一、物质的变化与性质
(一)物理变化深度解析
物理变化是指没有新物质生成的变化,其本质是构成物质的分子、原子本身未发生改变,仅改变了物质的状态、形状、大小或分子间的间隔。从微观角度来看,物理变化过程中,微粒的运动速率、微粒间空隙发生变化,但微粒的种类、数目、质量均保持不变。
常见的物理变化类型远不止基础列举的内容,具体可分为:状态变化,如冰融化成水、水蒸发为水蒸气、干冰升华、碘升华、酒精挥发、石蜡熔化、铁水铸成铁锅等,这类变化均是物质在固态、液态、气态之间的转化,无新物质生成;形状改变,如玻璃破碎、木材制成桌椅、纸张撕成碎片、铁丝弯曲、石块粉碎、黄金打造首饰等,只是物质的外形发生变化,物质本身属性不变;位置迁移与混合,如沙子和石子混合、蔗糖溶解于水、活性炭吸附色素和异味、粉尘沉降、海水晒盐(水分蒸发),混合或吸附过程中,各物质的成分未发生化学反应,依旧保持各自的化学性质。
需要重点区分的是,爆炸不一定都是化学变化:如气球爆炸、轮胎爆炸、锅炉爆炸(因压强过大导致),属于物理变化;而火药爆炸、瓦斯爆炸、烟花爆炸,有新物质生成,属于化学变化。物理变化的特征是变化过程中常伴随吸热、放热、发光、颜色改变、状态改变等现象,但这些现象不能作为判断物理变化的唯一依据,核心判断标准始终是有无新物质生成。
(二)化学变化深度解析
化学变化又称化学反应,是指有新物质生成的变化,微观本质是构成物质的分子分裂成原子,原子重新组合形成新的分子或直接构成新的物质,原子的种类、数目、质量在化学变化中均不变,这也是后续质量守恒定律的微观核心。
化学变化常伴随的现象更具多样性,除基础提到的燃烧、气泡、沉淀、溶液变色外,还包括吸热、放热、发光、产生烟雾、生成刺激性气味等,且这些现象往往同时出现。例如,镁条燃烧不仅发出耀眼白光,还生成白色固体氧化镁;铁生锈过程中,不仅表面颜色变为红棕色,还会伴随缓慢放热,生成氧化铁这类新物质。
1. 燃烧现象细分与拓展
燃烧是剧烈的化学变化,不同物质在氧气、空气中燃烧的现象差异显著,需精准区分:
- 碳在空气中燃烧:发红光,放热,生成能使澄清石灰水变浑浊的气体;在氧气中充分燃烧:发出白光,放热更剧烈,产物相同。(碳在O₂中充分燃烧产生,CO₂不充分燃烧产生CO)
- 硫在空气中燃烧:产生淡蓝色火焰,生成有刺激性气味的二氧化硫气体;在氧气中燃烧:火焰变为明亮的蓝紫色,刺激性气味更明显,且实验需在集气瓶底部放少量水,吸收有毒的二氧化硫,防止污染空气。
- 红磷/白磷燃烧:均产生大量白烟(白色固体五氧化二磷),放热,无火焰,常用于测定空气中氧气含量实验,因燃烧产物为固体,不会对实验结果造成气体干扰。
- 铁丝在空气中:只能发红发热,无法燃烧;在氧气中:剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体四氧化三铁,实验前需在集气瓶底部铺一层细沙或放少量水,防止高温熔融物炸裂瓶底。
- 氢气在空气中燃烧:产生淡蓝色火焰,放热,罩在火焰上方的干冷烧杯内壁出现水雾,证明氢气燃烧生成水,是最清洁的燃料。
- 一氧化碳、甲烷在空气中燃烧:均产生蓝色火焰,一氧化碳燃烧只生成二氧化碳,甲烷燃烧生成二氧化碳和水,可通过检验燃烧产物区分二者。
2. 其他化学变化现象
- 产生气泡:活泼金属(锌、铁、镁)与稀盐酸、稀硫酸反应生成氢气;碳酸盐(碳酸钙、碳酸钠)与酸反应生成二氧化碳;过氧化氢溶液在二氧化锰催化下分解生成氧气,均属于化学变化产生气体,与水受热沸腾产生的水蒸气气泡(物理变化)本质不同。
- 生成沉淀:氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应,生成蓝色氢氧化铜沉淀;碳酸钠溶液与氢氧化钙溶液反应,生成白色碳酸钙沉淀;硝酸银溶液与稀盐酸反应,生成不溶于稀硝酸的白色氯化银沉淀;氯化钡溶液与稀硫酸反应,生成不溶于稀硝酸的白色硫酸钡沉淀,这些沉淀的生成均是新物质形成的标志。
- 溶液变色:铁与稀硫酸反应,无色溶液变为浅绿色(生成硫酸亚铁,含亚铁离子);氧化铜与稀硫酸反应,黑色固体溶解,溶液变为蓝色(生成硫酸铜,含铜离子);酚酞试液遇碱性溶液由无色变为红色,石蕊试液遇酸性溶液变红、遇碱性溶液变蓝,均属于化学变化导致的颜色改变。
(三)催化剂的拓展知识
催化剂是在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率,而自身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质,简称“一变二不变”。需重点明确:
1. “改变”包括加快和减慢反应速率,既能加快反应的叫正催化剂,能减慢反应的叫负催化剂,初中化学中接触的大多是正催化剂,如过氧化氢分解、氯酸钾分解中的二氧化锰。
2. 催化剂的化学性质不变,但物理性质可能改变,如二氧化锰在反应前后可能由块状变为粉末状。
3. 催化剂不能决定反应是否发生,不能增加生成物的质量,生成物的质量仅由反应物的质量决定。
4. 同一反应可选用不同催化剂,如过氧化氢分解,除二氧化锰外,硫酸铜溶液、红砖粉末也可作为催化剂;不同反应也可选用同一种催化剂。
(四)物理性质与化学性质细分
物理性质是物质不需要发生化学变化就表现出来的性质,可直接观察或通过物理方法测定,具体细分:
- 感官性质:颜色、状态、气味、味道(化学药品严禁品尝);
