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必修第一册

化学学考 / 选考笔记，对应人教版《必修第一册》，按专题整理。

第一章 物质及其变化​

第一节 物质的分类及转化​

物质的分类​

  • 按组成和性质，物质先分为 混合物 与 纯净物；
  • 纯净物分为 单质（同种元素组成，如 O2\text{O}_2、Fe\text{Fe}）与 化合物（不同元素组成）；
  • 化合物按是否含碳分为无机物与有机物，无机物又分为 氧化物、酸、碱、盐。
类别定义举例
酸电离时生成的阳离子全部是 H+\text{H}^+HCl\text{HCl}、H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4、HNO3\text{HNO}_3
碱电离时生成的阴离子全部是 OH−\text{OH}^-NaOH\text{NaOH}、Ca(OH)2\text{Ca}(\text{OH})_2、NH3⋅H2O\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}
盐电离时生成金属阳离子（或 NH4+\text{NH}_4^+）和酸根离子NaCl\text{NaCl}、Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3、CuSO4\text{CuSO}_4

氧化物 分类：

  • 按元素分：金属氧化物（Na2O\text{Na}_2\text{O}、Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3）、非金属氧化物（CO2\text{CO}_2、SO2\text{SO}_2）；
  • 按性质分：
    • 酸性氧化物：与碱反应生成盐和水（如 CO2\text{CO}_2、SO3\text{SO}_3，多为非金属氧化物）；
    • 碱性氧化物：与酸反应生成盐和水（如 Na2O\text{Na}_2\text{O}、CaO\text{CaO}、Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3，一定是金属氧化物）；
    • 两性氧化物（Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3）、不成盐氧化物（CO\text{CO}、NO\text{NO}）。

金属氧化物不一定是碱性氧化物（如 Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3 两性、Mn2O7\text{Mn}_2\text{O}_7 酸性），但碱性氧化物一定是金属氧化物。

分散系及胶体​

  • 分散系：把一种（或多种）物质分散到另一种（或多种）物质中形成的混合物；被分散的是分散质，容纳分散质的是分散剂；
  • 按分散质粒子直径大小分为三类。
分散系粒子直径特征举例
溶液小于 1 nm均一、稳定、透明盐水、糖水、稀硫酸
胶体1 – 100 nm均一、较稳定、能透光Fe(OH)3\text{Fe}(\text{OH})_3 胶体、豆浆
浊液大于 100 nm不均一、不稳定、易沉降泥水、油水混合物

胶体的性质

  • 丁达尔效应：光束通过胶体时出现一条光亮的通路，是区分溶液与胶体的常用方法；
  • 介稳性、电泳、聚沉（加电解质、加带相反电荷的胶体或加热可使胶体聚沉）。

Fe(OH)3\text{Fe}(\text{OH})_3 胶体的制备：向沸水中滴加饱和 FeCl3\text{FeCl}_3 溶液，继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热。

FeCl3+3H2O→ΔFe(OH)3 (胶体)+3HCl\text{FeCl}_3+3\text{H}_2\text{O}\xrightarrow{\Delta}\text{Fe}(\text{OH})_3\,(\text{胶体})+3\text{HCl}

注意书写时 Fe(OH)3\text{Fe}(\text{OH})_3 后不加 ↓\downarrow（胶体不是沉淀），且不可长时间煮沸（否则聚沉成沉淀）。

物质的转化​

  • 单质、氧化物、酸、碱、盐之间可以相互转化，核心是四类反应：化合、分解、置换、复分解；
  • 金属单质 →\to 碱性氧化物 →\to 碱 →\to 盐；非金属单质 →\to 酸性氧化物 →\to 酸 →\to 盐。

