高中化学知识体系全景思维导图

中心主题：高中化学

化学基本概念与理论

这是整个化学学科的基石,理解了这些，后面的学习会事半功倍。

• 物质的分类

  • 混合物 vs. 纯净物
    • 混合物: 由不同种物质组成 (如：空气、溶液、合金)。
    • 纯净物: 由同种物质组成。
      • 单质: 由同种元素组成 (如：O₂, Fe, C)。
      • 化合物: 由不同种元素组成 (如：H₂O, NaCl)。
        • 无机物: 不含碳的化合物（除CO₂, CO, 碳酸盐等）。
        • 有机物: 含碳的化合物（除CO₂, CO, 碳酸盐等）。
  • 分散系
    • 胶体: 分散质粒子大小在1~100 nm之间 (丁达尔效应)。
    • 溶液: 分散质粒子小于1 nm。
    • 浊液: 分散质粒子大于100 nm。

• 化学用语与计量

  • 化学用语:
    • 元素符号 (H, O, Na...)
    • 化学式 (H₂O, NaCl...)
    • 电子式、结构式、结构简式
    • 原子结构示意图
  • 物质的量:
    • 核心公式: n = m / M (质量-物质的量)
    • 核心公式: n = N / N_A (微粒数-物质的量)
    • 核心公式: n = V / V_m (气体体积-物质的量, 标准状况下V_m=22.4 L/mol)
    • 物质的量浓度: c = n / V
    • 阿伏加德罗常数 (N_A): 6.02×10²³ mol⁻¹
    • 气体摩尔体积 (V_m): 单位物质的量的气体所占的体积。

• 物质结构

  • 原子结构:
    • 原子 = 原子核 (质子, 中子) + 核外电子
    • 质子数 = 核电荷数 = 原子序数 = 核外电子数 (电中性原子)
    • 质量数 (A) = 质子数 (Z) + 中子数 (N)
    • 核素: 具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。
    • 同位素: 质子数相同，中子数不同的核素 (如：¹H, ²H, ³H)。
  • 元素周期律与元素周期表:
    • 周期律: 元素的性质随原子序数的递增而呈周期性变化。
    • 周期: 电子层数相同的元素按原子序数递增排列。
    • 族: 最外层电子数相同的元素按原子序数递增排列。
    • 原子半径: 同周期从左到右减小，同主族从上到下增大。
    • 金属性/非金属性:
      • 同周期从左到右,金属性减弱，非金属性增强。
      • 同主族从上到下,金属性增强，非金属性减弱。
    • 化合价: 主族元素最高正价 = 族序数，最低负价 = 族序数 - 8。
  • 化学键:
    • 离子键: 得失电子形成阴阳离子 (如：NaCl)。
    • 共价键: 共用电子对形成 (如：H₂O, CO₂)。
      • 极性键: 不同非金属原子间。
      • 非极性键: 相同非金属原子间 (如：O=O, H-H)。
    • 金属键: 金属阳离子和自由电子间的强烈作用。

• 化学反应与能量

  • 基本类型:
    • 化合反应: A + B → AB
    • 分解反应: AB → A + B
    • 置换反应: A + BC → AC + B
    • 复分解反应: AB + CD → AD + CB (需满足：生成沉淀、气体或水)
  • 氧化还原反应:
    • 特征: 化合价升降。
    • 本质: 电子转移 (得失或偏移)。
    • 概念:
      • 氧化剂: 所含元素化合价降低，被还原，具有氧化性。
      • 还原剂: 所含元素化合价升高，被氧化，具有还原性。
    • 口诀: 升失氧，降得还，剂性相反。
  • 离子反应:
    • 发生条件: 生成难溶物、难电离物 (水) 或挥发性物质。
    • 离子方程式: 用实际参加反应的离子符号表示。
  • 化学反应与能量变化:
    • 放热反应: 反应物总能量 > 生成物总能量 (如：燃烧、中和反应)。
    • 吸热反应: 反应物总能量 < 生成物总能量 (如：大多数分解反应)。
    • 反应热: 化学反应中吸收或放出的热量 (ΔH)。
      • ΔH < 0: 放热反应。
      • ΔH > 0: 吸热反应。

