化学必修一

第一章 物质及其变化

第一节 物质的分类及转化

一、物质的分类

分散质粒子的直径小于 \(1 \operatorname{nm}\) 的是溶液

分散质粒子的直径大于 \(100 \operatorname{nm}\) 的是乳浊液或悬浊液

分散质粒子的直径为 \(1 \sim 100 \operatorname{nm}\) 的分散系是胶体

第二节 离子反应

一、电解质的电离

电解质：在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物

1. 强电解质

   六大强酸：\(H Cl\)、\(H_2 S O_4\)、\(H N O_3\)、\(H Br\)、\(H I\)、\(H Cl O_4\)

   四大强碱：\(Na O H\)、\(K O H\)、\(Ca (O H)_2\)、\(Ba (O H)_2\)

2. 弱电解质
   \((C O H_3 C O O)_2 Pb\)、\(Hg Cl_2\)、\(Hg Br\)

二、离子反应

\(Fe^{2+}\)浅绿色，\(Fe^{3+}\)黄色，\(Fe O_4^{2-}\)紫红色

\(Cu^{2+}\)蓝色

\(Mn^{2+}\)近无色，\(Mn O_4^{2-}\)墨绿色，\(Mn O_4^-\)紫红色

\(Cr^{3+}\)绿色，\(Cr O_4^{2-}\)黄色，\(Cr_2 O_7^{2-}\)橙色

第三节 氧化还原反应

一、氧化还原反应

双线桥

二、氧化剂和还原剂

单线桥

\(O_2\)、\(Cl_2\)、浓硫酸、\(H N O_3\)、\(K Mn O_4\)、\(Fe Cl_3\)等常用作氧化剂

活泼金属单质、\(C\)、\(H_2\)、\(C O\)、\(K I\)等常用作还原剂

氧化（还原）性：反应前\(>\)反应后，氧化（还原）剂\(>\)氧化（还原）产物

氧化性：\(Mn O_4^- > Cl_2 > Br_2 > Fe^{3+} > I_2 > S\)

还原性：\(Mn^{2+} < Cl^- < Br^- < Fe^{2+} < I^- < S^{2-}\)

金属活动性（左到右）\(\to\) 单质还原性强到弱、离子氧化性弱到强

升（化合价升高）失（失去电子）氧（被氧化，发生氧化反应）还（作还原剂，体现还原性）

降（化合价降低）得（得到电子）还（被还原，发生还原反应）氧（作氧化剂，体现氧化性）

第二章 海水中的重要元素——钠和氯

第一节 钠及其化合物

一、活泼的金属单质——钠

\(4 Na + O_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na_2 O\)（钠在空气中变暗，生成白色固体）

\(2 Na + O_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} Na_2 O_2\)（发出黄色火焰，生成淡黄色固体）

\(2 Na + 2 H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na O H + H_2 \uparrow\)（浮、熔、游、响、红）

二、钠的几种化合物

1. 氧化钠和过氧化钠

   \(2 Na_2 O_2 + 2 H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 4 Na O H + O_2\)

   \(2 Na_2 O_2 + 2 C O_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na_2 C O_3 + O_2\)

2. 碳酸钠和碳酸氢钠

   \(2 Na H C O_3 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} Na_2 C O_3 + H_2 O + C O_2 \uparrow\) （鉴别碳酸钠和碳酸氢钠）

侯氏制碱法：

1. \(Na Cl + N H_3 + H_2 O + C O_2 {=\!=\!=} N H_4 Cl + Na H C O_3 \downarrow\) （\(Na Cl\)饱和，先加\(N H_3\)）
2. \(2Na H C O_3 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} Na_2 C O_3 + H_2 O + C O_2 \uparrow\)

三、焰色试验

蘸取碳酸钾做实验，要透过蓝色钴玻璃观察焰色，滤去黄色的光，避免碳酸钾中所含的微量钠盐造成干扰

金属元素	锂 \(Li\)	钠 \(Na\)	钾 \(K\)	铷 \(Rb\)	钙 \(Ca\)	锶 \(Sr\)	钡 \(Ba\)	铜 \(Cu\)
焰色	紫红色	黄色	紫色	紫色	砖红色	洋红色	黄绿色	绿色

第二节 氯及其化合物

一、氯气的性质

1. 与金属、非金属单质的反应

   \(2 Na + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na Cl\)（产生白烟）

   \(2 Fe + 3 Cl_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Fe Cl_3\)

   \(Cu + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} Cu Cl_2\)

   \(H_2 + Cl_2 \stackrel{\text{点燃}}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 H Cl\)（发出苍白色火焰，产生白雾）

2. 与水的反应

   \(Cl_2 + H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} H Cl + H Cl O\)（\(H Cl O\)具有强氧化性，能起到杀菌消毒的作用，还能使某些燃料和邮寄色素褪色）