四种基本反应类型：

类型形式举例
化合多变一 A+B→AB\text{A}+\text{B}\to\text{AB}2Na+O2→ΔNa2O22\text{Na}+\text{O}_2\xrightarrow{\Delta}\text{Na}_2\text{O}_2
分解一变多 AB→A+B\text{AB}\to\text{A}+\text{B}CaCO3→高温CaO+CO2↑\text{CaCO}_3\xrightarrow{\text{高温}}\text{CaO}+\text{CO}_2\uparrow
置换单质换单质Fe+CuSO4→FeSO4+Cu\text{Fe}+\text{CuSO}_4\to\text{FeSO}_4+\text{Cu}
复分解相互交换成分HCl+NaOH→NaCl+H2O\text{HCl}+\text{NaOH}\to\text{NaCl}+\text{H}_2\text{O}

第二节 离子反应​

电解质与非电解质​

  • 电解质：在水溶液中 或 熔融状态下能导电的化合物（酸、碱、盐、金属氧化物、水）；
  • 非电解质：在两种状态下都不能导电的化合物（如 CO2\text{CO}_2、SO2\text{SO}_2、NH3\text{NH}_3、蔗糖、酒精）。

判断要点：

  • 电解质、非电解质研究对象都是 化合物；单质、混合物既不是电解质也不是非电解质；
  • CO2\text{CO}_2、SO2\text{SO}_2、NH3\text{NH}_3 溶于水虽导电，但导电的是它们与水反应的产物（H2CO3\text{H}_2\text{CO}_3、NH3⋅H2O\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O} 等），本身是 非电解质；
  • 能否导电 与 是不是电解质 无必然联系：BaSO4\text{BaSO}_4 难溶但熔融导电，是电解质。

强电解质与弱电解质

  • 强电解质：在水中完全电离（强酸、强碱、大多数盐）；
  • 弱电解质：在水中部分电离（弱酸如 CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}，弱碱如 NH3⋅H2O\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}，以及水）。

离子方程式​

  • 电离方程式：强电解质用 →\to，弱电解质用 ⇌\rightleftharpoons，如 HCl→H++Cl−\text{HCl}\to\text{H}^++\text{Cl}^-、CH3COOH⇌CH3COO−+H+\text{CH}_3\text{COOH}\rightleftharpoons\text{CH}_3\text{COO}^-+\text{H}^+；
  • 离子方程式 表示反应的实质，书写按「写、拆、删、查」四步：
    • 写出正确的化学方程式；
    • 把易溶的强电解质 拆成离子，其余（单质、氧化物、气体、沉淀、弱电解质、水）写化学式；
    • 删去两边不参加反应的离子；
    • 检查原子守恒与 电荷守恒。
拆不拆
强酸、强碱、可溶性盐单质、氧化物、气体
沉淀、弱酸弱碱、水

例如稀盐酸与氢氧化钠、碳酸钙的反应：

H++OH−→H2O\text{H}^++\text{OH}^-\to\text{H}_2\text{O}

CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2↑\text{CaCO}_3+2\text{H}^+\to\text{Ca}^{2+}+\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2\uparrow

离子反应发生的条件​

复分解型离子反应发生，需生成 沉淀、气体或弱电解质（水） 之一，即溶液中某些离子浓度显著减小：

  • 生成沉淀：Ba2++SO42−→BaSO4↓\text{Ba}^{2+}+\text{SO}_4^{2-}\to\text{BaSO}_4\downarrow；
  • 生成气体：CO32−+2H+→H2O+CO2↑\text{CO}_3^{2-}+2\text{H}^+\to\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2\uparrow；
  • 生成水（弱电解质）：H++OH−→H2O\text{H}^++\text{OH}^-\to\text{H}_2\text{O}。

离子共存 判断：能相互反应（生成沉淀、气体或水，或发生氧化还原、双水解）的离子不能大量共存。常考互斥：H+\text{H}^+ 与 OH−\text{OH}^-、CO32−\text{CO}_3^{2-}；Ba2+\text{Ba}^{2+} 与 SO42−\text{SO}_4^{2-}、CO32−\text{CO}_3^{2-}；Ag+\text{Ag}^+ 与 Cl−\text{Cl}^-；OH−\text{OH}^- 与 Cu2+\text{Cu}^{2+}、Fe3+\text{Fe}^{3+}、Mg2+\text{Mg}^{2+}。

