高中化学必修一 全册思维导图

核心主题：化学研究物质的组成、结构、性质及其变化规律

第一部分：化学实验基础

这是化学的基石,所有知识的验证和应用都离不开实验。

• 化学实验安全

  • 核心原则：“三不”原则 (不摸、不闻、不尝)
  • 重要操作安全
    • 加热：试管外壁干燥，液体体积不超过1/3,试管口不对人。
    • 点燃：可燃气体纯度检验 (如H₂, CO)。
    • 浓酸/浓碱：防腐蚀,皮肤沾上立即用大量水冲洗。
  • 事故处理
    • 失火：小火用湿布/灭火器,大火立即逃离并报警。
    • 浓酸溅出：先用NaHCO₃溶液中和,再用水冲洗。
    • 浓碱溅出：先用稀硼酸溶液中和,再用水冲洗。

• 化学实验基本操作

  • 药品取用
    • 固体：药匙或纸槽 (“一倾二送三直立”)。
    • 液体：胶头滴管或倾倒 (“标签向手心，瓶塞倒放”)。
  • 物质加热
    • 仪器：试管、烧杯、蒸发皿、坩埚。
    • 热源：酒精灯 (外焰温度最高)。
  • 物质的分离与提纯
    • 过滤：分离固体和液体 (一贴、二低、三靠)。
    • 蒸发：从溶液中提取固体或浓缩溶液 (玻璃棒搅拌，防飞溅)。
    • 蒸馏：分离互溶的沸点不同的液体 (温度计水银球在支管口处)。
    • 萃取：利用溶质在互不相溶的溶剂中溶解度不同进行分离 (萃取剂要求：不反应、不互溶、溶质溶解度大)。
    • 分液：分离互不相溶的液体 (下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出)。
  • 溶液配制
    • 仪器：托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。
    • 步骤：计算 → 称量 → 溶解/稀释 → 转移 → 洗涤 → 定容 → 摇匀。
    • 关键：定容时视线与凹液面最低处水平。

第二部分：化学物质及其变化

这是化学的理论核心,是后续学习元素化合物的基础。

• 物质的分类

  • 树状分类法
    • 根据组成元素：单质、化合物。
    • 根据性质：金属、非金属。
    • 根据是否为氧化物：酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物、不成盐氧化物。
  • 交叉分类法 (如Na₂CO₃，既是钠盐，又是碳酸盐，又是正盐)。
  • 分散系
    • 本质：分散质粒子直径大小。
    • 胶体
      • 定义：分散质粒子直径在1~100 nm之间。
      • 性质：丁达尔效应 (鉴别胶体和溶液)。
      • 应用：净水、涂料、食品等。

• 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 (如酸、碱、盐、大多数金属氧化物)。
    • 非电解质：在水溶液和熔融状态下都不能导电的化合物 (如非金属氧化物、大部分有机物)。
  • 电离方程式
    • 表示电解质电离成自由移动的离子的过程。
    • 强电解质：完全电离 (用“=”)，如 H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄²⁻。
    • 弱电解质：部分电离 (用“⇌”)，如 CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO⁻。
  • 离子方程式
    • 定义：用实际参加反应的离子符号来表示反应的式子。
    • 书写步骤：“写 (化学方程式) → 拆 (易溶强电解质) → 删 (删去不参与反应的离子) → 查 (电荷守恒、原子守恒)”。
    • 离子共存：离子间不能生成沉淀、气体、水或弱电解质,则能共存。

• 氧化还原反应

  • 本质：电子的转移 (得失或偏移)。
  • 特征：化合价的升降。
  • 基本概念
    • 氧化剂：所含元素化合价降低，具有氧化性,被还原。
    • 还原剂：所含元素化合价升高，具有还原性,被氧化。
  • 口诀：“升失氧 (化合价升高，失去电子，发生氧化反应)，降得还 (化合价降低，得到电子，发生还原反应)；剂性相反 (氧化剂对应还原性，还原剂对应氧化性)”。
  • 基本规律
    • 强弱规律：氧化性：氧化剂 > 氧化产物；还原性：还原剂 > 还原产物。
    • 价态规律：中间价态既有氧化性又有还原性 (如 S, Fe²⁺)，最高价只有氧化性,最低价只有还原性。

