化学第二单元 思维导图

中心主题：我们身边的物质与物质构成的奥秘

第一分支：空气——我们赖以生存的物质

• 1 空气的组成

  • 体积分数:
    • 氮气 (N₂)：约 78% (性质：不活泼,作保护气)
    • 氧气 (O₂)：约 21% (性质：比较活泼，供给呼吸、支持燃烧)
    • 稀有气体：约 0.94% (性质：极不活泼，作保护气、电光源)
    • 二氧化碳 (CO₂)：约 0.03%
    • 其他气体和杂质：约 0.03%
  • 测定实验 (拉瓦锡实验 / 红磷燃烧实验)
    • 原理: 红磷 + 氧气 $\xrightarrow{点燃}$ 五氧化二磷 (P + O₂ $\xrightarrow{点燃}$ P₂O₅)
    • 现象: 红磷燃烧，产生大量白烟；冷却后，打开止水夹，烧杯中的水倒流入集气瓶中，约占瓶内气体体积的 1/5。
    • 氧气约占空气体积的 1/5；氮气不燃烧，不支持燃烧,难溶于水。
    • 误差分析:
      • 偏小: 装置漏气；红磷不足；未冷却至室温就打开止水夹。
      • 偏大: 点燃红瓶后，塞瓶塞太慢；弹簧夹未夹紧。

• 2 空气是一种宝贵的资源

  • 氧气 (O₂):
    • 物理性质: 无色、无味气体，密度比空气略大,不易溶于水。
    • 化学性质 (比较活泼):
      • 与碳反应: C + O₂ $\xrightarrow{点燃}$ CO₂ (发出白光,放热)
      • 与硫反应: S + O₂ $\xrightarrow{点燃}$ SO₂ (明蓝紫色火焰,有刺激性气味气体)
      • 与磷反应: 4P + 5O₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2P₂O₅ (浓厚白烟)
      • 与铁反应: 3Fe + 2O₂ $\xrightarrow{点燃}$ Fe₃O₄ (剧烈燃烧，火星四射,生成黑色固体)
      • 与镁反应: 2Mg + O₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2MgO (耀眼白光,生成白色固体)
    • 用途: 供给呼吸 (潜水、医疗)、支持燃烧 (炼钢、气焊)、富氧炼钢等。
  • 氮气 (N₂):
    • 物理性质: 无色、无味气体，密度比空气略小,难溶于水。
    • 化学性质: 不活泼 (在常温下很难与其他物质反应)。
    • 用途: 制硝酸、化肥；作保护气 (食品防腐、灯泡填充气)。
  • 稀有气体 (He, Ne, Ar等):
    • 物理性质: 无色、无味气体。
    • 化学性质: 极不活泼 (也作“惰性气体”)。
    • 用途: 作保护气 (焊接金属)；电光源 (霓虹灯、航标灯)；激光技术。

• 3 保护空气

  • 空气污染物:
    • 粉尘: PM2.5、PM10 等。
    • 有害气体: 二氧化硫 (SO₂)、一氧化碳、二氧化氮 (NO₂) 等。
  • 污染源: 化石燃料的燃烧、工厂废气、汽车尾气等。
  • 保护措施: 使用清洁能源；工厂废气处理；汽车安装尾气净化装置；植树造林。

第二分支：氧气——化学性质最活泼的物质

• 1 氧气的实验室制法

  • 药品:
    • 过氧化氢 (H₂O₂) 和二氧化锰 (MnO₂)
    • 高锰酸钾 (KMnO₄)
    • 氯酸钾 (KClO₃) 和二氧化锰 (MnO₂)
  • 反应原理:
    • 2H₂O₂ $\xrightarrow{MnO_2}$ 2H₂O + O₂↑ (MnO₂是催化剂)
    • 2KMnO₄ $\xrightarrow{\Delta}$ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
    • 2KClO₃ $\xrightarrow{MnO_2, \Delta}$ 2KCl + 3O₂↑ (MnO₂是催化剂)
  • 发生装置: (根据反应物状态和反应条件选择)
    • 固体加热型 (高锰酸钾、氯酸钾)
    • 固液常温型 (过氧化氢)
  • 收集装置: (根据气体密度和溶解性选择)
    • 排水法: (O₂不易溶于水) → 收集的气体较纯。
    • 向上排空气法: (O₂密度比空气大) → 操作简便。
  • 检验方法: 将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃,则是氧气。
  • 验满方法:
    • 排水法: 当集气瓶口有大气泡冒出时,已收集满。
    • 向上排空气法: 将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃,已收集满。

• 2 催化剂

  • 定义: 在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质。
  • 特点 (“一变两不变”):
    • 一变: 改变反应速率 (加快或减慢，中学阶段一般指加快)。
    • 两不变: 质量不变；化学性质不变。
  • 注意: 催化剂不能增加或减少生成物的质量。

第三分支：分子和原子——物质构成的微观世界

• 1 分子

  • 定义: 保持物质化学性质的最小粒子。
  • 基本性质:
    • 质量和体积都很小。
    • 分子在不停地做无规则运动 (温度越高，运动越快)。
    • 分子之间有间隔 (气体分子间隔 > 液体 > 固体)。
    • 同种分子性质相同,不同种分子性质不同。
  • 应用解释现象:
    • 物质的三态变化: 分子间隔改变。
    • 热胀冷缩: 分子间隔随温度变化。
    • 扩散现象: 分子在不停运动。
    • 挥发: 分子运动到空气中。