第三节 氧化还原反应​

基本概念​

  • 氧化还原反应 的本质是 电子的转移（得失或偏移），特征是 元素化合价的升降；
  • 一句口诀：升失氧、降得还——化合价 升 高、失 电子、被 氧 化；化合价 降 低、得 电子、被 还 原。
概念化合价电子过程
氧化剂降低得电子发生还原反应
还原剂升高失电子发生氧化反应
  • 氧化剂 具有氧化性，得电子，被还原，生成 还原产物；
  • 还原剂 具有还原性，失电子，被氧化，生成 氧化产物。

以 Fe+CuSO4→FeSO4+Cu\text{Fe}+\text{CuSO}_4\to\text{FeSO}_4+\text{Cu} 为例：Fe\text{Fe} 化合价由 00 升到 +2+2，是还原剂；Cu2+\text{Cu}^{2+} 由 +2+2 降到 00，是氧化剂。

常见氧化剂与还原剂​

  • 常见 氧化剂：O2\text{O}_2、Cl2\text{Cl}_2、浓硫酸、HNO3\text{HNO}_3、KMnO4\text{KMnO}_4、FeCl3\text{FeCl}_3；
  • 常见 还原剂：活泼金属（Na\text{Na}、Al\text{Al}、Fe\text{Fe}）、C\text{C}、H2\text{H}_2、CO\text{CO}；
  • 中间价态元素（如 Fe2+\text{Fe}^{2+}、SO2\text{SO}_2）既可作氧化剂又可作还原剂。

电子转移的表示​

  • 双线桥法：从反应物指向生成物中同种元素，标「失去 / 得到 n×mn\times m 个电子」，得失电子总数相等；
  • 单线桥法：从还原剂失电子元素指向氧化剂得电子元素，箭头上只标电子转移总数。

守恒规律：得电子总数 == 失电子总数，配平氧化还原方程式的核心即化合价升降守恒。

四种基本反应与氧化还原的关系​

  • 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；
  • 化合、分解反应 可能 是氧化还原反应（有单质参与的一般是）。

第二章 海水中的重要元素——钠和氯​

第一节 钠及其化合物​

钠单质​

  • 物理性质：银白色、质软、密度小（比水小、比煤油大）、熔点低、导电导热；
  • 保存在 煤油 中，隔绝空气和水。

化学性质（钠是强还原剂，很活泼）

  • 与 O2\text{O}_2 反应，条件不同产物不同：

4Na+O2→2Na2O(常温，白色)4\text{Na}+\text{O}_2\to 2\text{Na}_2\text{O}\quad(\text{常温，白色})

2Na+O2→ΔNa2O2(点燃 / 加热，淡黄色)2\text{Na}+\text{O}_2\xrightarrow{\Delta}\text{Na}_2\text{O}_2\quad(\text{点燃 / 加热，淡黄色})

  • 与水反应，浮、熔、游、响、红（浮在水面、熔成小球、四处游动、发出嘶响、酚酞变红）：

2Na+2H2O→2NaOH+H2↑2\text{Na}+2\text{H}_2\text{O}\to 2\text{NaOH}+\text{H}_2\uparrow

2Na+2H2O→2Na++2OH−+H2↑2\text{Na}+2\text{H}_2\text{O}\to 2\text{Na}^++2\text{OH}^-+\text{H}_2\uparrow