   \(2 H Cl O \stackrel{\text{光照}}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 H Cl + O_2 \uparrow\)（次氯酸是很弱的酸、不稳定）

3. 与碱的反应

   \(Cl_2 + 2 Na O H \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Na Cl + Na Cl O + H_2 O\) （以 \(Na Cl O\) 为有效成分的漂白液）

   \(2 Cl_2 + 2 Ca (O H)_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Ca (Cl O)_2 + Ca Cl_2 + 2 H_2 O\) （通入冷的石灰乳得到以 \(Ca (Cl O)_2\) 为有效成分的漂白粉；与 \(Ca (O H)_2\) 反应充分得到漂粉精）

   \(Ca (Cl O)_2 + C O_2 + H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Ca C O_3 \downarrow + 2 H Cl O\)

二、氯气的实验室制法

\(Mn O_2 + 4 H Cl \text{(浓)} \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} Mn Cl_2 + Cl_2 \uparrow + 2 H_2 O\)

三、氯离子的检验

用稀硝酸（排除 \(C O_3 ^{2-}\) 等的干扰）酸化过的 \(Ag N O_3\) 检验 \(Cl^-\)

第三节 物质的量

\[\begin{align*} n &=\frac{N}{N_A}=\frac{m}{M}=\frac{V}{V_m}=c\cdot V \\ c &=\frac{1000 \cdot \rho_{(\operatorname{g\cdot cm^{-3}})} \cdot \omega}{M} \end{align*} \]

一、物质的量的单位——摩尔

\(n\) ：物质的量（表示含有一定数目粒子的集合体），单位 \(\operatorname{mol}\)
\(N\) ：粒子数
\(N_A\) ：阿伏加德罗常数，\(6.02\times 10^{23}\operatorname{mol}^{-1}\)

\[n=\frac{N}{N_A} \]

\(M\)：摩尔质量（单位物质的量的物质所具有的质量），常用单位 \(g \cdot \operatorname{mol}^{-1}\)，在数值上等于其相对质量
\(m\) ：质量

\[n=\frac{m}{M} \]

二、气体摩尔体积

\(V_m\) ：气体摩尔体积（单位物质的量的气体所占的体积），常用单位 \(L \cdot \operatorname{mol}^{-1}\)和\(m^3\cdot \operatorname{mol}^{-1}\)
\(V\) ：体积

\[V_m=\frac{V}{n} \]

在标准状况（\(0\space^\circ C\) 、 \(101 \operatorname{kPa}\)）下，气体摩尔体积约为 \(22.4 \operatorname{L/mol}\)
在常温常压（\(25\space^\circ C\)、\(101 \operatorname{kPa}\)）下， 气体摩尔体积约为 \(24.5 \operatorname{L/mol}\)

三、物质的量浓度

1. 物质的量浓度

   \(c_B\) ：物质的量浓度（单位体积的溶液里所含溶质 \(B\) 的物质的量），常用单位 \(\operatorname{mol/L}\)

   \[c_B = \frac{n_B}{V} \]

2. 配制一定物质的量浓度的溶液

   \(c\)（浓溶液）\(\cdot\space V\)（浓溶液）\(=c\)（稀溶液）\(\cdot\space V\)（稀溶液）

配制一定物质的量浓度的$Na Cl$溶液

第三章 铁 金属材料

第一节 铁及其化合物

\(Fe + 2 Fe^{3+} {=\!=\!=} 3 Fe^{2+}\)

\(2 Fe Cl_3 + Cu {=\!=\!=} Cu Cl_2 + 2 Fe Cl_2\)（用 \(Fe Cl_3\) 溶液作为“腐蚀液”，将覆铜板上不需要的铜腐蚀）

一、铁的单质

\(3 Fe + 4 H_2 O (g) \stackrel{\text{高温}}{\underset{}{=\!=\!=}} Fe_3 O_4 + 4 H_2\)（红热的铁与水蒸气反应）

二、铁的重要化合物

1. 铁的氧化物

   \(Fe O\)不稳定，在空气中受热，能迅速被氧化成 \(Fe_3 O_4\)

   \(Fe_2 O_3\) 俗称铁红，常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料

   \(Fe O + 2 H^+ \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Fe^{2+} + H_2 O\)

   \(Fe_2 O_3 + 6 H^+ \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Fe^{3+} + 3 H_2 O\)

   \(2 Fe^{3+} + Cu {=\!=\!=} Cu^{2+} + 2 Fe^{2+}\)

2. 铁的氢氧化物

   \(Fe S O_4 + 2 Na O H \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Fe (O H)_2 \downarrow + Na_2 S O_4\)（生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色）

   \(4 Fe (O H)_2 + O_2 + 2 H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 4 Fe (O H)_3\) （过一段时间有红褐色物质生成）

   \(2 Fe^{3+} + Fe \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 3 Fe^{2+}\)

   \(2 Fe^{2+} + Cl_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Fe^{3+} + 2 Cl^-\)

