一、化学在研究些什么

化学是一门研究物质的组成、结构、性质、转化规律和应用的一门学科

二、什么是物质（物质的组成）

  1. 物质的组成：物质都是由元素组成的，根据元素的组成对物质进行分类是化学研究的基础
    • PS:化学中指的物质都是具有实体的物质（有质量，占据空间），不包括场（没有静止质量，有动量，能量，能与实体物质相互转化）
  2. 同素异形体：
    • 定义：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
    • 实例：金刚石和石墨（原子排列方式不同），氧气和臭氧
  3. 游离态与化合态
    • 游离态即是元素的单质形式；化合态即是元素的化合物形式
    • 游离态和化合态与单质及化合物的区别：前者从元素的存在状态来说的，是描述元素的，后者是从物质的组成来说的

三、化学研究那些物质（物质的分类）

3.1物质的分类方法

  • 树状分类法：按照同一标准对同类事物进行分类（可包含所有该类事物）
  • 交叉分类法：从不同角度对同一事物进行分类（你是学生，也是中国人，还是00后）

3.2 对所有物质进行分类

物质的分类.png
物质的分类

四、纯净物中的重点物质

4.1 酸

1. 组成：\(\ce{H^{+} + 酸根离子 }\)

  1. 定义：在水溶液中电离出来的阳离子都是 \(\ce{H+ }\) 的化合物
  2. 强酸（6）：\(\ce{HCl、 H2SO4、 HNO3 、HClO4、HBr 、HI }\)
  3. 弱酸：\(\ce{H2CO3 、CH3COOH 、HF 、H2S}\)

2. 性质

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酸的性质

3. 转化规律

  1. 酸会使得酸碱指示剂变色：会使紫色石蕊试液变红
  2. 酸+活泼金属== 盐+氢气 ：\(\ce{2HCl + Fe \xlongequal[]{} FeCl2 + H2 ^}\)
  3. 酸+金属氧化物== 盐+水 ：\(\ce{2HCl + CuO \xlongequal[]{} CuCl2 + H2O}\)
  4. 酸+碱== 盐+水 ：\(\ce{ H2SO4 + 2NaOH \xlongequal[]{} Na2SO4 +2H2O}\)
  5. 酸+盐== 新酸+新盐 ：\(\ce{H2SO4 + BaCl2 \xlongequal[]{} BaSO4 v + 2HCl}\)

4. 用途

酸的用途.png
酸的用途

4.2 碱

1. 碱的组成 ：\(\ce{金属离子 + OH- }\)

  1. 定义：在水溶液中电离出来的阴离子都是 \(\ce{OH- }\) 的化合物
  2. 强碱（4）：\(\ce{ NaOH 、KOH 、Ca(OH)2 、Ba(OH)2}\)
  3. 弱碱：\(\ce{Mg(OH)2 、Al(OH)3 、Fe(OH)2 、Cu(OH)2 、Fe(OH)3 }\)

2. 碱的性质

碱的性质.png
碱的性质

3. 碱的转化规律

  1. 碱会使酸碱指示剂变色：会使紫色石蕊变蓝；会使无色酚酞变红
  2. 碱+非金属氧化物== 盐+水：\(\ce{Ca(OH)2 +CO2 \xlongequal[]{} CaCO3 v + H2O}\)
  3. 碱+酸== 盐+水： \(\ce{NaOH + HCl \xlongequal[]{} NaCl + H2O}\)
  4. 碱+盐== 新碱+新盐： \(\ce{Ca(OH)2 + Na2CO3 \xlongequal[]{} CaCO3 v + 2NaOH}\)

4. 用途

碱的用途.png
碱的用途

4.3 盐

1. 组成：金属离子/ \(\ce{NH4+ }\) + 酸根离子

盐的实例.png
盐的实例

2. 盐的性质

盐的性质.png
盐的性质

PS:盐的溶解性 \(\ce{K+ 、Na+ 、NH4+、 NO3-}\) 盐全溶 盐酸盐银不溶（ \(\ce{AgCl v }\) ) 硫酸盐钡不溶（\(\ce{ BaSO4 v}\) ) 碳酸只溶 \(\ce{ K+ 、Na+ 、 NH4+ 、Mg^2+ }\) ( \(\ce{CaCO3 v 、BaCO3 v }\) )

3. 盐的转化规律

  1. 盐+金属== 新盐+新金属： \(\ce{CuSO4 + Fe \xlongequal[]{} FeSO4 + Cu }\)
  2. 盐+酸== 新盐+ 新酸： \(\ce{HCl + AgNO3 \xlongequal[]{} AgCl v + HNO3}\)
  3. 盐+碱== 新盐+ 新碱： \(\ce{Na2CO3 + Ca(OH)2 \xlongequal[]{} CaCO3 v + 2NaOH}\)
  4. 盐+盐== 新盐1+新盐2 ： \(\ce{Na2CO3 + BaCl2 \xlongequal[]{} BaCO3 v +2NaCl}\)