钠与盐溶液反应，先与水反应生成 NaOH\text{NaOH}，再由 NaOH\text{NaOH} 与盐反应，不能 置换出盐中的金属。

氧化钠与过氧化钠​

Na2O\text{Na}_2\text{O}Na2O2\text{Na}_2\text{O}_2
颜色白色固体淡黄色固体
氧的化合价−2-2−1-1
与水Na2O+H2O→2NaOH\text{Na}_2\text{O}+\text{H}_2\text{O}\to 2\text{NaOH}2Na2O2+2H2O→4NaOH+O2↑2\text{Na}_2\text{O}_2+2\text{H}_2\text{O}\to 4\text{NaOH}+\text{O}_2\uparrow
类别碱性氧化物过氧化物（非碱性氧化物）

Na2O2\text{Na}_2\text{O}_2 与 CO2\text{CO}_2 反应可用于呼吸面具和潜水艇供氧：

2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O22\text{Na}_2\text{O}_2+2\text{CO}_2\to 2\text{Na}_2\text{CO}_3+\text{O}_2

该反应中 Na2O2\text{Na}_2\text{O}_2 既是氧化剂又是还原剂（氧元素发生 歧化）。

碳酸钠与碳酸氢钠​

Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3（纯碱、苏打）NaHCO3\text{NaHCO}_3（小苏打）
俗名纯碱、苏打小苏打
溶解性易溶（同温下溶解度更大）易溶（较小）
热稳定性稳定受热分解
与酸较慢剧烈、快
用途玻璃、造纸、洗涤发酵、灭火、制胃药

NaHCO3\text{NaHCO}_3 受热分解：

2NaHCO3→ΔNa2CO3+H2O+CO2↑2\text{NaHCO}_3\xrightarrow{\Delta}\text{Na}_2\text{CO}_3+\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2\uparrow

鉴别：加热法（NaHCO3\text{NaHCO}_3 分解放出 CO2\text{CO}_2）；或滴加相同浓度盐酸，NaHCO3\text{NaHCO}_3 产气更快。二者可相互转化：

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3\text{Na}_2\text{CO}_3+\text{CO}_2+\text{H}_2\text{O}\to 2\text{NaHCO}_3

焰色试验​

  • 焰色试验是 物理变化，属元素的性质，用铂丝（或洁净铁丝）蘸取样品灼烧；
  • 钠 焰色为 黄色；钾 焰色为 紫色，需 透过蓝色钴玻璃 观察（滤去钠的黄光）。

第二节 氯及其化合物​

氯气​

  • 物理性质：黄绿色、有刺激性气味、有毒、密度比空气大、能溶于水（11 体积水溶约 22 体积氯气）；
  • 氯气是强氧化剂，化学性质活泼。

与金属反应（把金属氧化到高价）：

2Na+Cl2→点燃2NaCl2\text{Na}+\text{Cl}_2\xrightarrow{\text{点燃}}2\text{NaCl}

2Fe+3Cl2→点燃2FeCl32\text{Fe}+3\text{Cl}_2\xrightarrow{\text{点燃}}2\text{FeCl}_3

与非金属反应（H2\text{H}_2 在 Cl2\text{Cl}_2 中安静燃烧，苍白色火焰）：

H2+Cl2→点燃2HCl\text{H}_2+\text{Cl}_2\xrightarrow{\text{点燃}}2\text{HCl}

与水反应（部分反应，是可逆反应）：

Cl2+H2O⇌HCl+HClO\text{Cl}_2+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{HCl}+\text{HClO}

次氯酸（HClO\text{HClO}）是弱酸、强氧化性，有漂白和杀菌作用，见光分解：

2HClO→光照2HCl+O2↑2\text{HClO}\xrightarrow{\text{光照}}2\text{HCl}+\text{O}_2\uparrow

新制氯水成分复杂，含 Cl2\text{Cl}_2、H2O\text{H}_2\text{O}、HClO\text{HClO} 三分子和 H+\text{H}^+、Cl−\text{Cl}^-、ClO−\text{ClO}^-、OH−\text{OH}^- 四离子，久置后变为稀盐酸。

