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第1章认识化学学科
第1节认识化学科学
■、化学的含义和特征
1、化学的含义:
在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然
科学。
2、特征:
认识分子和制造分子。
3、物质的变化分为两种:
物理变化和化学变化。
1661年,英国,波义耳提出化学元素的概念,标志着近代化学诞生。
1771年,法国,拉瓦锡建立燃烧现象的氧化学说。
1803年,英国,道尔顿提出了原子学说。
1869年,俄国,门捷列夫发现元素周期表。
第1章认识化学学科
第2节研究物质性质的方法和程序
一、研究物质的基本方法:
观察、实验、分类、比较等方法。
(1)Na的性质
1、物理性质:
钠是一种银白色金属,熔点为978C,沸点为882.9C,密度为0.97g/cm3。
2、化学性质:
容易失去一个电子,形成Na+(稳定结构),还原性极强。
(1)与非金属反应:
①4Na+O2====2Na20②2Na+O2====Na2O2③2Na+Cl2====2NaCl
④2Na+S点燃=Na2S
(2)与水反应:
2Na+2H2O====2NaOH+H2匸现象:
浮:
Na浮在水面上;熔:
融化成一个小球;
游:
四处游动;响:
发出咝咝响声;红:
试液变红。
(3)与酸反应:
2Na+2HCI====2NaCI+H2?
(4)与盐反应:
①2Na+2H2O+CuSO4====Cu(OH)2J+Na2SO4+H2?
26Na+6H2O+2FeCl3====2Fe(OH)3J+6NaCl+3H2?
34Na+TiCl4(熔融状)高温Ti+4NaCI
(5)Na在空气中的一系列变化:
OH2OCO2,h2o风化
Na02Na202NaOHNa2CO340H2OW2CO3
4Na+O2====2Na2ONa20+H2O====2NaOH
2NaOH+9H2O+CO2====Na2CO31OH2ONa2CO31OH2O风化Na2CO3+10H2O?
3、Na的保存:
钠通常保存在煤油或石蜡油中。
4、Na的用途:
钠和钾的合金可用作原子反应堆的导热剂;高压钠灯;金属冶炼。
(2)NaO的性质
1、物理性质:
白色固体,不可燃。
2、化学性质:
(1)与水反应:
Na2O+H2O====2NaOH
(2)与酸反应:
Na2O+2HCI====2NaCI+H2O
(3)与非金属反应:
Na2O+CO2====Na2CO3
3、NaaO的用途:
制NaOH,Na2CO3
(3)Na2Q的性质
1、物理性质:
淡黄色固体。
2、化学性质:
(1)与水反应:
2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2?
(放出大量的热)
(2)与非金属反应:
2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2f(放出大量的热)
(3)与酸反应:
2Na2O2+4HCI====4NaCI+2H2O+O2T
3、Na^O的用途:
作供氧剂、漂白剂、强氧化剂
【向NaOH溶液中通入C02气体至过量】:
无明显现象,加热溶液后生成气体。
2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O+O2?
宀2NaHCO3加^NazCOs+H2O+CO2?
【向Ca(OH)2溶液中通入C02气体至过量】:
先生成沉淀,后沉淀消失,加热溶液后生成沉淀和气体。
Ca(OH)2+CO2====CaCO3J+H2O宀CaC03+H2O+CO2===Ca(HCO3)2宀
Ca(HCO3)2加热CaC03J+H2O+CO2T
、研究物质的基本程序:
观察物质外观t预测物质性质**实验和观察t解释和结论
进一步研究
发现特殊现象,提出新问题
(一)氯气的性质
1、物理性质:
黄绿色气体,有刺激性气味,有毒,能溶于水,易液化,密度大与空气。
2、化学性质:
(1)与金属反应:
①与钠反应:
2Na+Cl2点燃2NaCI剧烈燃烧-黄色火焰、生成白烟。
②与铁反应:
2Fe+3Cl2点燃2FeCl3剧烈燃烧,生成棕褐色/红褐色烟。
③与铜反应:
Cu+CI2点燃CuCl2剧烈燃烧,生成棕黄色烟。
规律:
变价金属与C12反应一般生成高价金属的氧化物。
(2)与非金属反应:
①氢气在氯气中燃烧:
H2+CI2点燃2HCI苍白色火焰,瓶口内壁出现白雾。
②氢气与氯气混合光照:
H2+CI2光照2HCI发生爆炸。
(3)与水反应:
Cl2+H2O===HCI+HCIO
新制氯水中的微粒
分子:
CI2,H2O,
氯水呈黄绿色
HCIO(弱酸)
氯水有漂白性
离子:
H,CI,
呈酸性生成AgCI沉淀
CIO,(OH)
(4)与碱反应:
①2Cl2+2Ca(OH)2====CaCl2+Ca(CIO)2+2H2O广2CI2+2H~20====2HCL+2HCIO
v2HC+Ca(OH)2====CaCI2+2H2O
^2HCIO+Ca(OH)2====Ca(CIO)2+2H2O
2
Cl2+2NaOH====NaCI+NaCIO+H2O
CI2+H2O====HCI+HCIO
HCI+NaOH====NaCI+H—2O
HCIO+NaOH====NaCIO+H2O
(5)与盐反应:
Cl2+2KI====2KCI+I2
Cl2+2NaBr====NaCI+Br2
3、氯气的用途:
用来制造盐酸、有机溶解剂和杀菌消毒剂。
(2)HCI0的性质
2、强氧化性:
漂白粉和消毒剂的主要成分:
1、不稳定性:
2HCIO光照2HCI+O2f
Ca(CIO)2+H2O+CO2====CaCO3J+2HCIO
Ca(CIO)2+2HCI====CaCI2+2HCIO
2NaCIO+H2O+CO2====Na2CO3+2HCIO
【制漂白剂:
2Cl2+2Ca(OH)2====CaCI2+Ca(CIO)2+2H2O】
3、弱酸性:
HCIO的酸性比H2CO3还弱。
【工业上电解NaCI溶液制取CI2、NaOH、H2:
2NaCI+2H2O通电2NaOH+H2T+CI2T]【实验室制氯气:
MnO2+4HCI(浓)加热MnCl2+CI2T+2H2O]
第1章认识化学学科
第3节化学中常用的物理量——物质的量
•、物质的量(n)
1、定义:
它是一个描述宏观物质中所含有的微粒数目的多少的一个物理量。
2、单位:
摩尔,简称摩,符号是mol。
3、阿伏伽德罗常数(NA):
0.012kg12C所含的碳原子数目叫做阿伏伽德罗常数。
1mol任何微粒所含的微粒数均为NA个。
NA=6.02X1023mol-1
4、公式:
门=土N微粒数。
:
、摩尔质量(M
1、定义:
单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量。
1mol的任何物质的质量,以g为单位时,它在数值上等于该物质的相对原子/分子质量。
2、单位:
g・mol-1(g/mol)或kg-mol_1(kg/mol)o
m
3、公式:
n=M
的主要因素
2、粒子(半径)大小
3、粒子间的平均距离
的主要因素
三、摩尔体积(V)
1、定义:
一定温度和压强下,单位物质的量的气体所占的体积叫做气体的摩尔体积。
2、单位:
L・mol-1(L/mol)或m3-mol-1(m3/mol)
3、标准状况下,气体摩尔体积约为22.4Lmol-1。
(标准状况:
指温度为0C、压强为101kPa的
状况,简称STP。
)
4、公式:
V
n=Vm
5、书写规律:
1在相同条件下,1mol气体所占的体积比1mol固体或液体所占的体积大得多。
2在相同条件下,1mol固体或液体的体积不同,而1mol气体的体积却几乎完全相同。
3在相同条件下,决定物质的体积的微观因素:
气体体积大小1、粒子数目►固、液体体积大小
【阿伏伽德罗定律:
在同温同压下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。
】
气体常数
pV=nRT
」1—热力学温度
四、物质的量浓度(Cb)
1、定义:
单位体积溶液中所含溶质的物质的量。
2、单位:
mol-L-1(mol/L)或mol-m-3(mol/m-3)。
3、公式:
nb=CbXV
4、一定物质的量浓度溶液的配置:
(1)主要仪器:
容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、托盘天平(砝码)、药匙、量筒。
容量瓶:
①常用于配置一定体积的、浓度准确的溶液。
②规格:
100mL、250mL、500mL、
1000mL
瓶上通常标注有温度、容量、
刻度线。
②称量(量取)
④转移
⑥摇匀
⑦定容:
加水至刻度线下
⑧摇匀
(2)配置步骤:
①计算
3溶解(冷却至室温20C)
⑤洗涤:
2-3次。
1-2cm处,在用胶头滴管加水至刻度线。
⑨装瓶贴标签
五、化学中的一些定量关系
1、化学方程式中的定量关系
H2+
CI2==
==2HCl
1:
1:
2
(分子数之比)
2g:
71g:
73g
(质量之比)
1mol:
1mol:
2mol
(物质的量之比)
1:
1:
2
(体积之比)
1mol:
22.4L:
44.8L
(标况下,物质的量与气体体积关系)
22.4L:
71g:
2mol
(标况下,物质的量与气体体积、质量的关系
M
1000
_M
X1000
物质的量浓度Q
溶质质量分数
<
第1节元素与物质的分类
一、元素在自然界中的存在状态
1、游离态:
元素以单质形式存在的状态。
2、化合态:
元素以化合物形式存在的状态。
二、研究物质的顺序
金属f金属氧化物f碱f盐
非金属f非金属氧化物f含氧酸f盐
三、物质的分类
按酸根离子分:
碳酸盐
盐按阳离子分:
铜盐、铁
根据酸与碱是否完全被
,硫酸盐,氯化物等
盐、铵盐等
正盐(Na2CO2)
中和酸式盐(NaHCO3,NaHSO4)碱式盐[Cu2(OH)2CO3]
四、物质的分散体系
1、定义:
一种或几种物质(称为分散质)分散到另一种物质(成为分散剂)中形成分散系。
2、分类:
浊液(悬浊液或乳浊液)粒子直径大于io-7m
分散系胶体粒子直径在109〜107m
溶液粒子直径小于io9m
3、胶体的性质
(1)丁达尔效应(现象):
可见光束通过胶体时,在入射光侧面可观察到明亮的光区。
此性质可用于胶体与溶液的区别。
(2)聚沉:
胶体形成沉淀析出的现象。
加盐、加热和搅拌均能引起胶体的聚沉。
(3)电泳:
在通电情况下,胶体微粒向直流电源的某一极移动,这种现象称为电泳。
(4)渗析:
利用半透膜分离胶体中的杂质分子或离子,提纯、精制胶体的操作称为渗析。
4、胶体的制备:
FeCb+3H2O加热Fe(OH)3+3H2O
将饱和的FeCl3溶液滴加到沸水中,加热至呈红褐色。
5、胶体的应用:
(1)农业生产:
土壤的保肥作用
(2)医疗卫生:
血液透析、血清纸上电泳、利用电泳分离蛋白质
(3)日常生活:
制豆腐原理(胶体的聚沉)和豆浆、牛奶、明矶净水,都跟胶体有关。
第2节电解质
电解质及其电离
1、
电解质:
在溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。
非电解质:
在溶液中或熔融状态下不能够导电的化合物。
2、
电解质的电离:
电解质溶于水或受热熔化时,离解成能够自由移动的离子的过程称为电离。
弱电解质(在水溶液中不能完全电
弱酸
离)弱碱
极少数盐
3、强电解质与弱电解质:
化合物电解质
非电解质
NaOH====Na++0H-
NaHS04====Na++H++SO42-
HC03-—H++CO32-
NH3HONH4++0H-
4、电离方程式:
HCI====H++Cl+NaCl====Na++CI-H2CO3—H++HC03-CH3COOH—CH3COO-+H+H2O=H++OH-
】、电解质在水溶液中的反映
1、离子反应:
溶液中有离子参加的反应称为离子反应。
2、离子方程式:
(1)离子方程式:
用实际参加反应的离子来表示反应的式子。
(2)离子反应发生的条件:
复分解式的离子反应只要满足下列3个条件之一则发生反应:
1生成了难溶物
2生成了难电离物质
3生成了气体
(3)书写时的注意事项:
1两守恒:
a、电荷守恒b、质量守恒
2书写时用分子式表示:
a、难溶物质
b、难电离物质(包括弱酸、弱碱、水,女口CH3COOH,NH3・H2O)
c、气体
d、单质
e、氧化物
f、Ca(OH)2:
在反应中写离子式;在生成物中写化学式;澄清石灰水时写离子式;石灰乳或消石灰石写化学式。
g、浓硫酸、浓磷酸、硝酸铅(CH3COO)2Pb
*氧化产物+还原产物
6
氧化剂+还原剂
氧化还原反应
定义:
在化学反应过程中有电子转移的化学反应叫做氧化还原反应;在化学反应过程中没有电子转移的化学反应叫做非氧化还原反应。
氧化还原反应的实质:
有电子转移(得失或偏移)。
3、特征(标志):
反应前后元素的化合价有升降。
4、氧化反应及还原反应:
广氧化剂(氧化性)一一得电子一一化合价降低一一发生还原反应一一还原产物
1、
2、
反
应同时存在
物
数目相等
失电子一-
-还原剂(还原性)
5、氧化还原反应表示方法:
①双线桥法:
得e',还原反应
JJJ
数目相等同时存在同时产生
fff
化合价升高——发生氧化反应——氧化产物
V
*氧化产物+还原产物
失e-,氧化反应
失2e-,氧化反应
氧化剂+还原剂
失12e-,氧化反应
②单线桥法:
II
2Na+CI2===燃2NaCI
L_
得e,还原反应
I
2KCIO3===nO22KCI+3O2f
I加热■/
得12e-,还原反应