元素化学

这是高中化学的“血肉”，需要记忆大量方程式和物质性质。

• 金属及其化合物

  • 钠:
    • Na: 与O₂、H₂O反应。
    • Na₂O (氧化钠): 碱性氧化物。
    • Na₂O₂ (过氧化钠): 强氧化剂，与CO₂、H₂O反应产生O₂。
    • NaOH (烧碱): 强碱，具有碱的通性。
  • 铝:
    • Al: 两性金属，与强酸、强碱反应。
    • Al₂O₃ (氧化铝): 两性氧化物。
    • Al(OH)₃ (氢氧化铝): 两性氢氧化物，受热分解。
  • 铁:
    • Fe: 变价金属 (+2, +3)。
    • Fe²⁺ (亚铁离子): 还原性 (可被Cl₂, Br₂, HNO₃, KMnO₄等氧化)。
    • Fe³⁺ (铁离子): 氧化性 (可被Fe, I⁻, SO₂等还原)，检验：KSCN溶液变血红色。
    • Fe(OH)₂: 白色，易被氧化为灰绿色，最终变为红褐色Fe(OH)₃。
    • Fe(OH)₃: 红褐色，受热分解。
  • 铜:
    • Cu: 不活泼金属，与强氧化性酸反应。
    • CuO: 碱性氧化物，被H₂, C, CO等还原。
    • Cu(OH)₂: 蓝色，受热分解，具有弱碱性。

• 非金属及其化合物

  • 氯:
    • Cl₂: 黄绿色气体，有毒，强氧化性。

      与金属、非金属、H₂O、碱反应。

    • Cl⁻ (氯离子): 检验：加AgNO₃和稀HNO₃，产生白色沉淀。
  • 硫:
    • S: 淡黄色固体。
    • H₂SO₄ (硫酸):
      • 浓硫酸: 吸水性、脱水性、强氧化性。
      • 稀硫酸: 酸的通性。
  • 氮:
    • N₂: 稳定，三键结构。
    • NH₃ (氨气): 碱性气体，极易溶于水，检验：湿润的红色石蕊试纸变蓝。
    • 铵盐 (NH₄⁺): 与碱共热产生NH₃。
    • HNO₃ (硝酸): 强酸，强氧化性，不稳定性。
  • 硅:
    • Si: 半导体材料。
    • SiO₂ (二氧化硅): 酸性氧化物，不溶于水，与HF、强碱反应。
    • 硅酸盐: 制备玻璃、水泥、陶瓷的原料。

有机化学

碳是生命的骨架,有机化学种类繁多，但遵循一定的规律。

• 烃

  • 饱和烃 - 烷烃:
    • 通式: CₙH₂ₙ₊₂
    • 结构: 单键，链状或环状。
    • 性质: 取代反应 (如：光照下与Cl₂反应)。
  • 不饱和烃:
    • 烯烃:
      • 通式: CₙH₂ₙ
      • 结构: 含C=C双键。
      • 性质: 加成反应 (与H₂, X₂, H₂O), 加聚反应。
    • 炔烃:
      • 通式: CₙH₂ₙ₋₂
      • 结构: 含C≡C三键。
      • 性质: 加成反应, 加聚反应。
  • 芳香烃:
    • 苯 (C₆H₆):
      • 结构: 平面正六边形，介于单双键之间的大π键。
      • 性质: 取代反应 (硝化、磺化), 加成反应 (不与酸性KMnO₄反应)。

• 烃的衍生物

  • 官能团: 决定化合物化学特性的原子或原子团。
  • 卤代烃:
    • 官能团: -X (卤素原子)。
    • 性质: 水解反应 (生成醇), 消去反应 (生成烯烃)。
  • 醇:
    • 官能团: -OH (羟基)。
    • 乙醇 (C₂H₅OH): 与Na反应，氧化反应 (生成乙醛)，消去反应。
  • 酚:
    • 官能团: -OH (直接连在苯环上)。
    • 苯酚: 弱酸性，与浓溴水产生白色沉淀，与FeCl₃溶液显紫色。
  • 醛:
    • 官能团: -CHO (醛基)。
    • 乙醛 (CH₃CHO): 加成反应 (被H₂还原为乙醇)，氧化反应 (被银氨溶液或新制Cu(OH)₂氧化)。
  • 羧酸:
    • 官能团: -COOH (羧基)。
    • 乙酸 (CH₃COOH): 弱酸性，酯化反应 (与醇在浓硫酸催化下)。
  • 酯:
    • 官能团: -COO- (酯基)。
    • 性质: 水解反应 (酸性或碱性条件下)。