与碱反应（工业制漂白粉，有效成分 Ca(ClO)2\text{Ca}(\text{ClO})_2）：

Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O\text{Cl}_2+2\text{NaOH}\to\text{NaCl}+\text{NaClO}+\text{H}_2\text{O}

2Cl2+2Ca(OH)2→Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O2\text{Cl}_2+2\text{Ca}(\text{OH})_2\to\text{Ca}(\text{ClO})_2+\text{CaCl}_2+2\text{H}_2\text{O}

氯离子的检验​

取待测液，先滴加稀硝酸酸化，再加 AgNO3\text{AgNO}_3 溶液，生成 不溶于稀硝酸的白色沉淀，即含 Cl−\text{Cl}^-：

Ag++Cl−→AgCl↓\text{Ag}^++\text{Cl}^-\to\text{AgCl}\downarrow

加稀硝酸是为了排除 CO32−\text{CO}_3^{2-} 等离子的干扰（Ag2CO3\text{Ag}_2\text{CO}_3 溶于硝酸而 AgCl\text{AgCl} 不溶）。

第三节 物质的量​

物质的量及其单位​

  • 物质的量（nn）是表示 含有一定数目粒子集合体 的物理量，单位是 摩尔（mol）；
  • 阿伏加德罗常数（NAN_\text{A}）：1 mol1\ \text{mol} 任何粒子含 NAN_\text{A} 个粒子，NA≈6.02×1023 mol−1N_\text{A}\approx 6.02\times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}；
  • 使用摩尔时必须指明粒子种类（分子、原子、离子、电子等）。

n=NNAn=\frac{N}{N_\text{A}}

摩尔质量​

  • 摩尔质量（MM）：单位物质的量的物质所具有的质量，单位 g/mol\text{g/mol}；
  • 以 g/mol\text{g/mol} 为单位时，摩尔质量在 数值上等于该粒子的相对原子（分子）质量。

n=mMn=\frac{m}{M}

气体摩尔体积​

  • 气体摩尔体积（VmV_\text{m}）：单位物质的量的气体所占的体积，单位 L/mol\text{L/mol}；
  • 标准状况（0 ∘C0\ ^\circ\text{C}、101 kPa101\ \text{kPa}）下，Vm≈22.4 L/molV_\text{m}\approx 22.4\ \text{L/mol}；
  • 该值只适用于气体，且必须是标准状况。

n=VVmn=\frac{V}{V_\text{m}}

阿伏加德罗定律：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子。

物质的量浓度​

  • 物质的量浓度（cc）：单位体积溶液中所含溶质的物质的量，单位 mol/L\text{mol/L}；

c=nVc=\frac{n}{V}

  • 配制一定物质的量浓度溶液 用 容量瓶，步骤：计算 →\to 称量（或量取）→\to 溶解（冷却）→\to 转移 →\to 洗涤 →\to 定容 →\to 摇匀；
  • 定容时要平视刻度线，滴加至凹液面最低处与刻度相切。

误差分析看 c=nVc=\frac{n}{V}：溶质偏少或体积偏大都使 cc 偏低。如定容时俯视刻度，实际加水偏少、体积偏小，cc 偏 高。

各量互相换算的桥梁都是物质的量 nn：

n=mM=V(气)Vm=NNA=c⋅V(液)n=\frac{m}{M}=\frac{V(\text{气})}{V_\text{m}}=\frac{N}{N_\text{A}}=c\cdot V(\text{液})

第三章 铁 金属材料​

第一节 铁及其化合物​

铁单质​

  • 铁是较活泼金属，通常显 +2+2、+3+3 价；纯铁抗腐蚀，含杂质易生锈；
  • 与非金属：3Fe+2O2→点燃Fe3O43\text{Fe}+2\text{O}_2\xrightarrow{\text{点燃}}\text{Fe}_3\text{O}_4（黑色），2Fe+3Cl2→点燃2FeCl32\text{Fe}+3\text{Cl}_2\xrightarrow{\text{点燃}}2\text{FeCl}_3（生成 +3+3 价）；
  • 与水蒸气（高温）：