• 2 原子

  • 定义: 化学变化中的最小粒子。
  • 基本性质:
    • 质量和体积都很小。
    • 在化学变化中,原子不能再分。
    • 原子也在不停地运动。
    • 原子之间有间隔。
  • 分子与原子的关系:
    • 联系: 分子是由原子构成的，分子可以分解成原子,原子在化学变化中不可再分。
    • 本质区别: 在化学变化中,分子可分而原子不可分。

• 3 原子的构成

  • 结构模型:
    • 原子由原子核 (带正电) 和核外电子 (带负电) 构成。
    • 原子核由质子 (带正电) 和中子 (不带电) 构成。
  • 电性关系:
    • 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数 = 原子序数
    • 整个原子不显电性 (正负电荷电量相等)。
  • 质量关系:
    • 原子的质量主要集中在原子核上。
    • 质子和中子的质量大约相等，电子的质量很小,可以忽略不计。

• 4 核外电子的排布

  • 分层排布: 电子在核外是分层运动的，能量低的离核近,能量高的离核远。
  • 电子层: 用 n (1, 2, 3, 4...) 表示,离核由近到远。
  • 最外层电子数:
    • 决定元素的化学性质。
    • 稳定结构: 最外层电子数为 8 个 (He为2个) 的结构,化学性质稳定。
    • 金属元素: 最外层电子数一般 < 4,易失电子。
    • 非金属元素: 最外层电子数一般 ≥ 4,易得电子。
    • 稀有气体元素: 最外层电子数为 8 个 (He为2个),已达稳定结构。

第四分支：元素与元素周期表

• 1 元素

  • 定义: 质子数 (即核电荷数) 相同的一类原子的总称。
  • 与原子的区别与联系:
    • 联系: 元素是描述原子种类的概念。
    • 区别: 原子是微观粒子，有“个数”的含义；元素是宏观概念，只讲“种类”，不讲“个数”。
  • 分类:
    • 金属元素: 如 Fe, Cu, Al (汉字偏旁为“钅”,除汞外)
    • 非金属元素: 如 C, S, O (汉字偏旁为“石”、“气”、“氵”等)
    • 稀有气体元素: 如 He, Ne, Ar (汉字偏旁为“气”)

• 2 元素符号

  • 书写原则: “一大二小” (第一个字母大写，第二个字母小写)，Na (钠), Cu (铜), Ca (钙)。
  • 意义:
    • 宏观: 表示一种元素，O 表示氧元素。
    • 微观: 表示该元素的一个原子，O 表示一个氧原子。
    • 特例: 当物质由原子直接构成时，元素符号还可表示该物质，Fe 表示铁这种物质。

• 3 元素周期表简介

  • 结构: 按原子序数递增的顺序排列。
  • 周期: 横行,共7个周期。
  • 族: 纵行,共18个族。
  • 信息 (以氧元素为例):
    • 原子序数 (8): 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数 = 8。
    • 元素符号: O。
    • 元素名称: 氧。
    • 相对原子质量: ≈16.00 (取整数值为16)。

第五分支：化学式与化合价——物质的符号表示

• 1 化学式

  • 定义: 用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子。
  • 意义:
    • 宏观: 表示一种物质；表示该物质由哪些元素组成，H₂O 表示水；水由氢元素和氧元素组成。
    • 微观: 表示该物质的一个分子；表示一个分子由哪些原子构成，H₂O 表示一个水分子；一个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。
  • 写法与读法:
    • 单质: 金属、固态非金属、稀有气体直接用元素符号表示 (如 Fe, C, He)。
    • 化合物: 正价在前，负价在后 (氧化物中氧元素在后)，读法一般从右到左，NaCl 读作氯化钠；CO₂ 读作二氧化碳。

• 2 化合价

  • 定义: 一种元素一定数目的原子与其他元素一定数目的原子相互化合的性质。
  • 规则:
    • 化合物中，正负化合价代数和为零。
    • 单质中,元素的化合价为零。
    • 在化合物中，H 为 +1 价，O 为 -2 价。
    • 金属元素通常显正价,非金属元素通常显负价。
  • 应用:
    • 检验化学式书写是否正确。
    • 根据化合价书写化学式 (十字交叉法)。
    • 根据化学式计算某元素化合价。

• 3 有关相对分子质量的计算

  • 相对分子质量 (Mr): 化学式中各原子的相对原子质量的总和。
  • 计算类型:
    • 计算相对分子质量: Mr(AₓBᵧ) = x × Ar(A) + y × Ar(B)
    • 计算各元素的质量比: A元素质量 : B元素质量 = (x × Ar(A)) : (y × Ar(B))
    • 计算某元素的质量分数: W(A%) = [x × Ar(A) / Mr(AₓBᵧ)] × 100%

总结建议:

这张思维导图将第二单元的知识点串联了起来，学习时，建议你从宏观的空气和氧气入手，通过实验现象和性质，引出对微观分子、原子的探究，然后学习用元素符号和化学式来表示物质的组成和构成，最后掌握化合价和化学式计算等工具性知识，按照这个逻辑链条去理解和记忆,效果会更好。