高中化学必修2 全册思维导图

中心主题：化学必修2

• 核心理念： 物质结构决定性质,性质决定用途。
• 两大主线：
  1. 物质结构理论： 原子结构 → 元素周期律 → 化学键 → 分子结构
  2. 化学反应与能量： 化学反应速率与限度 → 化学能与热能、电能的相互转化

第一单元 物质结构 元素周期律

原子结构

• 原子构成
  • 原子核：
    • 质子 (Z): 决定元素种类，决定原子序数。
    • 中子 (N): 决定同位素种类,影响原子质量。
  • 核外电子 (e⁻):
    • 决定元素的化学性质。
    • 运动状态：电子层 (K, L, M, N...) → 能量分层，离核由近到远,能量由低到高。
• 两个关系式
  • 质量数 (A) = 质子数 (Z) + 中子数 (N)
  • 原子序数 = 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数 (中性原子)
• 核素与同位素
  • 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、中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。
    • 举例： ¹H (氕)、²H (氘/D)、³H (氚/T)；¹²C、¹³C、¹⁴C。
• 原子核外电子排布
  • 规律：
    • 分层排布： K(2), L(8), M(8), N(18)...
    • 能量最低原理： 先排满能量低的电子层,再排能量高的电子层。
    • 最外层电子数： ≤ 8个 (K层为最外层时≤2个)。
    • 次外层电子数： ≤ 18个。
    • 倒数第三层电子数： ≤ 32个。

元素周期律与元素周期表

• 元素周期律
  • 元素的性质（原子半径、化合价、金属性、非金属性等）随着原子序数的递增而呈周期性变化。
  • 实质： 元素性质的周期性变化是原子核外电子排布周期性变化的结果。
• 元素周期表的结构
  • 横行 → 周期
    • 7个周期： 3个短周期 (1, 2, 3)，3个长周期 (4, 5, 6)，1个不完全周期 (7)。
    • 特点： 同一周期的元素，原子序数依次递增，电子层数相同。
  • 纵行 → 族
    • 18个纵行： 16个族 + 0族。
    • 主族 (A族)： 由短周期元素和长周期元素共同构成，标号为 I A, II A, ..., VIIA。
    • 副族 (B族)： 完全由长周期元素构成，标号为 IB, IIB, ..., VIIB, VIII族 (3列合称)。
    • VIII族： 包含3个纵行。
    • 0族： 稀有气体元素。
    • 特点： 同一主族的元素，最外层电子数相同,电子层数依次递增。
• 元素周期表中的规律
  • 原子半径：
    • 同周期： 从左到右，逐渐减小 (核电荷数增多，核引力增强)。
    • 同主族： 从上到下，逐渐增大 (电子层数增多)。
  • 金属性与非金属性：
    • 金属性： 失电子能力。
    • 非金属性： 得电子能力。
    • 判断依据：
      • 金属性： 单质与水/酸反应置换氢的难易；最高价氧化物对应水化物的碱性强弱。
      • 非金属性： 单质与氢气反应的难易及气态氢化物的稳定性；最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。
    • 规律：
      • 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 (O, F除外)。
      • 最低负价 = 族序数 - 8 (仅限非金属)。
    • 规律： 同周期，正价升高，负价降低；同主族,化合价相同。

化学键

• 定义： 使离子或原子结合成化合物的相互作用力。
• 类型
  • 离子键
    • 定义： 活泼金属与活泼非金属之间通过电子得失，形成阴、阳离子，靠静电作用形成的化学键。
    • 成键粒子： 阴离子、阳离子。
    • 成键本质： 静电作用。
    • 存在： 离子化合物中 (如 NaCl, NaOH, CaCO₃)。
  • 共价键
    • 定义： 非金属原子之间通过共用电子对形成的化学键。
    • 成键粒子： 原子。
    • 成键本质： 共用电子对对两原子核的电性作用。
    • 存在： 共价化合物和非金属单质中 (如 H₂O, CO₂, H₂, O₂)。
    • 分类：
      • 极性键： 不同非金属原子间，电子对偏向吸引电子能力强的原子 (如 H-Cl)。
      • 非极性键： 同种非金属原子间，电子对不偏向任何一方 (如 H-H, O=O)。
  • 金属键
    • 定义： 金属阳离子与自由电子之间的强烈作用。
    • 存在： 金属单质和合金中。
• 分子结构与物质性质
  • 分子间作用力 (范德华力)
    • 强度： 远小于化学键。
    • 影响： 影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。
    • 规律： 组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大,熔沸点越高。
  • 氢键
    • 条件： 分子中必须含H原子，且H原子与N, O, F原子以共价键结合。
    • 影响： 使物质的熔点、沸点异常高，影响溶解性 (如NH₃极易溶于水)。
    • 举例： H₂O, NH₃, HF。