第三部分：金属及其化合物

• 钠及其重要化合物

  • 钠 (Na)
    • 物理性质：银白色金属，质软,比水轻。
    • 化学性质
      • 与O₂反应：常温生成Na₂O (白色)，加热生成Na₂O₂ (淡黄色，供氧剂)。
      • 与H₂O反应：2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑ (现象：浮、熔、游、响、红)。
  • 钠的化合物
    • Na₂CO₃ (纯碱/苏打) 与 NaHCO₃ (小苏打)
      • 溶解性：Na₂CO₃ > NaHCO₃。
      • 热稳定性：Na₂CO₃ > NaHCO₃ (2NaHCO₃ $\xrightarrow{\Delta}$ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑)。
      • 与酸反应：NaHCO₃反应更剧烈 (CO₃²⁻ + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O；HCO₃⁻ + H⁺ = CO₂↑ + H₂O)。
      • 相互转化：Na₂CO₃ $\xrightarrow{CO₂+H_2O}$ NaHCO₃；NaHCO₃ $\xrightarrow{NaOH}$ Na₂CO₃。

• 铝及其重要化合物

  • 铝 (Al)
    • 物理性质：银白色金属，密度小,导电导热性好。
    • 化学性质
      • 与O₂反应：常温生成致密氧化膜 (抗腐蚀)。
      • 与强酸、强碱反应：2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑；2Al + 2OH⁻ + 2H₂O = 2AlO₂⁻ + 3H₂↑。
  • 氧化铝 (Al₂O₃) 与氢氧化铝 [Al(OH)₃]
    • 两性：既能与强酸反应，又能与强碱反应。
      • Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O；Al₂O₃ + 2OH⁻ = 2AlO₂⁻ + H₂O。
      • Al(OH)₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O；Al(OH)₃ + OH⁻ = AlO₂⁻ + 2H₂O。
    • 制备Al(OH)₃：不能用强碱，用铝盐和弱碱氨水 (Al³⁺ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺)。

• 铁及其重要化合物

  • 铁 (Fe)
    • 变价特征：+2价 (亚铁，Fe²⁺)，+3价 (铁，Fe³⁺)。
    • 化学性质
      • 与非金属反应：3Fe + 2O₂ $\xrightarrow{点燃}$ Fe₃O₄；2Fe + 3Cl₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2FeCl₃。
      • 与水蒸气反应：3Fe + 4H₂O(g) $\xrightarrow{高温}$ Fe₃O₄ + 4H₂。
      • 与酸/盐反应：Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑；Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu。
  • 铁的氧化物

    FeO (黑色)，Fe₂O₃ (红棕色，铁锈主要成分)，Fe₃O₄ (磁性氧化铁)。

  • 铁的氢氧化物
    • Fe(OH)₂ (白色，易被氧化为红褐色的Fe(OH)₃)：Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓。
    • Fe(OH)₃ (红褐色)：Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓。
  • Fe²⁺ 与 Fe³⁺ 的检验与转化
    • 检验：
      • Fe³⁺：KSCN溶液 (变血红色)；苯酚溶液 (显紫色)。
      • Fe²⁺：先加KSCN溶液 (不变色)，再加氯水 (变血红色)。
    • 转化：2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻ (Fe²⁺具有还原性)；2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺ (Fe³⁺具有氧化性)。

第四部分：非金属及其化合物

• 硅及其重要化合物

  • 硅 (Si)
    • 存在：地壳中第二丰富的元素，以SiO₂和硅酸盐形式存在。
    • 晶体结构：与金刚石类似，原子晶体，硬度大,熔点高。
  • 二氧化硅 (SiO₂)
    • 性质：酸性氧化物，但不与水反应。
      • 与CaO反应：SiO₂ + CaO $\xrightarrow{高温}$ CaSiO₃。
      • 与NaOH反应：SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O (盛碱试剂瓶用橡胶塞)。
    • 用途：光导纤维、水晶、玻璃。
  • 硅酸盐
    • 表示方法：氧化物的形式 (如Na₂SiO₃ → Na₂O·SiO₂)。
    • 硅酸钠 (Na₂SiO₃)：水溶液俗称“水玻璃”，作黏合剂、防火剂。
    • 硅酸盐产品：水泥 (3CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂, 3CaO·Al₂O₃)、玻璃 (Na₂SiO₃, CaSiO₃, SiO₂)、陶瓷。