- 力学性质:熔点、沸点、硬度、密度、溶解性、挥发性;
- 电学与热学性质:导电性、导热性、延展性、吸附性;
- 其他:吸水性(如浓硫酸、氢氧化钠固体的吸水性,属于物理性质)。
化学性质是物质在化学变化中表现出来的性质,需通过化学反应才能体现,具体细分:
- 氧化还原性:可燃性、助燃性、氧化性、还原性;
- 酸碱性:酸性、碱性、中性;
- 稳定性:化学性质稳定(如稀有气体、氮气)、活泼性(如金属钠、钾);
- 腐蚀性与毒性:腐蚀性(浓硫酸、氢氧化钠)、毒性(一氧化碳、甲醛、亚硝酸钠);
- 其他:脱水性(浓硫酸的脱水性,属于化学性质,能将物质中的氢、氧元素按水的比例脱去,生成新物质)。
性质与变化的区分:性质是物质固有的属性,常用“能、会、易、可以、具有”等词语描述,如“酒精能燃烧”是化学性质;变化是正在发生或已经发生的过程,如“酒精燃烧”是化学变化。
二、物质分类(系统拓展)
物质的分类是中考化学核心基础,需按照组成和性质进行逐级分类,理清各类物质的逻辑关系,避免概念混淆,具体分类体系及拓展如下:
(一)混合物与纯净物
1. 混合物:由两种或两种以上物质混合而成,无固定组成和固定性质,各成分保持各自原来的化学性质,不能用单一的化学式表示。- 常见混合物:空气、海水、河水、矿泉水、溶液(盐酸、生理盐水、石灰水)、合金(生铁、钢、黄铜)、化石燃料(煤、石油、天然气)、土壤、矿石、牛奶、豆浆、铁锈等。
- 混合物分离方法:过滤(分离不溶性固体与液体)、蒸发(分离可溶性固体与液体)、蒸馏(分离沸点不同的液体混合物,如自来水制蒸馏水)、吸附(除去色素和异味)。
2. 纯净物:由一种物质组成,有固定组成和固定性质,可用专门的化学式表示。纯净物分为单质和化合物,是化学研究的主要对象。
(二)单质与化合物
1. 单质:由同种元素组成的纯净物,分为金属单质、非金属单质、稀有气体单质。- 金属单质:铁(Fe)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、汞(Hg)、锌(Zn)等,由原子直接构成;
- 非金属单质:氧气(O₂)、氢气(H₂)、氮气(N₂)、碳(C)、硫(S)、磷(P)等,由分子或原子直接构成;
- 稀有气体单质:氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)等,由原子直接构成,化学性质极不活泼。
- 易错点:由同种元素组成的物质不一定是单质,可能是混合物,如氧气(O₂)和臭氧(O₃)的混合物、金刚石和石墨的混合物,均只含一种元素,但属于混合物。
2. 化合物:由不同种元素组成的纯净物,有固定的化学式,分为无机化合物和有机化合物。
(三)无机化合物细分
无机化合物是不含碳元素的化合物,以及少数含碳但性质与无机物相似的化合物,具体分为:
1. 氧化物:由两种元素组成,且其中一种元素是氧元素的化合物,简称“二元一氧”。- 金属氧化物:氧化铜(CuO)、氧化铁(Fe₂O₃)、氧化钙(CaO)、四氧化三铁(Fe₃O₄)等;
- 非金属氧化物:二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)、二氧化硫(SO₂)、一氧化碳(CO)等;
- 易错点:含氧化合物不一定是氧化物,如高锰酸钾(KMnO₄)、氯酸钾(KClO₃),虽含氧元素,但由三种元素组成,不属于氧化物。
2. 酸:在水溶液中解离出的阳离子全部是氢离子(H⁺)的化合物,由氢离子和酸根离子构成。- 常见酸:盐酸(HCl)、硫酸(H₂SO₄)、硝酸(HNO₃)、碳酸(H₂CO₃)、醋酸(CH₃COOH);
- 分类:根据酸性强弱分为强酸(盐酸、硫酸、硝酸)和弱酸(碳酸、醋酸);根据是否含氧分为含氧酸(硫酸、硝酸)和无氧酸(盐酸)。
3. 碱:在水溶液中解离出的阴离子全部是氢氧根离子(OH⁻)的化合物,由金属离子(或铵根离子)和氢氧根离子构成。- 常见碱:氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)、氢氧化钾(KOH)、氨水(NH₃·H₂O);
- 分类:根据碱性强弱分为强碱(氢氧化钠、氢氧化钾)和弱碱(氢氧化钙、氨水);根据溶解性分为可溶性碱(氢氧化钠、氢氧化钾)和难溶性碱(氢氧化铜、氢氧化铁)。
4. 盐:由金属离子(或铵根离子)和酸根离子构成的化合物,是酸碱中和的产物。- 常见盐:氯化钠(NaCl)、碳酸钠(Na₂CO₃)、碳酸钙(CaCO₃)、硫酸铜(CuSO₄)、氯化铵(NH₄Cl);
- 分类:根据阳离子分为钠盐、钙盐、铜盐、铵盐;根据阴离子分为盐酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐。
(四)有机化合物拓展
有机化合物(有机物):含碳元素的化合物(除CO、CO₂、H₂CO₃、碳酸盐、碳酸氢盐等),简称有机物。
- 简单有机物:甲烷(CH₄,最简单的有机物)、乙醇(C₂H₅OH)、葡萄糖(C₆H₁₂O₆)、醋酸(CH₃COOH);
- 有机物特点:多数难溶于水,易溶于有机溶剂,熔点低,易燃烧,化学反应复杂且缓慢;
- 高分子有机物:淀粉、蛋白质、塑料、纤维、橡胶,相对分子质量较大,属于有机高分子化合物。
三、质量守恒定律(全面拓展)
(一)定律内容与微观本质