第二节 金属材料

一、铁合金

铁、钢等铁合金

生铁含碳量 \(2\% \sim 4.3\%\)，硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料

钢含碳量 \(0.03 \sim 2\%\)，有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等

不锈钢含 \(Cr 17\% \sim 19\%\)、\(Ni 8\% \sim 13\%\)，在大气中比较稳定，有很强的抗腐蚀能力

二、铝和铝合金

铝和硬铝

铝是一种活泼金属，常温下能与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜，起保护内部金属的作用

纯铝的硬度和强度较小，加入\(Cu\)、\(Mg\)、\(Si\)、\(Mn\)、\(Zn\)、稀土元素等，可制成铝合金（用途广泛）

硬铝，含 \(Cu 4\%\)、\(Mg 0.5\%\)、\(Mn 0.5\%\)、\(Si 0.7\%\)，密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料

\(2 Al + 6 H Cl \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Al Cl_3 + 3 H_2 \uparrow\)

\(2 Al + 2 Na O H + 2 H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na Al O_2 + 3 H_2 \uparrow\)

\(Al_2 O_3 + 6 H Cl \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Al Cl_3 + 3 H_2 O\)

\(Al_2 O_3 + 2 Na O H \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na Al O_2 + H_2 O\)

\(Al (O H)_3 + 3 H^+ \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Al^{3+} + 3 H_2 O\)

\(Al (O H)_3 + O H^- \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} Al O_2^- + 2 H_2 O\)

第四章 物质结构 元素周期律

第一节 原子结构与元素周期表

一、原子结构

质量数（\(A\)）\(=\) 质子数（\(Z\)）\(+\) 中子数（\(N\)）

分别用 \(n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\) 或 \(K\)、\(L\)、\(M\)、\(N\)、\(O\)、\(P\)、\(Q\)来表示从内到外的电子层

原子核外第 \(n\) 层最多能容纳的电子数为 \(2 n^2\)，最外层的电子数最多 \(8\) 个

二、元素周期表

元素周期表有 \(7\) 个横行，\(18\)个纵列，\(16\)个族（\(VIII\)族、\(0\)族、\(7\)个主族、\(7\)个副族）

三、核素

\(^A_Z X\) 表示质量数为 \(A\)，质子数为 \(Z\) 的 \(X\) 原子

四、原子结构与元素的性质

碱金属元素

1. 碱金属单质主要物理性质

   颜色和硬度：除铯略带金属光泽外，其余都呈现银白色；硬度较小

   熔点与沸点：由上到下，熔沸点依次降低

   密度：\(Li<K<Na<Rb<Cs\)

2. 碱金属单质主要化学性质：能与氧气等非金属单质以及水反应，从锂到铯，金属性逐渐增强

   \(4 Li + O_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Li_2 O\)

   \(2 Na + O_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} Na_2 O_2\)

   \(2 Na + 2 H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Na O H + H_2 \uparrow\)

   \(2 K + 2 H_2 O \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 K O H + H_2 \uparrow\)

卤族元素

1. 卤素单质与氢气反应

   \(H_2 + F_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 H F\) （在暗处能剧烈化合并发生爆炸，生成的氟化氢很稳定）

   \(H_2 + Cl_2 \stackrel{\text{光照或点燃 }}{\underset{}{=\!=\!=\!=\!=}} 2 H Cl\) （光照或点燃发生反应，生成的氯化氢较稳定）

   \(H_2 + Br_2 \stackrel{\Delta}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 H Br\) （加热至一定温度才能反应，生成的溴化氢不如氯化氢稳定）

   \(H_2 + I_2 \stackrel{\Delta}\rightleftharpoons 2 H I\)（不断加热才能缓慢反应；碘化氢不稳定，在同一条件下同时分解为 \(H_2\) 和 \(I_2\)，是可逆反应）

2. 卤素单质间的置换反应

   \(2Br^- + Cl_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2Cl^- + Br_2\)

   \(2I^- + Cl_2 \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} I_2 + 2Cl^-\)

   \(Br_2 + 2I^- \stackrel{}{\underset{}{=\!=\!=}} 2 Br^- + I_2\)

   从\(F_2\)到\(I_2\)，氧化性逐渐减弱

同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱

第二节 元素周期律

元素周期律：元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化

一、元素性质的周期性变化规律

同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强

二、元素周期表和元素周期律的应用

位于分界线附近的元素既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性

第三节 化学键

一、离子键

通常，活泼金属与活泼非金属形成离子化合物

电子式：在元素符号周围用“·”或“\(\times\)”表示原子的价电子

二、共价键

共价键：原子间通过公用电子对所形成的相互作用叫做共价键

化学键：相邻的原子之间强烈的相互作用叫做化学键

分子具有一定的空间结构，如 \(C O_2\)是直线形，\(H_2 O\)呈\(V\)形，\(C H_4\)呈正四面体形等

化学反应的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程

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