3Fe+4H2O (g)→高温Fe3O4+4H23\text{Fe}+4\text{H}_2\text{O}\,(\text{g})\xrightarrow{\text{高温}}\text{Fe}_3\text{O}_4+4\text{H}_2

  • 与非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）生成 +2+2 价：Fe+2H+→Fe2++H2↑\text{Fe}+2\text{H}^+\to\text{Fe}^{2+}+\text{H}_2\uparrow；
  • 与盐溶液（置换较不活泼金属）：Fe+Cu2+→Fe2++Cu\text{Fe}+\text{Cu}^{2+}\to\text{Fe}^{2+}+\text{Cu}。

铁与足量盐酸、稀硫酸反应生成 Fe2+\text{Fe}^{2+}；与足量 Cl2\text{Cl}_2、HNO3\text{HNO}_3、浓硫酸等强氧化剂反应生成 Fe3+\text{Fe}^{3+}。

铁的氧化物与氢氧化物​

FeO\text{FeO}Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe3O4\text{Fe}_3\text{O}_4
铁的化合价+2+2+3+3+2+2、+3+3
颜色黑色红棕色黑色
俗名—铁红磁性氧化铁

氢氧化亚铁与氢氧化铁

  • Fe(OH)2\text{Fe}(\text{OH})_2 是 白色 沉淀，在空气中迅速变灰绿，最终变 红褐色：

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)34\text{Fe}(\text{OH})_2+\text{O}_2+2\text{H}_2\text{O}\to 4\text{Fe}(\text{OH})_3

  • Fe(OH)3\text{Fe}(\text{OH})_3 是 红褐色 沉淀，受热分解：2Fe(OH)3→ΔFe2O3+3H2O2\text{Fe}(\text{OH})_3\xrightarrow{\Delta}\text{Fe}_2\text{O}_3+3\text{H}_2\text{O}；
  • 制备 Fe(OH)2\text{Fe}(\text{OH})_2 时要隔绝空气（吸取 NaOH\text{NaOH} 的滴管伸入 FeSO4\text{FeSO}_4 液面下），否则很快被氧化。

铁盐与亚铁盐的相互转化​

  • Fe2+\text{Fe}^{2+} 遇氧化剂（Cl2\text{Cl}_2、HNO3\text{HNO}_3、H2O2\text{H}_2\text{O}_2 等）被氧化为 Fe3+\text{Fe}^{3+}：2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl−2\text{Fe}^{2+}+\text{Cl}_2\to 2\text{Fe}^{3+}+2\text{Cl}^-；
  • Fe3+\text{Fe}^{3+} 遇还原剂（Fe\text{Fe}、Cu\text{Cu} 等）被还原为 Fe2+\text{Fe}^{2+}：2Fe3++Fe→3Fe2+2\text{Fe}^{3+}+\text{Fe}\to 3\text{Fe}^{2+}、2Fe3++Cu→2Fe2++Cu2+2\text{Fe}^{3+}+\text{Cu}\to 2\text{Fe}^{2+}+\text{Cu}^{2+}。
Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe3+\text{Fe}^{3+}
溶液颜色浅绿色黄色
加 NaOH\text{NaOH}白色 →\to 灰绿 →\to 红褐红褐色沉淀
加 KSCN\text{KSCN}不变色变红色

Fe3+\text{Fe}^{3+} 的检验：滴加 KSCN\text{KSCN} 溶液变 红色，是最灵敏的方法。

铁三角​

Fe\text{Fe}、Fe2+\text{Fe}^{2+}、Fe3+\text{Fe}^{3+} 三者可相互转化：Fe\text{Fe} 与 Fe3+\text{Fe}^{3+} 归中生成 Fe2+\text{Fe}^{2+}，Fe2+\text{Fe}^{2+} 被氧化成 Fe3+\text{Fe}^{3+}、被还原成 Fe\text{Fe}。抓住 化合价升降 即可判断需加氧化剂还是还原剂。