第3节氧化剂和还原剂
1、氧化剂和还原剂
1、定义:
氧化剂:
在氧化还原反应中,所含的某种元素的化合价降低的反应物,称为氧化剂;
还原剂:
在氧化还原反应中,所含的某种元素的化合价升高的反应物,称为还原剂。
2、氧化性、还原性与化合价的关系:
元素处于高价态时,应具有氧化性;
元素处于最高价态时,只具有氧化性;
元素处于低价态时,应具有还原性;元素处于最低价态时,只具有还原性。
常见的氧化剂:
02,03,Cl2,Br2,HN03,浓H2SO4,HCI0,H2O2,KMnO4,Fe3+常见的还原剂:
金属单质,C,CO,H2,KI,H2S,Fe2+,S2-,I-
3、氧化性与还原性的比较
1方程式法得e'
I
强氧化剂+强还原剂====还原产物(弱还原性)+氧化产物(弱氧化性)
丨冰
失e
氧化性:
氧化剂〉氧化产物;还原性:
还原剂〉还原产物
【特例:
CuSO4+H2S====CuSJ+H2SO4】
2反应条件:
是否加热
3活动性顺序:
氧化性减弱单质的还原性减弱
►►
F,O,Cl,Br,I,SK,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Fe,Sn,Pd,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Ag对应阴离子的还原性减弱对应阳离子的氧化性减弱
失去nH+
【\得H+能力:
弱酸盐〉强酸盐】
【拓展:
强酸+弱酸盐====强酸盐+弱酸
【|爪失H+能力:
强酸〉弱酸】
得到nH+
3、反应的先后顺序:
一种氧化剂与多种还原剂反应,还原性强的先反应;
一种还原剂与多种氧化剂反应,氧化性强的先反应。
三、铁及其化合物的氧化性或还原性
常见价态
0价
+2价
+3价
丿元素
Fe
Fe
Fe
相关
物质
Fe
FeCl2浅绿色
Fe(OH)2白色FeO黑色
FeCl3红棕色
Fe(OH)3红褐色
Fe2O3红棕色
(一)Fe的性质
1、物理性质:
固体,纯铁具有银白色金属光泽,密度为7.8g/cm3,延展性良好。
2、化学性质:
(1)与弱氧化剂反应:
Fe+2H+====Fe2++H2f
Fe+S加热FeS
Fe+2FeCb====3FeCI2
Fe+Cu2+====Fe2++Cu
(2)与强氧化剂反应:
Fe(少量)+4HNO3====Fe(NO)3+NOf+2H2O
3Fe(过量)+8HNO3====3Fe(NO3)2+2NOf+4H2O
2Fe+6H2SO4(浓)加热Fe2(SO4)3+3SO2f+6H2O占燃
2Fe+3Cl2点燃2FeCl3
【Fe遇冷的浓硝酸、浓硫酸钝化,生成致密的氧化膜】
(3)与水反应:
3Fe+4H2O(g)咼温FesO4+4H2f
(4)与氧气反应:
3Fe+2O2点燃Fe3O4
(2)亚铁盐和铁盐的转化
1、Fe2+tFe3+
12Fe2++Ci2====2Fe3++2Cl-
24Fe2++O2+4H+====4Fe3++2H2O
34Fe(OH)3+O2+H2O====4Fe(OH)3白色t灰绿色t红褐色
2、Fe3+tFe2+
12Fe3++Fe====3Fe2+
22Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+
32Fe3++2I'====2Fe2++12
(3)Fe2+、Fe3+的检验
1、Fe的检验:
①加NaOH溶液:
Fe2++2OH-====Fe(OH)2J
4Fe(OH)2+O2+H2O====4Fe(OH)3
先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色沉淀
②加KSCN(硫氰化钾)一Cl2(强氧化剂等):
2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-
Fe3++3SCN-====Fe(SCN)3(血红色)
2、Fe3+的检验:
①加KSCN溶液:
Fe3++3SCN-====Fe(SCN)3(血红色)
②加NaOH溶液:
Fe3++3OH-====Fe(OH)3J
(4)铁和铁的化合物相互转化关系
第3章元素与物质世界
第1节碳的多样性
一、多种多样的碳单质
1、同素异形体:
有同一种元素组成的性质不同的单质。
2、碳单质的物理性质与用途:
碳的单质
物理性质
用途
金刚石
无色透明,不到点,硬度很大,是天然存在的最硬物质,
a、雕琢做装饰品;
b、玻璃刀;
C、钻头。
石墨
深灰色,有金属光泽,不透明,质软,有滑腻感,导电。