质量守恒定律:参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和,是自然界普遍存在的基本定律之一,适用于一切化学变化,不适用于物理变化。
微观本质(六不变、两一定变、一可能变):
- 六不变:宏观上,反应前后元素种类、元素质量、物质总质量不变;微观上,原子种类、原子数目、原子质量不变;
- 两一定变:宏观上,物质种类一定改变(化学变化生成新物质);微观上,分子种类一定改变;
- 一可能变:分子数目可能改变,元素化合价可能改变。
(二)实验验证与注意事项
1. 验证实验:红磷燃烧实验、铁钉与硫酸铜溶液反应实验,均在密闭容器中进行,可直接验证质量守恒;盐酸与碳酸钠反应、镁条燃烧实验,因有气体参与或生成,需在密闭容器中进行,否则反应后天平不平衡,但仍遵循质量守恒。
2. 注意事项:- 必须是“参加反应”的物质,未参加反应的反应物质量(过量部分)不能计入;
- 质量守恒仅指质量守恒,体积、分子数目不一定守恒;
- 所有化学变化都遵循质量守恒,与反应现象、反应条件无关。
(三)定律的核心应用
1. 确定物质的化学式:根据反应前后原子种类、数目不变,推断未知物质的化学式。例如:反应2X + 3O₂=(点燃)2CO₂ + 4H₂O,反应后C、H、O原子数目分别为2、8、8,反应前O₂提供6个O原子,因此2X中含2个C、8个H、2个O,X的化学式为CH₄O(甲醇)。
2. 计算物质的质量:根据反应前后物质总质量不变,计算反应物或生成物的质量。例如:12g碳与32g氧气恰好完全反应,生成二氧化碳的质量为12g+32g=44g。
3. 判断物质的组成元素:根据反应前后元素种类不变,推断某物质的元素组成。例如:某物质在氧气中燃烧生成二氧化碳和水,可推断该物质一定含C、H元素,可能含O元素。
4. 书写化学方程式:依据质量守恒定律配平化学方程式,保证反应前后原子种类、数目相等。
四、化合价(拓展详解)
(一)化合价原则与规律
化合价是元素的原子在形成化合物时表现出来的一种化学性质,反映不同元素原子相互化合的数目比,核心原则:
1. 单质中,元素的化合价为0,如O₂、H₂、Fe中,O、H、Fe化合价均为0;
2. 化合物中,各元素正负化合价的代数和为0;
3. 原子团中,各元素化合价的代数和等于原子团的化合价(根价)。
常见化合价规律:
- 金属元素通常显正价,非金属元素通常显负价(与氧结合时显正价);
- 氢元素在化合物中通常显+1价,氧元素通常显-2价(过氧化物中显-1价);
- 一些元素有多种化合价,如铁有+2(亚铁)、+3(铁)价,碳有+2、+4价,硫有-2、+4、+6价;
- 化合物中,正价元素在前,负价元素在后(铵盐、氨气除外)。
(二)常见元素与原子团化合价口诀
1. 常见元素化合价口诀:
一价钾钠氯氢银,二价氧钙钡镁锌;
三铝四硅五价磷,二三铁、二四碳;
二四六硫都齐全,铜汞二价最常见;
单质零价永不变。
2. 常见原子团化合价口诀:
负一硝酸氢氧根,负二硫酸碳酸根;
负三记住磷酸根,正一价的是铵根。
具体原子团化合价:硝酸根(NO₃⁻)-1价、氢氧根(OH⁻)-1价、硫酸根(SO₄²⁻)-2价、碳酸根(CO₃²⁻)-2价、磷酸根(PO₄³⁻)-3价、铵根(NH₄⁺)+1价。
(三)化合价的应用
1. 书写化合物的化学式:根据元素化合价,利用“正价前、负价后,化合价数交叉标、约最简”的方法书写。例如,铝元素+3价,氧元素-2价,化学式为Al₂O₃;钙元素+2价,氢氧根-1价,化学式为Ca(OH)₂。
2. 计算化合物中某元素的化合价:根据化合物中正负化合价代数和为0,计算未知元素化合价。例如,计算KMnO₄中Mn的化合价:K为+1价,O为-2价,设Mn化合价为x,则(+1)+x+4×(-2)=0,解得x=+7。
3. 判断化学式书写是否正确:验证化合物中各元素化合价代数和是否为0,若不为0,化学式书写错误。
五、化学式的意义与计算(拓展)
(一)化学式的多层意义
化学式是用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子,以H₂O为例,意义分为四层:
1. 宏观意义:表示水这种物质;表示水由氢元素和氧元素组成;
2. 微观意义:表示一个水分子;表示一个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成;
3. 类别意义:表示水属于氧化物、化合物、无机化合物;
4. 量的意义:表示水中氢、氧元素的原子个数比、质量比等。
对于由原子直接构成的物质(如Fe、Cu、C),化学式还可表示该元素、一个原子。
(二)化学式相关计算
1. 计算相对分子质量:化学式中各原子相对原子质量的总和,符号为Mr。例如,H₂O的相对分子质量=1×2+16=18;CO₂的相对分子质量=12+16×2=44。
2. 计算物质中各元素的原子个数比:化学式中元素符号右下角数字之比(原子团视为整体)。例如,Ca(OH)₂中Ca、O、H原子个数比=1:2:2。
3. 计算物质中各元素的质量比:各元素相对原子质量×原子个数之比。例如,H₂O中H、O元素质量比=(1×2):16=1:8。
4. 计算物质中某元素的质量分数:某元素质量分数=(该元素相对原子质量×原子个数÷相对分子质量)×100%。例如,Fe₂O₃中铁元素的质量分数=(56×2÷160)×100%=70%。