第二节 金属材料​

合金​

  • 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；
  • 合金一般 硬度比成分金属大、熔点比成分金属低，性能更优；
  • 常见合金：生铁与钢（铁碳合金，靠含碳量区分）、铝合金、铜合金、储氢合金、钛合金。

生铁含碳量 2%−4.3%2\% - 4.3\%，钢含碳量 0.03%−2%0.03\% - 2\%。

正确使用金属材料​

  • 金属的活泼性与用途、抗腐蚀性相关；铝表面易形成致密氧化膜（Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3）而耐腐蚀；
  • 金属回收利用可节约资源、减少污染；
  • 物质的性质决定用途，选材要综合考虑性能、成本与环境。

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​

原子结构​

  • 原子由 原子核（质子、中子）和 核外电子 构成；

质子数(Z)=核电荷数=核外电子数=原子序数\text{质子数}(Z)=\text{核电荷数}=\text{核外电子数}=\text{原子序数}

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

  • 表示为 ZAX^{A}_{Z}\text{X}，如 612C^{12}_{6}\text{C}；
  • 元素：质子数相同的一类原子的总称；核素：具有一定质子数和中子数的一种原子；同位素：质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素（如 11H^{1}_{1}\text{H}、12H^{2}_{1}\text{H}、13H^{3}_{1}\text{H}）。

核外电子排布​

  • 电子分层排布，由内向外依次为 K\text{K}、L\text{L}、M\text{M}、N\text{N}……（11、22、33、44……层）；
  • 排布规律：
    • 每层最多容纳 2n22n^2 个电子（nn 为层序数）；
    • 最外层不超过 88 个（K\text{K} 层为最外层时不超过 22 个）；
    • 次外层不超过 1818 个；
    • 电子总是尽先排布在能量最低的电子层。

结构示意图 以圆圈中标核电荷数、弧线上标各层电子数表示，如钠为 22、88、11。

元素周期表​

  • 编排原则：按 原子序数递增 从左到右排列；同一 横行（周期） 电子层数相同；同一 纵列（族） 最外层电子数相同（多数）；
  • 结构：7 个周期、18 个纵列、16 个族；
周期一二三四五六七
类别短周期短周期短周期长周期长周期长周期长周期
元素数2288881818181832323232
  • 族分 7 个主族（I A−VII A\text{I A} - \text{VII A}）、7 个副族（I B−VII B\text{I B} - \text{VII B}）、1 个第 VIII\text{VIII} 族、1 个 00 族；
  • 主族序数 == 最外层电子数 == 最高正化合价（F\text{F}、O\text{O} 除外）。

碱金属（Li\text{Li}、Na\text{Na}、K\text{K}、Rb\text{Rb}、Cs\text{Cs}）：最外层都是 11 个电子，从上到下金属性 增强，与水反应越来越剧烈。

卤素（F\text{F}、Cl\text{Cl}、Br\text{Br}、I\text{I}）：最外层都是 77 个电子，从上到下非金属性 减弱；单质氧化性 F2>Cl2>Br2>I2\text{F}_2>\text{Cl}_2>\text{Br}_2>\text{I}_2，活泼卤素可把不活泼卤素从其盐中置换出来，如 Cl2+2NaBr→2NaCl+Br2\text{Cl}_2+2\text{NaBr}\to 2\text{NaCl}+\text{Br}_2。

第二节 元素周期律​

元素周期律​

  • 元素周期律：元素的性质随 原子序数递增 而 呈周期性变化；本质是核外电子排布的周期性变化。

同周期（从左到右，电子层数相同）：

  • 原子半径 逐渐减小；
  • 失电子能力（金属性）减弱，得电子能力（非金属性）增强；
  • 最高正价从 +1+1 到 +7+7，负价从 −4-4 到 −1-1。