4. 盐的用途

盐的用途.png
盐的用途

5. 候式制碱法

  1. 原料：食盐、氨气、二氧化碳
  2. 原理
    • \(\ce{C + H2O(g) \xlongequal[]{高温} CO + H2}\)
    • \(\ce{CO + H2O(g) \xlongequal[]{高温} CO2 + H2 }\)
    • \(\ce{N2 + 3H2 <=>[高温、高压][催化剂]2NH3}\)
    • 产生 \(\ce{ NaHCO3}\) 的反应：\(\ce{NH3 + NaCl +CO2 + H2O \xlongequal[]{} NaHCO3 v + NH4Cl}\)
    • 产生\(\ce{ Na2CO3}\) 的反应：\(\ce{2NaHCO3 \xlongequal[]{\Delta} Na2CO3 + CO2 ^ +H2O}\)
  3. 补充： \(\ce{Na2CO3 与 NaHCO3}\) 的转化
    • \(\ce{Na2CO3 + CO2 +H2O \xlongequal[]{} 2NaHCO3}\)
    • \(\ce{2NaHCO3 \xlongequal[]{\Delta} Na2CO3 + CO2 ^ +H2O}\)

4.4 氧化物

1. 酸性氧化物

  1. 定义：与碱反应仅生成一种盐和水的化合物
  2. 实例：\(\ce{CO2 、SO2 、SO3 、SiO2 、P2O5 、N2O5 、Mn2O7 、CrO3}\)
  3. 性质：与水、与碱、与碱氧
    1. 与水：绝大数酸性氧化物都可以与水反应生成对应的酸， \(\ce{SiO2 }\) 除外，既不溶于水也不与水反应
    2. 与碱：一定会反应，但是要注意\(\ce{CO2 、SO2 }\) 与碱反应时，量不同，产物不同
    3. 与碱性氧化物
    4. 反应：\(\ce{CO2（少量） + 2NaOH \xlongequal[]{} Na2CO3 +H2O}\)

\(\ce{CO2(过量) + NaOH \xlongequal[]{} NaHCO3 }\)

2. 碱性氧化物

  1. 定义：与酸反应仅生成一种盐和水的化合物
  2. 实例：\(\ce{CaO 、Na2O、FeO、Fe2O3、CuO }\)
  3. 性质：与水、与酸、与酸性氧化物
    1. 与水：只有活泼金属才能与水反应生成对应的碱，通常为强碱（\(\ce{Na、K、Ca、Ba}\) )，\(\ce{MgO }\) 反应及其缓慢，\(\ce{Fe2O3 、CuO }\) 都不溶于水
    2. 与酸：一定会反应
    3. 与酸性氧化物：\(\ce{CaO + SiO2 \xlongequal[]{高温} CaSiO3}\) ； \(\ce{NaO + CO2 \xlongequal[]{} Na2CO3}\)

3. 两性氧化物

  1. 定义：既能与酸，也能与碱反应，仅生成一种盐和水的化合物
  2. 实例：\(\ce{Al2O3、ZnO}\)
  3. 性质：以\(\ce{Al2O3}\) 为例
    1. 与酸：\(\ce{Al2O3 + 6HCl \xlongequal[]{} 2AlCl3 + 3H2O}\)
    2. 与碱：\(\ce{Al2O3 + 2NaOH \xlongequal[]{} 2NaAlO2 + H2O}\)

4. 不成盐氧化物

  1. 定义：既不与酸反应，也不与碱反应生成盐和水的化合物
  2. 实例：\(\ce{CO 、NO }\)

5.特殊氧化物：

  1. 概念：基本上都可以酸和碱反应生成盐，但是要么生成多种盐，要么产物中除盐和水之外还有其他物质
  2. 实例：\(\ce{Fe3O4 + 8HCl \xlongequal[]{} FeCl2 + 2FeCl3 +4H2O}\)

\(\ce{2NO2 + 2NaOH \xlongequal[]{} NaNO2 + NaNO3 +H2O}\)

五、混合物中的重点物质

5.1.分散系

  1. 定义：把一种（或多种）物质以粒子形式分散道另一种（或多种）物质中所形成的混合物
  2. 组成：分散质+分散剂
    • 分散质：分散系中被分散成粒子的物质
    • 分散系：起容纳分散质作用的物质
    • PS:水溶液中一般将水看作分散剂，非水分散系一般将量大的物质看作分散剂；eg：空气可以将氧气或者其他含量比较少的气体看作分散质，含量多的氮气看作分散剂（空气属于气态溶液）
  3. 分类：
    • 组合方式：9种
    • 常见三类：溶液、胶体、浊液（三者分类标准及本质区别都是：分散质粒子直径的大小）
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分散剂的分类

5.2 胶体的分类、制备与性质

  1. 定义：分散系粒子直径为1~100nm的分散系是胶体
  2. 胶体的分类：
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胶体的分类
  1. 胶体的制备
    • 原理：\(\ce{FeCl3 + 3H2O \xlongequal[]{\Delta} Fe(OH)3(胶体) + 3HCl}\)
    • 制备方法：取一个100ml的烧杯，加入40ml的蒸馏水，将水加热至沸腾。然后向其中逐滴滴入5~6滴饱和 \(\ce{ FeCl3}\) 溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热，即制得 \(\ce{Fe(OH)3}\) 胶体
    • 注意事项

①不能用自来水代替蒸馏水，因为自来水中的离子，会使\(\ce{Fe(OH)3}\) 胶体粒子聚沉，生成 \(\ce{Fe(OH)3}\) 沉淀。 ②必须要用饱和的 \(\ce{FeCl3 }\) 溶液，因为离子浓度不够会影响铁离子的水解；但是也不能过多，否则会生成沉淀 ③不能过度加热，因为过度加热也会生成\(\ce{Fe(OH)3}\) 胶体沉淀 ④该实验不能搅拌，搅拌也会引起聚沉

  1. 胶体的性质
胶体的性质.png
胶体的性质
  1. 溶液、胶体、浊液的对比
溶胶浊的对比.png
溶胶浊的对比

六、物质之间的转化

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物质的转化