铅笔芯、电极、润滑剂等。
C60
形似足球,结构稳定,灰黑色固体。
用于材料科学、超导体等方面。
无定
形碳
木炭
他们都是由石墨的微小晶体和少量杂质构成,成黑色或灰黑色;疏松多孔结构,吸附性强。
燃料
活性炭
吸附剂
二、广泛存在的含碳化合物
1、含碳的化合物:
氢化物:
甲烷等有机物
非金属:
石墨,金刚石,C60等
非金属氧化物:
CO,CO2
含氧酸:
H2CO3,HCOOH(甲酸)
盐:
大理石(CaCO3),白云石[CaMg(CO3)2],菱锌矿(ZnCO3),菱镁矿(MgCO3),菱铁矿(FeCO3),碳酸钠,碳酸氢钠
碳酸钠与碳酸氢钠的性质:
化学名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学组成(化学
式)
无水物
结晶水合物
NaHCO3
Na2CO3
Na2CO3-10H2O
俗称
纯碱、苏打
小苏打
晶体颜色
无水物
结晶水合物
白色晶体
白色粉末
无色晶体
溶解性(水中)
大
较大
与盐酸反应
Na2CO3+2HCI====2NaCI+CaCO3
NaHCO3+HCl====NaCl+CO2T
+H2O
与盐(CaC2)反应
Na2CO3+CaCls====2NaCI+CaCO3J
不反应
与NaOH反应
不反应
NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O
与Ca(OH)2完全
反应
Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3J
+2NaOH
2NaHCO3+Ca(OH)2====CaCO3J
+Na2CO3+2H2O
热稳定性
受热不分解
2NaHCO3加热Na2CO3+CO2T
+H2O
鉴别方法
1加热固体,产生能使澄清的石灰水变浑浊的无色气体的是碳酸氢钠。
2溶解,加入CaCl2溶液,产生白色沉淀的是碳酸钠。
相互转化
加热或话量NaOH
NaHCO3〜fNa2CO3
CO2+H2O
2NaHCO3(固体)加热Na2CO3+CO2T+H2O
NaHCO3(溶液)+NaOH====Na2CO3+H2O
Na2CO3(溶液)+CO2+H2O====2NaHCO3
三、碳酸盐和碳酸氢盐的转化
一般来说,碳酸盐能与碳酸(二氧化碳和水)反应转化为碳酸氢盐,碳酸氢盐在受热分解时或与碱反应是能转化为碳酸盐。
四、C,CO和CQ之间的转化
五、炼铁中的主要化学反应
C+O2点燃CO2
CO2+C高高温2CO
CO+3Fe2O3高高温2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO高高温3FeO+CO2
FeO+CO高高温Fe+CO2CaCO3&温CaO+CO2T
CaO+SiO2高高温CaSiO3
六、有机物和无机物之间的转化
1828年,德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵(NH4CNO)合成出有机化合物一一尿素
[CO(NH2)2],由此突破了无机化合物和有机化合物之间的界限。
第3章元素与物质世界
第2节氮的循环
•、自然界中氮的循环
1、氮的固定(简称固氮):
将游离态的氮转化为含氮化合物叫做氮的固定。
氮的固定主要有自然固氮和人工固氮(或工业固氮)两种方式。
”申二合成氮
宀高能固氮
工氮仿生固氮
然固生物固氮
2、氮的存在形式:
(1)游离态:
氮气
气态氢化物NH3)铵盐无机化合物一八%丄M
(2)化合态:
氧化物酸盐
有机物:
氨基酸、蛋质和核酸
二、氮循环中的重要物质
(一)氮气
1、Nb的物理性质:
纯净的氮气是一种无色、无味、无毒的气体,密度比空气的稍小。
氮气在水中
的溶解度很小,通常状况下,1体积水中只能溶解大约0.02体积的氮气。
在压强为101kPa时,氮
气在-195.8C时变成无色液体,在-2099C时变成雪花状固体。
2、Nb的化学性质:
高温、高压
(1)氮气的氧化性:
N2+3H22NH3氨气的工业制法
催化剂
N2+3Mg点燃Mg3N2
【可逆反应:
在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应称为可逆反应。
】
(2)氮气的还原性:
N2+O2放电2NO
3、Na的用途:
制冷剂,保护气,冷藏食品,制氨气、硝酸、化肥。
(二)一氧化氮和二氧化氮的性质:
名称
一氧化
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