同主族（从上到下，最外层电子数相同）：

  • 原子半径 逐渐增大；
  • 金属性 增强，非金属性 减弱。

金属性与非金属性的判断​

金属性强弱 依据：

  • 单质与水（或酸）反应置换出 H2\text{H}_2 的难易；
  • 最高价氧化物对应水化物（碱）的碱性强弱。

非金属性强弱 依据：

  • 单质与 H2\text{H}_2 化合的难易及氢化物的稳定性；
  • 最高价氧化物对应水化物（酸）的酸性强弱。

例如碱性 NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3\text{NaOH}>\text{Mg}(\text{OH})_2>\text{Al}(\text{OH})_3，说明金属性 Na>Mg>Al\text{Na}>\text{Mg}>\text{Al}；酸性 HClO4>H2SO4>H3PO4\text{HClO}_4>\text{H}_2\text{SO}_4>\text{H}_3\text{PO}_4，说明非金属性 Cl>S>P\text{Cl}>\text{S}>\text{P}。

微粒半径比较​

  • 电子层数 越多，半径越大；
  • 电子层数相同时，核电荷数 越大，半径越小；
  • 电子层结构相同的离子，核电荷数越大半径越小（如 r(O2−)>r(F−)>r(Na+)>r(Mg2+)r(\text{O}^{2-})>r(\text{F}^-)>r(\text{Na}^+)>r(\text{Mg}^{2+})）；
  • 同种元素：阳离子半径小于原子，阴离子半径大于原子（r(Na+)<r(Na)r(\text{Na}^+)<r(\text{Na})，r(Cl−)>r(Cl)r(\text{Cl}^-)>r(\text{Cl})）。

位、构、性关系​

结构决定性质、位置反映结构：由 原子结构 可推 周期表位置（电子层数定周期、最外层电子数定主族），由位置可推 元素性质 的递变规律。三者相互推断是元素推断题的核心。

第三节 化学键​

离子键​

  • 离子键：带相反电荷离子之间的 静电作用；
  • 成因：活泼金属（Na\text{Na}、K\text{K}、Ca\text{Ca}）与活泼非金属（Cl\text{Cl}、O\text{O}）之间通过 得失电子 形成阴、阳离子；
  • 离子化合物：含离子键的化合物（强碱、大多数盐、活泼金属氧化物）；
  • 用 电子式 表示，如 NaCl\text{NaCl} 中 Na+\text{Na}^+ 与带方括号和电荷的 Cl−\text{Cl}^-。

共价键​

  • 共价键：原子间通过 共用电子对 形成的相互作用；
  • 分 非极性键（同种原子，电子对不偏移，如 H2\text{H}_2、Cl2\text{Cl}_2）与 极性键（不同原子，电子对偏移，如 HCl\text{HCl}）；
  • 共价化合物：只含共价键的化合物（非金属氧化物、酸、多数有机物、H2O\text{H}_2\text{O}、NH3\text{NH}_3）。
离子键共价键
本质阴阳离子间的静电作用原子间共用电子对
成键微粒阴离子、阳离子原子
成键元素活泼金属与活泼非金属非金属之间
存在离子化合物共价化合物、非金属单质

化学键与物质类别​

  • 化学键：相邻原子（或离子）之间强烈的相互作用，包括离子键和共价键；
  • 化学反应的本质：旧化学键断裂、新化学键形成；
  • 判断要点：
    • 只含共价键的化合物是共价化合物（如 HCl\text{HCl}、CO2\text{CO}_2）；
    • 含离子键的化合物一定是离子化合物（可能同时含共价键，如 NaOH\text{NaOH} 含离子键和 O—H\text{O}\text{—}\text{H} 共价键，Na2O2\text{Na}_2\text{O}_2 含离子键和 O—O\text{O}\text{—}\text{O} 非极性共价键）；
    • 稀有气体（如 He\text{He}、Ne\text{Ne}）单原子分子 不含化学键。