5. 计算一定质量物质中某元素的质量:元素质量=物质质量×该元素的质量分数。例如,100g Fe₂O₃中含铁元素的质量=100g×70%=70g。
六、燃烧与灭火(拓展延伸)
(一)燃烧的条件与本质
燃烧是可燃物与氧气发生的发光、放热的剧烈氧化反应,广义的燃烧不一定需要氧气,如镁条可在二氧化碳中燃烧,氢气可在氯气中燃烧,初中阶段主要研究有氧燃烧。
燃烧的三个必要条件(缺一不可):
1. 可燃物:能与氧气发生燃烧反应的物质,如木材、纸张、酒精、氢气等;
2. 与氧气(或空气)接触:氧气是助燃物,浓度越高,燃烧越剧烈;
3. 温度达到可燃物的着火点:着火点是可燃物燃烧所需的最低温度,是物质的固有属性,一般不随外界条件改变。
(二)灭火的原理与方法
灭火的原理是破坏燃烧的任意一个条件,使燃烧停止,具体方法:
1. 清除或隔离可燃物:森林火灾时开辟隔离带、熄灭酒精灯用灯帽盖灭(隔绝可燃物)、关闭燃气阀门;
2. 隔绝氧气(或空气):油锅着火用锅盖盖灭、二氧化碳灭火器灭火、用沙子覆盖燃烧物;
3. 降低温度至可燃物的着火点以下:用水灭火、吹灭蜡烛、用湿抹布盖灭小火。
易错点:灭火只能降低温度,不能降低可燃物的着火点,着火点是固定值。
(三)易燃物、易爆物安全知识
1. 缓慢氧化、自燃与爆炸:缓慢氧化是进行得很慢的氧化反应,如铁生锈、食物腐烂、动植物呼吸;缓慢氧化积累热量,达到可燃物着火点,会引发自燃(如白磷自燃);可燃物在有限空间内急剧燃烧,短时间内聚集大量热,使气体体积迅速膨胀,引发爆炸。
2. 常见易燃易爆物:天然气、酒精、汽油、面粉粉尘、火药、烟花爆竹等,存放和使用时需远离火源,避免撞击。
3. 安全标识:认识易燃物、易爆物、腐蚀品、有毒气体等安全标识,掌握火灾逃生方法(用湿毛巾捂住口鼻、弯腰匍匐前进、不乘坐电梯)。
(四)灭火器的种类与适用范围
1. 泡沫灭火器:扑灭木材、棉布等一般火灾,利用二氧化碳和泡沫隔绝空气;
2. 干粉灭火器:扑灭一般火灾及油、气等燃烧引起的火灾,适用范围广;
3. 二氧化碳灭火器:扑灭图书、档案、精密仪器、贵重设备火灾,灭火后不留痕迹,不会损坏物品。
七、环境保护(全面拓展)
(一)空气污染与防治
1. 空气污染物:分为烟尘(可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5)和有害气体(一氧化碳CO、二氧化硫SO₂、二氧化氮NO₂、臭氧O₃),主要来源:化石燃料(煤、石油)的燃烧、工厂废气排放、汽车尾气、露天焚烧垃圾。
2. 空气污染危害:危害人体健康(引发呼吸道疾病)、影响作物生长、破坏生态平衡、导致全球气候异常。
3. 防治措施:减少化石燃料使用,开发新能源(太阳能、风能、水能、氢能);工厂废气处理达标后排放;汽车安装尾气净化装置;植树造林、绿化荒山;禁止露天焚烧垃圾。
(二)水污染与防治
1. 水体污染源:工业污染(工业“三废”——废水、废气、废渣任意排放)、农业污染(不合理使用农药、化肥,随雨水流入水体)、生活污染(生活污水任意排放、生活垃圾倒入水体)。
2. 水污染危害:造成水体富营养化(引发赤潮、水华),导致水生生物死亡;污染饮用水源,危害人体健康;破坏水域生态系统。
3. 防治措施:工业废水处理达标后排放;合理使用农药、化肥,推广生态农业;生活污水集中处理后排放;禁止向水体倾倒垃圾;保护水资源,节约用水。
(三)土壤污染与白色污染
1. 土壤污染:来源包括农药化肥过量使用、工业废渣、生活垃圾、重金属污染,危害是导致土壤板结、作物减产,污染物通过食物链进入人体,危害健康。防治措施:合理使用农药化肥、垃圾分类处理、工业废渣无害化处理。
2. 白色污染:指废弃塑料造成的环境污染,塑料难以降解,长期堆积破坏土壤结构、污染地下水、危害海洋生物。防治措施:减少使用不必要的塑料制品;重复使用塑料袋、塑料盒;使用可降解塑料;回收废弃塑料。
(四)三大环境问题
1. 温室效应:主要由二氧化碳、甲烷、臭氧等温室气体排放过多导致,全球气候变暖、冰川融化、海平面上升。防治:减少化石燃料燃烧、植树造林、开发新能源、低碳出行。
2. 酸雨:由二氧化硫、二氧化氮气体溶于雨水形成,pH<5.6的雨水为酸雨,危害:腐蚀建筑物、破坏森林植被、酸化土壤、污染水体。防治:减少含硫燃料燃烧、废气脱硫处理、开发清洁能源。
3. 臭氧层空洞:由氟利昂等物质排放导致,臭氧层能吸收紫外线,空洞会使紫外线辐射增强,危害人体健康、破坏生态。防治:禁止使用含氟利昂的制冷剂、发泡剂。
八、化学有害物质(拓展)
(一)有毒气体
1. 一氧化碳(CO):无色、无味、有毒气体,难溶于水,易与血红蛋白结合,使血红蛋白失去输氧能力,导致人体缺氧中毒,甚至死亡。来源:化石燃料不完全燃烧、汽车尾气、煤气泄漏。预防:保持通风、安装煤气报警器。
2. 二氧化硫(SO₂)、二氧化氮(NO₂):有刺激性气味,有毒,是形成酸雨的主要气体,吸入后引发呼吸道疾病。
(二)有毒有机物与无机物
1. 甲醛:无色、有刺激性气味的气体,能使蛋白质变性,破坏人体蛋白质结构,危害人体健康,常见于装修材料、劣质家具、化纤地毯。预防:装修后通风晾晒、选用环保材料。
2. 黄曲霉素:存在于霉变的花生、大米、玉米、坚果中,具有强致癌性,高温难以破坏,严禁食用霉变食品。
3. 亚硝酸钠(NaNO₂):外观与食盐相似,有咸味,有毒,误食会导致中毒甚至死亡,严禁代替食盐使用。