**第二单元 化学反应与能量

化学能与热能

• 化学反应中的能量变化
  • 本质： 反应物旧化学键断裂吸收能量，生成物新化学键形成释放能量。
  • 表现：
    • 放热反应： 释放能量 > 吸收能量 (ΔH < 0)，如燃烧、中和反应、活泼金属与酸反应。
    • 吸热反应： 吸收能量 > 释放能量 (ΔH > 0)，如大多数分解反应、C + CO₂高温、Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl反应。
• 热化学方程式
  • 定义： 能表明反应所放出或吸收热量的化学方程式。
  • 书写要点：
    1. 注明状态 (s, l, g, aq)。
    2. 注明反应条件 (Δ, 高温, 点燃, 催化剂)。
    3. 标明焓变 (ΔH)： 放热为“-”，吸热为“+”，单位通常为 kJ/mol。
    4. 化学计量数与ΔH成比例： 计量数加倍，ΔH也加倍。

化学能与电能

• 原电池
  • 定义： 将化学能转化为电能的装置。
  • 构成条件：
    1. 两种活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体）作电极。
    2. 电解质溶液。
    3. 形成闭合回路。
  • 工作原理 (以Zn-Cu-H₂SO₄为例)：
    • 负极 (Zn)： 失电子，发生氧化反应。 (Zn - 2e⁻ = Zn²⁺)
    • 正极 (Cu)： 得电子，发生还原反应。 (2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑)
    • 电子流向： 负极 → 外电路 → 正极。
    • 电流方向： 正极 → 外电路 → 负极。
    • 离子移动： 阳离子移向正极,阴离子移向负极。
• 化学电源
  • 一次电池： 不能充电，如干电池 (Zn-MnO₂电池)、纽扣电池。
  • 二次电池： 可充电，如铅蓄电池、锂电池、镍氢电池。
  • 燃料电池： 连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能,如氢氧燃料电池。
• 电解池
  • 定义： 将电能转化为化学能的装置。
  • 构成条件：
    1. 外接直流电源。
    2. 两个电极（惰性或活性）。
    3. 电解质溶液（或熔融电解质）。
  • 工作原理 (以电解CuCl₂溶液为例)：
    • 阳极 (接电源正极)： 氧化反应，活性电极失电子，惰性电极溶液中阴离子失电子（失电子能力：S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根 > F⁻）。 (2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑)
    • 阴极 (接电源负极)： 还原反应，溶液中阳离子得电子（得电子能力：Ag⁺ > Hg²⁺ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > H⁺ > Pb²⁺ > Sn²⁺ > Fe²⁺ > Zn²⁺ > Al³⁺ > Mg²⁺ > Na⁺ > Ca²⁺ > K⁺）。 (Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu)
  • 应用： 电解饱和食盐水（氯碱工业）、电镀、电冶金（冶炼Na, Mg, Al）。

第三单元 有机化合物

最简单的有机化合物——甲烷

• 甲烷 (CH₄)
  • 结构： 正四面体结构，键角 109°28′，非极性分子。
  • 化学键： C-H 键,极性键。
  • 性质：
    • 氧化反应： 燃烧，产生淡蓝色火焰。 CH₄ + 2O₂ --点燃--> CO₂ + 2H₂O
    • 取代反应： 光照下与Cl₂反应，生成多种氯代物和HCl。
      • CH₄ + Cl₂ --光照--> CH₃Cl + HCl
      • ... (一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳)
• 烷烃
  • 定义： 碳原子间以单键结合成链状，剩余价键均与H结合,达到饱和的烃。
  • 通式： CₙH₂ₙ₊₂ (n≥1)。
  • 结构特点： 链状,每个C形成4个单键。
  • 性质： 与CH₄相似，通常稳定，难与强酸、强碱、强氧化剂反应，能发生燃烧和取代反应。
  • 命名： 习惯命名法 (某烷) 和 系统命名法 (确定主链、编号、取代基)。

来自石油和煤的两种基本化工原料

• 乙烯 (C₂H₄)
  • 结构： 平面结构，键角约120°，碳碳双键 (C=C)。
  • 化学键： 一个C-C单键，一个C=Cπ键（易断裂）。
  • 性质：
    • 氧化反应： 燃烧,火焰明亮有黑烟。
    • 加成反应： 特征反应，双键断裂，加原子或原子团。
      • 与Br₂ (溴水褪色)： CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br
      • 与H₂ (Ni催化)： CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃
      • 与H₂O (催化剂, 加热)： CH₂=CH₂ + H₂O → CH₃CH₂OH (乙醇)
    • 加聚反应： n CH₂=CH₂ → [CH₂-CH₂]ₙ (聚乙烯)
• 苯 (C₆H₆)
  • 结构： 平面正六边形结构，碳碳键介于单键和双键之间，一种特殊的大π键，环状共轭体系。
  • 化学键： 6个C-H键，6个C-C键，键角120°。
  • 性质：
    • 氧化反应： 燃烧,产生浓烈黑烟。
    • 取代反应： 特征反应。
      • 硝化反应： 浓HNO₃/浓H₂SO₄，水浴加热 → 硝基苯。
      • 卤代反应： Br₂/FeBr₃ → 溴苯。
      • 磺化反应： 浓H₂SO₄ → 苯磺酸。
    • 加成反应： 条件苛刻，不与Br水、KMnO₄反应。

