因为 NaCl 在水中会电离,而 BaSO4不会

离子方程式:用实际参加反应的离子符号来表示的式子。离子方程式需要满足原子守恒电荷守恒

书写离子方程式的步骤:

  • 写出原化学方程式

  • 完全电离(即强酸强碱可溶性盐)的拆成离子

  • 删去两边重复的离子。

  • 检查原子守恒电子守恒

根据上述步骤,我们可以写出酸碱中和反应的实质:

H++OH=H2O

离子反应发生的条件

离子反应发生的条件:离子之间可以结合生成难变成离子的物质,使得溶液中这些离子的数目发生变化,就能发生离子反应。其中“难变成水的物质”主要就是沉淀气体。例如:

BaCl2+Na2SO4=2NaCl+BaSO4↓⇒Ba2++SO42=BaSO42

H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2OH++OH=H2O

2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑⇒2H++CO32=H2O+CO2

复分解反应与离子反应之间的关系:复分解反应是离子反应的子集,而离子反应还包括某些置换反应 和一些其他反应,比如以下这个:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑⇒Zn+2H+=Zn2++H2

Day 3

氧化还原反应

氧化还原反应:有元素化合价变化的反应。

氧化还原反应的实质:电子的转移电子化合价降电子化合价升)。

所以,以下几个反应都是氧化还原反应:

2Na+Cl2=2NaCl

Fe+CuCl2=Cu+FeCl2

其中,Fe 化合价升高,失去电子,被氧化,发生氧化反应。Cu 化合价降低,得到电子,被还原,发生还原反应。

结论:升失氧降得还

氧化剂与还原剂

氧化剂:所含元素的化合价降低,即得电子的物质(具有氧化性)。

还原剂:所含元素的化合价升高,即失电子的物质(具有还原性)。

在一个氧化还原反应中,氧化剂的氧化性始终强于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性始终强于还原产物的还原性。

所以一个化学反应中,发生氧化反应的是还原剂,发生还原反应的是氧化剂

事实上,氧化剂和还原剂可能是同一种,比如:

Cl2+H2O=HCl+HClO

其中,Cl2 中的氯元素的化合价既有升高又有降低,所以 Cl2 既是氧化剂也是还原剂

所以,一个氧化还原反应应当是这样的:

氧化剂+还原剂氧化产物+还原产物

其中,氧化剂得到电子,化合价降低,发生还原反应,生成还原产物;还原剂失去电子,化合价升高,发生氧化反应,生成氧化产物

氧化还原反应中的守恒

在氧化还原反应中,氧化剂得电子的总数=还原剂失电子的总数,这叫做氧化还原反应中的得失电子守恒

得/失电子数=有几个原子得/失电子×每个原子得/失几个电子

双线桥法:用两条线桥连接氧化剂还原产物还原剂氧化产物,标上化合价变化得失电子数以及什么反应

单线桥法:用一条线桥链接氧化剂还原剂,箭头从还原剂标向氧化剂,标上得失电子数

钠单质的性质

钠是一种银白色固体,具有金属光泽硬度,密度比煤油大,比水小

钠在常温下会与空气中的氧气发生如下反应:

4Na+O2=2Na2O

氧化钠是一种白色固体,覆盖在钠的表面能遮去钠表面的光泽。钠放在空气中很快就能被氧气氧化,说明钠的化学性质非常活泼,具有较强的还原性。因此,一般把钠浸泡在煤油中保存。

加热的条件下,钠还能与氧气发生反应生成淡黄色过氧化钠

2Na+O2=Na2O2

值得一提的是,事实上在过氧化物中氧元素的化合价是 1 价。

钠单质和水的反应

钠和水会产生剧烈的反应。其反应方程式如下:

2Na+2HO=2NaOH+H2

红外热像仪可以检测出反应时钠即周围的水温度升高

总结出钠与水反应的现象:钠浮在水面上熔成一个小球,在水上游动,发出嘶嘶的响声,滴加了酚酞试液的溶液变红浮熔游响红)。这几个现象分别可以体现出反应放热钠熔点较低,产生了气体H2),有生成物呈碱性NaOH)。

使用钠的注意事项

  • 取用的时候要用镊子,因为钠会与手上的发生反应,生成的 NaOH腐蚀皮肤

  • 如果实验过程中着火,要用干燥的沙土来灭火,不能用水,因为钠与水反应产生氢气,会引起爆炸

  • 试验结束以后应该把剩余的钠放回原瓶,因为废液缸中也可能含有水。

钠的氧化物

氧化钠(Na2O)是一种白色固体,而过氧化钠(Na2O2)是一种淡黄色固体。

我们可以写出氧化钠和过氧化钠的电解方程式

Na2O=2Na++O2

Na2O2=2Na++O22

我们注意到,氧化钠是由钠离子氧离子构成的,而过氧化钠是由钠离子过氧根离子O22)构成的(下图即为过氧根离子)。

Na2OCaO化学性质类似,有如下反应:

Na2O+H2O=2NaOH

Na2O+CO2=Na2CO3

向装有 Na2O2 的试管中滴加,产生大量的气泡,可以使带火星的木条复燃。用玻璃棒蘸取反应后的溶液,滴在 ph 试纸上测定酸碱性,得出溶液显碱性。所以:

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2

用棉花包裹住 Na2O2 固体,吹入二氧化碳气体,发现棉花很快剧烈燃烧起来。所以:

2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2

因为 Na2O2 可以吸收二氧化碳和水转化成呼吸所用的氧气,所以 Na2O2 还可以作为潜艇和防毒面具的供氧剂

碳酸钠和碳酸氢钠的性质

碳酸钠和碳酸氢钠都是白色固体,每 100g 水中可以溶解 21.5g 的碳酸钠,可以溶解 9.6g 的碳酸氢钠。因此碳酸钠易溶,而碳酸氢钠可溶

碳酸钠的水溶液碱性较强,而碳酸氢钠的水溶液碱性较弱分解油污需要一个较强的碱性环境,因此碳酸钠可以用来去油污,而碳酸氢钠不能。

加热 NaHCO3,可以生成使澄清石灰水变浑浊的气体。反应方程式如下:

2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2

因为碳酸氢钠的热稳定性差,加热时产生气体,所以可被用作膨化剂

碳酸钠、碳酸氢钠的转化

我们知道,Na2CO3NaHCO3 都可以和盐酸反应

Na2CO3+2HCl(过量)=2NaCl+H2O+CO2

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2

实验发现,将盐酸滴入 NaHCO3 中,溶液会立即产生气泡,而将盐酸滴入 Na2CO3,需要过一段时间才会产生气泡。事实上,将盐酸滴入 Na2CO3 中需要经过两步反应

Na2CO3+HCl(少量)=NaHCO3+NaCl

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2

将这两步反应写成离子方程式

H++CO32=HCO3

H++HCO3=H2O+CO2

反过来,若将 H2CO3 转化为 Na2CO3,写出反应方程式:

H2CO3+2NaOH=Na2CO3+2H2O

可以表示为:

H2CO3+2OH=CO32+2H2O

事实上,它也分两步

H2CO3+OH=HCO3+H2O

HCO3+OH=CO32+H2O

我们把负离子不含氢离子的盐称为正盐负离子含氢离子的盐称为酸性盐。所以碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸之间的转化就是正盐、酸性盐和酸之间的转化。

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