4. 重金属盐:汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)等重金属盐,能使蛋白质变性,误食后可饮用牛奶、豆浆、鸡蛋清缓解毒性,及时就医。
九、原子结构与相关知识(深度拓展)
(一)原子的构成
原子是化学变化中的最小微粒,由原子核和核外电子构成,原子核又由质子和中子构成(普通氢原子无中子):
1. 质子:带正电荷,决定元素的种类,质子数=核电荷数;
2. 中子:不带电,质子数相同、中子数不同的原子互为同位素;
3. 核外电子:带负电荷,在原子核外分层排布,最外层电子数决定元素的化学性质。
(二)原子中的数量关系
1. 核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数,整个原子不显电性(正负电荷相等);
2. 相对原子质量≈质子数+中子数,相对原子质量单位为“1”,省略不写,不是原子的实际质量。
(三)核外电子排布
1. 核外电子分层排布,第一层最多排2个电子,第二层最多排8个电子,最外层最多排8个电子(只有一层时最多2个);
2. 元素化学性质与最外层电子数的关系:- 金属元素:最外层电子数<4,易失去电子,形成阳离子;
- 非金属元素:最外层电子数≥4,易得到电子,形成阴离子;
- 稀有气体元素:最外层电子数=8(氦为2),化学性质稳定,不易得失电子,称为稳定结构。
(四)离子的形成
离子是带电的原子或原子团,分为阳离子和阴离子:
1. 阳离子:原子失去电子,带正电,质子数>核外电子数,如Na⁺、Mg²⁺、NH₄⁺;
2. 阴离子:原子得到电子,带负电,质子数<核外电子数,如Cl⁻、O²⁻、SO₄²⁻。
离子符号书写:在元素符号右上角标注电荷数,数字在前,正负号在后,电荷数为1时,省略不写。
十、化学与生活、生产(拓展)
(一)酸性土壤改良
酸性土壤pH<7,不利于作物生长,常用**熟石灰(氢氧化钙Ca(OH)₂)**改良,利用酸碱中和反应,降低土壤酸性,且熟石灰价格低廉、腐蚀性弱,适合农业使用。不能用氢氧化钠改良,因其碱性过强、腐蚀性大,会破坏土壤结构。
(二)铁生锈与防锈
1. 铁生锈条件:铁与氧气、水同时接触,二者缺一不可,铁锈主要成分是氧化铁(Fe₂O₃),结构疏松多孔,会加速铁的锈蚀。
2. 防锈原理:隔绝氧气、隔绝水,保持铁制品表面洁净干燥。
3. 防锈方法:- 物理方法:涂油、刷漆、镀一层耐腐蚀金属(镀锌、镀铬)、烧制搪瓷;
- 化学方法:制成合金(不锈钢,在铁中加入铬、镍等金属),改变内部结构,增强抗腐蚀性。
(三)硬水与软水
1. 定义:硬水是含较多可溶性钙、镁化合物的水;软水是含较少或不含可溶性钙、镁化合物的水。
2. 区分方法:加入肥皂水,振荡,泡沫多、浮渣少的是软水;泡沫少、浮渣多的是硬水。
3. 硬水危害:用硬水洗衣服,浪费肥皂,衣物变硬;烧锅炉时,易形成水垢,浪费燃料,甚至引发爆炸;长期饮用硬水,不利于人体健康。
4. 硬水软化:生活中用煮沸的方法,实验室用蒸馏的方法,工业上用离子交换法。
(四)溶解时的热现象
物质溶解于水时,常伴随吸热或放热现象,分为三类:
1. 放热(温度升高):浓硫酸、氢氧化钠固体、生石灰(氧化钙,与水反应放热),溶解时放出热量,容器外壁发烫;
2. 吸热(温度降低):硝酸铵(NH₄NO₃),溶解时吸收热量,容器外壁发凉;
3. 温度基本不变:氯化钠、蔗糖,溶解时热量变化不明显。
(五)去除油污的三种原理
1. 乳化作用:洗涤剂(洗洁精、洗衣液)含乳化剂,能将大油滴分散成无数小油滴,随水流走,属于物理变化;
2. 溶解作用:汽油能溶解油污,形成溶液,属于物理变化,适合去除机械油污;
3. 化学反应:氢氧化钠能与油污发生化学反应,生成可溶于水的物质,属于化学变化,适合去除厨房重油污。
十一、化学基本实验操作(拓展)
(一)药品取用规则
1. 三不原则:不触摸药品、不品尝药品、不直接闻药品气味(闻气味时用手轻轻扇动,使少量气体飘进鼻孔);
2. 节约原则:未说明用量时,液体取1-2mL,固体只需盖满试管底部;
3. 剩余药品处理:不放回原瓶、不随意丢弃、不带出实验室,放入指定容器。
(二)固体药品取用
1. 块状固体(大理石、锌粒):用镊子夹取,“一横二放三慢竖”,防止打破容器;
2. 粉末状固体(碳酸钠、高锰酸钾):用药匙或纸槽取用,“一斜二送三直立”,防止药品沾在试管壁上。
(三)液体药品取用
1. 大量液体:倾倒法,瓶塞倒放、标签朝向手心、瓶口紧挨试管口、试管倾斜,缓慢倾倒;
2. 少量液体:胶头滴管,垂直悬空于容器上方,不伸入容器内、不接触容器壁,用后清洗(滴瓶上的滴管不清洗);
3. 定量液体:量筒+胶头滴管,量筒放平,视线与液体凹液面最低处相平,俯视读数偏大,仰视读数偏小。
(四)托盘天平使用
1. 称量前:调零,左盘放物品,右盘放砝码(左物右码);
2. 称量时:药品放称量纸上,腐蚀性药品(氢氧化钠)放玻璃器皿(烧杯、表面皿)中称量;
3. 精度:0.1g,砝码用镊子夹取,防止生锈;
4. 误差:左物右码颠倒,且使用游码时,药品实际质量=砝码质量-游码质量。
(五)酒精灯使用
1. 酒精量:不超过酒精灯容积的2/3,不少于1/4;
2. 点燃:用火柴点燃,严禁用燃着的酒精灯引燃另一只酒精灯;
3. 熄灭:用灯帽盖灭,严禁用嘴吹灭;
4. 意外处理:酒精洒出燃烧,立即用湿抹布盖灭,不能用水浇。
(六)物质加热