      与H₂ (Ni, 高温) → 环己烷。

      

• 石油化工
  • 分馏： 利用沸点不同，分离得到汽油、煤油、柴油等。
  • 裂化： 在高温下，将长链烃分解为短链烃,提高汽油产量和质量。
  • 裂解： 深度裂化，以获取乙烯、丙烯等化工原料。

生活中两种常见的有机物

• 乙醇 (C₂H₅OH)
  • 结构： 羟基 (-OH) 与链烃基直接相连的化合物。
  • 性质：
    • 氧化反应：
      • 燃烧： C₂H₅OH + 3O₂ --点燃--> 2CO₂ + 3H₂O
      • 催化氧化 (Cu/Ag, △)： 2CH₃CH₂OH + O₂ --Cu/△→ 2CH₃CHO + 2H₂O (生成乙醛)
      • 被强氧化剂氧化： 使酸性KMnO₄溶液褪色。
    • 消去反应 (浓H₂SO₄, 170℃)： CH₃CH₂OH --浓H₂SO₄, 170℃→ CH₂=CH₂↑ + H₂O (生成乙烯)
    • 酯化反应 (浓H₂SO₄, △)： CH₃CH₂OH + CH₃COOH --浓H₂SO₄, △→ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O (生成乙酸乙酯)
• 乙酸 (CH₃COOH)
  • 结构： 羧基 (-COOH) 与烃基直接相连的化合物。
  • 性质：
    • 酸性： 具有酸的通性。
      • 使紫色石蕊试液变红。
      • 与活泼金属 (Zn, Fe) 反应产生H₂。
      • 与碱 (NaOH) 发生中和反应。
      • 与弱酸盐 (Na₂CO₃) 反应：2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑
    • 酯化反应 (见乙醇部分)。
• 基本营养物质
  • 油脂： 高级脂肪酸甘油酯，属于酯类，在碱性条件下水解为肥皂和甘油。
  • 糖类：
    • 单糖 (葡萄糖、果糖)： 不能水解,是生命活动的主要能源物质。
    • 二糖 (蔗糖、麦芽糖)： 水解成单糖，蔗糖不具还原性,麦芽糖具还原性。
    • 多糖 (淀粉、纤维素)： 水解成单糖，淀粉遇碘单质变蓝。
  • 蛋白质：
    • 组成： 由氨基酸通过肽键连接而成的高分子。
    • 性质：
      • 盐析： 加入浓盐溶液，蛋白质不变性,可用于提纯。
      • 变性： 加热、强酸、强碱、重金属盐、乙醇等，蛋白质空间结构改变，活性丧失，不可逆。
      • 颜色反应： 与浓硝酸作用呈黄色。
      • 灼烧： 有烧焦羽毛的气味。

第四单元 化学与自然资源的开发利用

开发利用金属矿物和海水资源

• 金属矿物的开发利用
  • 金属活动性顺序与冶炼方法：
    • K Ca Na Mg Al： 电解法 (活泼，强还原剂如Al、C无法还原)。
    • Zn Fe Sn Pb (H) Cu： 热还原法 (常用C、CO、H₂、Al作还原剂)。
    • Hg Ag Pt Au： 热分解法 或 物理方法 (不活泼)。
  • 铝热反应： Al + Fe₂O₃ --高温→ 2Fe + Al₂O₃ (用于焊接钢轨、冶炼高熔点金属)。
• 海水资源开发利用
  • 海水淡化： 蒸馏法、电渗析法、离子交换法。
  • 化学资源提取：
    • 食盐 (NaCl)： 蒸发海水得到。
    • Br₂、Mg、I₂ 等元素的提取。

化学与资源综合利用、环境保护

• 化石燃料的综合利用
  • 煤的干馏： 隔绝空气加强热，得到焦炭、煤焦油、焦炉气、氨水和粗氨水等。
  • 石油的分馏与裂化/裂解： 得到各种燃料和化工原料。
  • 天然气的使用： 主要成分是CH₄,清洁能源。
• 环境问题与绿色化学
  • 主要环境问题：
    • 酸雨： 主要由SO₂、NO₂等引起。
    • 臭氧层空洞： 主要由氟氯烃等引起。
    • 温室效应： 主要由CO₂、CH₄等引起。
    • 白色污染： 难降解的塑料垃圾。
  • 绿色化学：
    • 核心： 利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
    • 原子经济性： 设计的化学反应，原料原子全部转化为目标产物，原子利用率为100%。
    • 核心思想： “原子经济”，即“零排放”。

使用建议：

1. 打印出来： 将此导图打印,作为复习提纲。
2. 填充细节： 在每个主干下,用自己的话和具体例子填充更多细节。
3. 建立联系： 思考各部分之间的联系，元素周期律指导我们预测物质性质,性质又决定了其在原电池或电解池中的表现。
4. 重点突破： 根据自己的薄弱环节，重点复习某个分支，如“化学键”或“原电池原理”。

希望这份详细的思维导图能帮助你系统地掌握化学必修2的知识！