• 氯及其重要化合物

  • 氯气 (Cl₂)
    • 物理性质：黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大,能溶于水。
    • 化学性质
      • 与金属反应：2Fe + 3Cl₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2FeCl₃；Cu + Cl₂ $\xrightarrow{点燃}$ CuCl₂。
      • 与非金属反应：H₂ + Cl₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2HCl (苍白色火焰)。
      • 与水反应：Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO (可逆反应)，HClO具有强氧化性，作漂白剂、消毒剂。
      • 与碱反应：Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O (制漂白液)；2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O (制漂白粉)。
  • 氯离子 (Cl⁻) 的检验
    • 方法：加AgNO₃溶液，产生白色沉淀，再加稀硝酸,沉淀不溶解。
    • 离子方程式：Ag⁺ + Cl⁻ = AgCl↓。

• 硫及其重要化合物

  • 硫 (S)
    • 物理性质：淡黄色固体,俗称硫磺。
  • 二氧化硫 (SO₂)
    • 物理性质：有刺激性气味的有毒气体，易液化,易溶于水。
    • 化学性质
      • 酸性氧化物：SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃；SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O。
      • 还原性：2SO₂ + O₂ $\xrightarrow{催化剂}$ 2SO₃。
      • 氧化性：SO₂ + 2H₂S = 3S↓ + 2H₂O。
      • 特性：漂白性 (品红溶液褪色)。
  • 硫酸 (H₂SO₄)
    • 物理性质：无色油状液体，难挥发,高沸点。
    • 化学性质
      • 稀硫酸：酸的通性 (H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄²⁻)。
      • 浓硫酸
        • 吸水性：作干燥剂 (不能干燥碱性气体，如NH₃)。
        • 脱水性：使有机物炭化 (如C₁₂H₂₂O₁₁ $\xrightarrow{浓H_2SO_4}$ 12C + 11H₂O)。
        • 强氧化性：与Cu、C等反应 (加热时)。

• 氮及其重要化合物

  • 氮气 (N₂)
    • 结构：N≡N，键能大,化学性质稳定。
    • 用途：合成氨、保护气。
  • 一氧化氮与二氧化氮
    • NO：无色气体，不溶于水，易被O₂氧化为NO₂ (2NO + O₂ = 2NO₂)。
    • NO₂：红棕色气体，有毒，易与水反应 (3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO)。
  • 氨 (NH₃)
    • 物理性质：无色有刺激性气味气体，极易溶于水 (1:700),水溶液显碱性。
    • 化学性质
      • 与水反应：NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻。
      • 与酸反应：NH₃ + HCl = NH₄Cl (产生白烟)。
      • 氨的催化氧化：4NH₃ + 5O₂ $\xrightarrow{催化剂}$ 4NO + 6H₂O。
  • 铵盐 (NH₄⁺)
    • 性质：不稳定性，受热易分解 (NH₄Cl $\xrightarrow{\Delta}$ NH₃↑ + HCl↑)。
    • 检验：与强碱共热，产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体 (NH₃)。
  • 硝酸 (HNO₃)
    • 特性：不稳定性 (见光/受热分解)，强氧化性 (与大多数金属、非金属反应)。
    • 与金属反应：与Cu反应，无论浓稀均产生NOx气体；与Fe、Al在常温下钝化。

总结与建议

1. 以元素为中心：学习元素化合物时，围绕一种核心元素（如Na, Al, Fe, S, N），掌握其单质、氧化物、氢氧化物、盐的性质和转化关系。
2. 抓主线：将“物质的分类”、“离子反应”、“氧化还原反应”这三条理论主线贯穿于所有元素化合物的学习中,用理论去解释现象。
3. 重对比：多进行对比，如钠与镁、碳酸钠与碳酸氢钠、氯化亚铁与氯化铁、二氧化硫与二氧化碳等,通过对比加深理解和记忆。
4. 勤实验：化学是一门以实验为基础的学科，多回顾实验现象,将实验与理论知识相结合。

希望这份思维导图能帮助你更好地学习高中化学必修一！祝你学习进步！