1. 加热仪器:可直接加热的仪器:试管、蒸发皿、燃烧匙、坩埚;需垫石棉网加热的仪器:烧杯、烧瓶、锥形瓶(防止受热不均炸裂);严禁加热的仪器:量筒、集气瓶、漏斗;
2. 加热注意:加热前擦干容器外壁水珠,先预热,再集中加热;加热液体时,试管口不对着自己和他人,液体体积不超过试管容积的1/3;加热固体时,试管口略向下倾斜,防止冷凝水倒流炸裂试管。
(七)过滤操作
过滤用于分离不溶性固体与液体,操作要点“一贴二低三靠”:
1. 一贴:滤纸紧贴漏斗内壁,无气泡;
2. 二低:滤纸边缘低于漏斗口,液面低于滤纸边缘;
3. 三靠:烧杯口紧靠玻璃棒,玻璃棒末端紧靠三层滤纸处,漏斗下端管口紧靠烧杯内壁。
过滤后滤液仍浑浊的原因:滤纸破损、液面高于滤纸边缘、仪器不干净,需重新过滤。
(八)蒸发操作
1. 仪器:蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、铁架台;
2. 操作:加热时用玻璃棒不断搅拌,防止局部温度过高,造成液滴飞溅;
3. 停止加热:蒸发皿中出现较多固体时,停止加热,利用余热将剩余水分蒸干,防止固体飞溅;
4. 注意:热的蒸发皿用坩埚钳夹持,放在石棉网上冷却,不能直接放在实验台。
(九)溶液配制
以配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液为例,步骤:
1. 计算:计算所需氯化钠的质量、水的体积;
2. 称量:用托盘天平称量氯化钠,放入烧杯;
3. 量取:用量筒量取所需水,倒入烧杯;
4. 溶解:用玻璃棒搅拌,加速氯化钠溶解;
5. 装瓶:将配制好的溶液装入试剂瓶,贴上标签(注明溶液名称、溶质质量分数)。
十二、金属与金属材料(拓展)
(一)金属物理性质共性与特性
1. 共性:常温下大多为固体(汞为液体),有金属光泽,有良好的导电性、导热性、延展性,熔点、硬度较高;
2. 特性:铜呈紫红色,金呈黄色;银的导电性最好,铜次之;钨的熔点最高,汞的熔点最低;铁能被磁铁吸引。
(二)金属化学性质
1. 金属与氧气反应:大多数金属能与氧气反应生成金属氧化物,活泼性不同,反应难易程度不同:铝易形成致密氧化膜,耐腐蚀;铁、铜在常温下缓慢氧化,金在高温下也不与氧气反应。
2. 金属与酸反应:活泼金属(氢前金属:Mg、Al、Zn、Fe)与稀盐酸、稀硫酸反应生成盐和氢气,铜、银等氢后金属不与酸反应;
3. 金属与盐溶液反应:活泼金属能把不活泼金属从其盐溶液中置换出来(金属活动性顺序:前置后,盐可溶,钾钙钠除外)。
(三)金属活动性顺序表
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
应用:判断金属与酸、盐溶液能否反应;判断金属活动性强弱;设计实验验证金属活动性。
(四)合金
合金是在金属中加热熔合某些金属或非金属,形成的具有金属特性的混合物,属于金属材料。
1. 合金特点:硬度比组成它的纯金属大,熔点比组成它的纯金属低,抗腐蚀性更强;
2. 常见合金:铁合金(生铁、钢,区别是含碳量不同,生铁含碳量2%-4.3%,钢0.03%-2%)、铜合金(黄铜、青铜)、铝合金、钛合金。
十三、化学与人体健康(拓展)
(一)六大基本营养素
人体所需的六大营养素:蛋白质、糖类、油脂、维生素、无机盐、水,其中能供能的是蛋白质、糖类、油脂,无机盐、水、维生素不供能,维持生命活动。
1. 蛋白质:构成细胞的基本物质,是机体生长及修补受损组织的主要原料,供能物质。- 来源:动物类(鱼、肉、蛋、奶)、植物类(大豆、花生、坚果);
- 酶:特殊的蛋白质,是生物催化剂,具有专一性、高效性,温度过高会失去活性。
2. 糖类:人体最主要的供能物质,为人体生命活动提供能量。- 来源:米面、土豆、红薯、甘蔗、甜菜;
- 种类:淀粉、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖,淀粉在人体内最终水解为葡萄糖,被人体吸收。
3. 油脂:重要的供能和储能物质,相同质量的油脂释放能量比糖类、蛋白质多。- 来源:动物脂肪(牛油、奶油)、植物油(花生油、豆油、菜籽油);
- 作用:提供能量、保温、保护内脏器官。
4. 维生素:调节新陈代谢、预防疾病、维持身体健康,不供能。- 来源:蔬菜、水果、动物肝脏;
- 缺乏症:缺维生素A→夜盲症、干眼症;缺维生素C→坏血病、牙龈出血;缺维生素D→佝偻病、骨质疏松。
(二)化学元素与人体健康
1. 常量元素:在人体中含量超过0.01%,如钙、磷、钾、钠、镁等。- 钙:人体含量最高的金属元素,存在于骨骼、牙齿中,缺乏导致儿童佝偻病、老年人骨质疏松;
2. 微量元素:在人体中含量低于0.01%,必需微量元素:铁、锌、硒、碘、氟。- 铁:缺乏导致缺铁性贫血;
- 锌:缺乏导致生长迟缓、发育不良、食欲不振;
- 硒:缺乏导致表皮角质化、癌症;
- 碘:缺乏导致甲状腺肿大(大脖子病),过量也会引发甲状腺疾病;
- 氟:缺乏导致龋齿,过量导致氟斑牙、氟骨病。
(三)有损健康的物质
除之前提到的有害物质外,还包括尼古丁(烟草)、毒品、霉变食品、工业用盐、工业酒精(含甲醇,失明、死亡),日常生活中需远离这些有害物质,养成健康的生活习惯。
十四、化学合成材料(拓展)
(一)有机高分子材料
分为天然有机高分子材料和合成有机高分子材料:
1. 天然有机高分子材料:棉花、羊毛、蚕丝、天然橡胶;
2. 合成有机高分子材料:塑料、合成纤维、合成橡胶,简称三大合成材料。
(二)塑料
1. 热塑性塑料:加热时熔化,冷却后变成固体,可反复加工,如聚乙烯、聚氯乙烯,可用于制作塑料袋、塑料瓶、食品包装;
2. 热固性塑料:加热固化后,不能再熔化,如酚醛塑料、脲醛塑料,用于制作炒菜锅手柄、电源插座、电器外壳。
区分聚乙烯和聚氯乙烯:点燃,无刺激性气味的是聚乙烯(可包装食品),有刺激性气味的是聚氯乙烯(不可包装食品)。
(三)合成纤维与天然纤维区分
天然纤维:棉花(植物纤维)、羊毛、蚕丝(动物纤维);合成纤维:涤纶、锦纶、腈纶。
区分方法:燃烧法,棉花燃烧有烧纸味,灰烬细软;羊毛、蚕丝燃烧有烧焦羽毛味,灰烬易碎;合成纤维燃烧有刺激性气味,灰烬坚硬结块。
十五、化学符号与微粒构成(拓展)
(一)化学符号书写与意义
1. 元素符号:表示一种元素、一个原子,金属、稀有气体、固态非金属元素符号还可表示该物质;
2. 化学式:表示物质及物质的组成、构成;
3. 离子符号:表示离子及离子所带电荷数;
4. 化合价符号:标注在元素符号正上方,正负号在前,数字在后。
化学符号周围数字的意义:
- 符号前面:表示微粒个数,如2H(2个氢原子)、2H₂O(2个水分子)、2Na⁺(2个钠离子);
- 符号右下角:表示一个分子中某原子的个数,如H₂O(1个水分子含2个氢原子);
- 符号右上角:表示离子所带电荷数,如Mg²⁺(镁离子带2个单位正电荷);
- 符号正上方:表示元素的化合价,如2+:Mg(镁元素化合价为+2价)。
(二)微粒的基本性质
1. 微粒很小:体积小、质量小;
2. 微粒在不断运动:温度越高,运动速率越快,如闻到花香、湿衣服晾干、品红扩散;
3. 微粒之间有间隔:物质三态变化、热胀冷缩、酒精与水混合体积变小,温度越高,间隔越大;
4. 同种微粒性质相同,不同微粒性质不同。
一、物质的变化与性质
1. 物理变化:无新物质生成。形状改变(玻璃破碎等)、状态改变(干冰升华、水结冰等)
2. 化学变化:有新物质生成。【催化剂能改变化学反应速率,反应前后本身质量和化学性质不变】- 常伴的现象:- 燃烧:C—白光、S—蓝紫色火焰(氧气中)、P—白烟、Fe—火星四射、Al—耀眼白光、Mg—耀眼白光、H₂—淡蓝色火焰、CO—蓝色火焰、CH₄—蓝色火焰。都放热。
- 气泡——在溶液中生成O₂、H₂、CO₂等气体;
- 沉淀——CaCO₃、Cu(OH)₂(蓝色)、(AgCl、BaSO₄)(不溶于酸)、Mg(OH)₂、BaCO₃;
- 溶液变色——含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺溶液的生成或消失;石蕊、酚酞遇酸碱溶液
3. 物理性质:色、态、味、熔点、沸点、硬度、密度、溶解性、挥发性、导电(热)性、延展性
4. 化学性质:可燃性、助燃性、稳定性、活泼性、氧化性、还原性、酸性、碱性、毒性、腐蚀性
二、物质分类
混合物(多物)、纯净物(一物)、单质(一元)、化合物(多元)、氧化物(二元必有氧)、酸(H⁺+酸根离子)、碱(金属离子+OH⁻)、盐(金属离子+酸根离子)、有机化合物(含碳)、无机化合物(不含碳以及部分含碳化合物如CO、CO₂、H₂CO₃、CaCO₃、……)
三、质量守恒定律
- 宏观:物质质量守恒【物质总质量不变】;元素质量守恒【元素质量不变】。
- 微观:原子种类、原子个数、原子质量都不变。
- 用途:根据“定律”确定化学式〖微观〗、物质质量〖宏观〗。
四、化合价
- 原则:单质中元素化合价为0。化合物中元素化合价的代数和为0。【确定化合价】
五、化学式的意义
- 物质的元素组成、类别(有机、无机);分子由哪些原子构成;简单计算——相对分子质量、分子中原子总个数、原子个数比、元素质量比、元素质量分数
六、燃烧与灭火
- ⑴可燃物;⑵氧气(空气);⑶温度达到着火点。【同时满足:燃烧】 〖缺一:灭火〗
七、环境保护
- 空气——煤、石油燃烧,工厂废气,汽车尾气排放的烟尘和有害气体(CO、SO₂、NO₂);
- 水——工业“三废”任意排放,不合理使用农药、化肥;生活污水任意排放;
- 白色污染:废弃塑料
- 温室效应——空气中CO₂等气体含量过高;酸雨——SO₂、NO₂气体溶于雨水;
八、有害物质
一氧化碳(与血红蛋白结合)、甲醛(蛋白质变性)、黄曲霉素、亚硝酸钠;汞。
九、原子相关
- ⑴核电荷数=质子数=核外电子数; ⑵相对原子质量=质子数+中子数。
十、酸性土壤
用熟石灰〖氢氧化钙:Ca(OH)₂〗改良。
十一、铁生锈
- ⑴铁⑵氧气⑶水。【全满足:生锈】〖缺一:防锈——干、净、油、漆、镀金属、合金〗
十二、硬水与软水
- 含钙、镁化合物的多少。区分:肥皂水,泡沫多是软水。硬水软化:煮沸(蒸馏)。
十三、溶解热现象
浓硫酸、生石灰、氢氧化钠(固体)遇水放热(温升)。硝酸铵(NH₄NO₃) 遇水吸热(温降)。
十四、去油污
洗涤剂——乳化〖小液滴分散于水中〗。汽油——溶解。氢氧化钠——反应。【原理不同】
十五、基本操作
- 固体——块状用镊子,粉末用药匙。【用后擦净】
- 液体——量多:倾倒〖瓶塞倒放、标签向上、口紧挨、管倾斜〗;少量:胶头滴管(垂、悬); 极少量:玻璃棒沾取。
- 托盘天平——调零、放纸〖NaOH用烧杯〗、左物右码。 〖精确到0.1g〗