• 高分子化合物

  • 定义: 由相对分子质量很大的化合物构成的物质。
  • 分类:
    • 天然高分子: 淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶。
    • 合成高分子: 塑料、合成纤维、合成橡胶。
  • 基本反应:
    • 加聚反应: 不饱和小分子通过加成反应聚合成高分子 (如：聚乙烯)。
    • 缩聚反应: 小分子通过缩合反应聚合成高分子，同时生成小分子 (如：酚醛树脂、涤纶)。

化学实验

化学是实验的科学,实验操作和设计是重点。

• 基本操作

  • 仪器识别与使用: 试管、烧杯、量筒、容量瓶、滴定管、分液漏斗、坩埚、蒸发皿等。
  • 加热: 酒精灯、水浴加热。
  • 分离提纯:
    • 过滤: 分离固体和液体。
    • 蒸发: 从溶液中提取固体。
    • 蒸馏: 分沸点不同的液体混合物。
    • 萃取: 利用溶质在互不相溶的溶剂中溶解度不同进行分离。
    • 分液: 分离互不相溶的液体。
  • 气体制备、净化、干燥、收集、检验:
    • 装置: 发生装置 → 净化装置 → 干燥装置 → 收集装置 → 尾气处理装置。
    • 常见气体: O₂, H₂, Cl₂, CO₂, SO₂, NH₃, NO, NO₂。

• 物质的检验

  • 常见阳离子检验:
    • H⁺: 紫色石蕊试液变红。
    • NH₄⁺: 加浓NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验。
    • Fe³⁺: 加KSCN溶液，变血红色。
    • Fe²⁺: 先加KSCN溶液不变色，再加氯水，变血红色。
  • 常见阴离子检验:
    • Cl⁻: 加AgNO₃和稀HNO₃，产生白色沉淀。
    • SO₄²⁻: 加BaCl₂和稀HNO₃，产生白色沉淀。
    • CO₃²⁻: 加BaCl₂产生沉淀，沉淀溶于酸，并产生无色无味气体。
  • 有机物检验:
    • 不饱和键: 溴水或酸性KMnO₄溶液褪色。
    • -CHO: 银镜反应或新制Cu(OH)₂悬浊液。
    • -OH (醇): 与钠反应产生H₂。
    • -COOH: 使指示剂变色，与NaHCO₃反应产生CO₂。

• 定量实验

  • 配制一定物质的量浓度的溶液:
    • 仪器: 容量瓶、托盘天平、烧杯、玻璃棒、胶头滴管。
    • 步骤: 计算 → 称量 → 溶解/稀释 → 转移 → 洗涤 → 定容 → 摇匀。
  • 酸碱中和滴定:
    • 原理: H⁺ + OH⁻ = H₂O
    • 指示剂: 酚酞或甲基橙。
    • 计算: c(酸) · V(酸) = c(碱) · V(碱)

化学计算

将理论应用于数字,是能力的体现。

• 基本计算:
  • 物质的量、质量、微粒数、气体体积之间的换算。
  • 溶液浓度的计算:
    • 溶质的质量分数 ω = m(溶质) / m(溶液)
    • 物质的量浓度 c = n(溶质) / V(溶液)
    • 稀释定律: c₁V₁ = c₂V₂
• 化学方程式计算:
  • 基本步骤: 设未知数 → 写出配平的化学方程式 → 找出相关量 → 列比例式 → 求解 → 答题。
  • 核心: 找出已知量和未知量之间的比例关系。
• 工业生产计算:
  • 产率: (实际产量 / 理论产量) × 100%
  • 转化率: (已转化的反应物量 / 投入的反应物总量) × 100%
  • 多步反应关系: 找出原料与最终产物之间的物质的量关系，利用关系式一步计算。

如何使用这份思维导图

1. 构建框架: 先看着这份导图，在脑中或纸上画出大致的框架，理清五大板块的逻辑关系。
2. 填充细节: 以每个小标题为起点，回忆并写下具体的知识点、方程式、实验现象和注意事项，在“氧化还原反应”下，写下“升失氧，降得还”，并举例说明。
3. 专题突破: 针对自己的薄弱环节，进行专题复习，如果“化学平衡”总是搞不懂，就专门拿出时间，把“化学平衡”相关的所有概念、影响因素、图像问题都过一遍。
4. 做题检验: 做题是最好的检验方式，做题时，尝试用导图的框架来分析题目，考察的是哪个知识点？属于哪个板块？
5. 定期回顾: 在考前，快速浏览这份导图，唤醒记忆，查漏补缺。

希望这份详细的思维导图能帮助你系统地梳理高中化学知识,祝你学习进步，金榜题名！