- 量筒——放平、视线与液体凹液面最低处相平。【规格的选择】 〖精确到0.1mL〗
- 酒精灯——防失火〖酒精量≤2/3容积、点燃、熄灭方法、泼洒燃烧的处理〗。
- 加热——直接加热:先预热。 间接加热:垫石棉网。
- 过滤——滤纸紧贴漏斗壁,滤纸边缘低于漏斗口,液面低于滤纸边缘,烧杯口靠玻璃棒,玻璃棒末端靠三层滤纸一边,漏斗下端管口靠烧杯内壁。
- 蒸发——蒸发皿,用玻璃棒搅拌防局部温度过高造成液滴飞溅,有较多固体析出时停止加热用余热蒸干。结晶——根据溶解度受温度影响情况:影响大降温结晶,小蒸发结晶。
十六、溶液
- 特征——均一、稳定、(混合物)。溶质——固、液、气态。溶剂——水、酒精、汽油。【碘酒】
- 溶液分类:一定温度、一定量溶剂,不能继续溶解溶液中的溶质是饱和溶液,反之则不饱和。转化:饱和→不饱和——加水、升温;不饱和→饱和——加溶质、蒸发溶剂、降温。
- 溶液配制:⑴计算⑵称〖天平、药匙〗量〖量筒、滴管〗⑶溶解〖烧杯、玻璃棒〗⑷装瓶【标签】
十七、金属物性
铁锅——导热性,电线——导电性,铜丝——延(展)性,铝箔——(延)展性,……
十八、物质的用途:【性质决定用途】
- 金刚石:硬——钻头、划玻璃。石墨:软——铅笔芯、滑——润滑剂、导电——电极。
- 氧气(助燃、供呼吸,但会使食品腐败)、【空气中体积分数:21%,约占1/5体积】
- 氢气(密度小——气球、可燃——高能燃料【最理想、零污染】、还原性——冶炼金属)
- 氮气(不活泼——食品保鲜)、【空气中体积分数:78%,约占4/5体积】
- 磷(燃烧后生成固体——测空气中氧气含量【判定方法】;燃烧产生大量白烟——烟幕)、
- 稀有气体(很不活泼——食品保鲜、保护气;通电发光——霓虹灯)、【空气中体积分数:0.94%】
- 铁(导热性——铁锅;与盐酸反应——人体补铁;遇水和氧气会生锈——“双吸剂”:食品保质,制成铁合金可耐腐蚀——不锈钢,另外强度及硬度也增强。铁合金包括生铁和钢——含碳量不同)、
- 铝(地壳中含量最高的金属元素;密度小、耐腐蚀【致密氧化膜Al₂O₃】——铝合金门窗)、
- 二氧化碳(不可燃不助燃且密度比空气大——灭火;能溶于水且与水反应——汽水;干冰升华吸热——制冷、人工降雨、云雾缭绕;使石灰水浑浊;光合作用(温室气体肥料),【空气中体积分数:0.03%】
- 一氧化碳(可燃——气体燃料;还原性——冶炼金属:炼铁。毒性——与血红蛋白结合使人体缺氧)
- 氧化钙(与水反应——制氢氧化钙;与水反应——干燥剂)
- 盐酸(与金属氧化物反应——除锈;胃酸——助消化),
- 硫酸(与金属氧化物反应——除锈;浓硫酸吸水——干燥剂),
- 氢氧化钠(吸水——干燥剂;与二氧化碳反应——除二氧化碳;与油污反应——除油污),
- 氢氧化钙(石灰水——检验二氧化碳;与酸反应——改良酸性土壤;与碳酸钠反应——制氢氧化钠;农药波尔多液——与硫酸铜混合;农药石硫合剂——与硫混合),
- 氯化钠(调味、防腐、选种、融雪、医疗),
- 碳酸钙(石灰石或大理石与盐酸反应——实验室制二氧化碳;石灰石高温分解——工业制二氧化碳和生石灰;大理石——装饰;碳酸钙——补钙剂)、
- 碳酸钠(蒸馒头——除酸并使其松软;显碱性——去油污),
- 碳酸氢钠(发酵粉的主要成分;与盐酸反应——治疗胃酸过多)。
十九、化学与健康
- 蛋白质:供能。动物蛋白——鱼、蛋、肉……;植物蛋白——大豆、花生; 【酶:生物催化剂】
- 糖类:人体主要供能物质;米面——淀粉;葡萄糖——人体能直接吸收;蔗糖;
- 油脂:供能与储能。动物脂肪——牛油、奶油;植物油——菜籽油、花生油、豆油……;
- 维生素:(不供能)蔬菜、水果。缺维生素A——夜盲症、缺维生素C——坏血病;
- 无机盐:(不供能)微量元素缺乏:铁——贫血;锌——生长迟缓发育不良;硒——表皮角质化、癌症;碘——甲状腺肿大;氟——龋齿。常量元素缺乏:钙——佝偻病、骨质疏松易骨折;
- 水:(不供能)六大营养素之一。
二十、塑料
聚乙烯塑料可包装食品,它具有热塑性可加热封口;炒菜锅手柄、插头(座)用热固性塑料;
二十一、化学符号
- 元素符号:C、H、O、Mg、Fe、Cu、Hg、……【意义:表示一种元素;及该元素的一个原子】
- 化学式:C、O₂、Mg、CO₂、CaO、HCl、NaOH、NaCl、NaHCO₃、CuSO₄、FeSO₄、FeCl₂……【意义:表示一种物质;物质的组成元素;一个分子;一个分子的构成。】
- 离子符号:【注意离子符号与下面化合价的“两同两不同”】〖多个分子、原子或离子可在符号前添系数〗Fe³⁺、O²⁻、Ba²⁺、Cl⁻、H⁺、SO₄²⁻、Na⁺、CO₃²⁻、Ca²⁺、OH⁻、Ag⁺、NO₃⁻、NH₄⁺、HCO₃⁻

二十二、微粒构成物质、元素组成物质
【地壳中前四位元素:氧—O、硅—Si、铝—Al、铁—Fe】
- 分子、原子模型:——可能是CO;——可能是H₂、O₂;——CO₂;——H₂O。
- 微粒的性质:共同点:“小”、“动”、“间”。【解释现象】【分子与原子的本质区别:化变中可不可分】氨在空气中扩散、品红在水中扩散、湿衣服晾干(水的蒸发)、闻到花香等现象说明分子在不停的运动着;物质的三态变化、物体的热胀冷缩、酒精与水混合后总体积变小等现象说明分子间有间隔,且间隔大小会发生变化。
- 原子结构:原子(原子核(带 电 荷)(质子(带 电荷)中子( 带电荷)(普通氢核内 ))核外电子(带 电荷)分层排布。