化学笔记

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5.1k 词

化学笔记

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物质

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graph LR;
	substance[物质] --- pure[纯净物]
	substance --- mixture[混合物]
	pure --- compound[化合物]
	pure --- elementary[单质]
	compound --- inorganic[无机物]
	compound --- organic[有机物]
	inorganic --- acid[酸]
	inorganic --- alkali[碱]
	inorganic --- salt[盐]
	inorganic --- oxide[氧化物]
	elementary --- nobleGases[稀有气体]
	elementary --- metal[金属单质]
	elementary --- nonmetal[非金属单质]

原子构成的物质：金属单质、稀有气体、固态非金属单质、溴(\ce{Br})。

分子构成的物质：大部分非金属单质、氧化物、酸。

离子构成的物质：碱、盐。

重要表格及口诀

化合价

钾钠银氢正一价，氟氯溴碘负一价。
钙镁钡锌正二价，铝正三来氧负二。
亚铁正二铁正三，亚铜正一铜正二。
氢氧硝酸负一价，铵根却是正一价。
碳酸硫酸负二价，勿忘单质是零价。

常见金属活动性

钾钙钠镁铝 锌铁锡铅氢 铜汞银铂金

活动性强的金属会置换活动性弱的金属，如 \ce{Mg + FeSO4 -> MgSO4 + Fe}。而活动性弱的金属则无法把活动性强的金属置换出来。

溶解性表

\ce{OH-} \ce{NO3-} \ce{Cl-} \ce{SO4^2-} \ce{CO3^2-}
\ce{H+} 溶、挥 溶、挥 溶 溶、挥
\ce{NH4+} 溶、挥 溶 溶 溶 溶
\ce{K+} 溶 溶 溶 溶 溶
\ce{Na+} 溶 溶 溶 溶 溶
\ce{Ba^2+} 溶 溶 溶 不 不
\ce{Ca^2+} 微 溶 溶 微 不
\ce{Mg^2+} 不 溶 溶 溶 微
\ce{Al^3+} 不 溶 溶 溶 ——
\ce{Mn^2+} 不 溶 溶 溶 不
\ce{Zn^2+} 不 溶 溶 溶 不
\ce{Fe^2+} 不 溶 溶 溶 不
\ce{Fe^3+} 不 溶 溶 溶 ——
\ce{Cu^2+} 不 溶 溶 溶 ——
\ce{Ag+} —— 溶 不 微 不

Note: “——”表示该物质不存在或遇水就分解了。

盐的溶解性口诀

钾钠铵硝溶于水，盐酸盐除氯化银；硫酸盐除硫酸钡，碳酸盐溶钾钠铵；微溶盐类有三种，硫酸钙银碳酸镁。

注记
钾盐、钠盐、铵盐、硝酸盐均可溶。
盐酸盐除了氯化银均可溶，氯化银不溶。
硫酸盐除了硫酸钡均可溶或微溶，硫酸钡不溶。
碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵可溶。
硫酸钙、硫酸银、碳酸镁微溶。

颜色

离子 颜色
铜离子(\ce{Cu^2+}) 蓝色
亚铜离子(\ce{Cu^+}) 绿色
铁离子(\ce{Fe^3+}) 黄色
亚铁离子(\ce{Fe^2+}) 浅绿色
钠离子(\ce{Na+})、镁离子(\ce{Mg^2+})等大部分离子 无色
高锰酸根离子(\ce{MnO4-}) 紫色
不溶性碱 颜色
\ce{Mg(OH)2}、\ce{Al(OH)3}、\ce{Zn(OH)2} 白色沉淀
\ce{Fe(OH)3} 红褐色沉淀
\ce{Cu(OH)2} 蓝色絮状沉淀
金属元素 焰色
锂 紫红色
钠 黄色
钾 紫色
铷 紫色
钙 砖红色
钡 黄绿色
铜 绿色

酸

概念：电离时生成的阳离子都是氢离子的化合物

常见酸：氯化氢(\ce{HCl})、硫酸(\ce{H2SO4})、碳酸(\ce{H2CO3})、硝酸(\ce{HNO3})、醋酸(\ce{CH3COOH})。

不常见(?)酸：亚硫酸(\ce{H2SO3})、氯酸(\ce{HClO3})、次氯酸(\ce{HClO})、磷酸(\ce{H3PO4})、硅酸(\ce{H2SiO3})、原硅酸(\ce{H4SiO4})。

Note: 盐酸指氯化氢的水溶液。有时将醋酸的纯净物称为冰醋酸。

酸的通性

酸的通性 反应情况
使酸碱指示剂变色 使紫色石蕊试液变红，不能使酚酞试液变色
与碱反应 生成盐和水
与金属氧化物反应 生成盐和水
与金属反应 生成盐和氢气
与盐反应 生成新酸和新盐

强酸制弱酸：强酸与盐反应生成弱酸和新盐。

分类标准

  • 按能否完全电离分：
    • 强酸：\ce{HCl}、\ce{H2SO4}、\ce{HNO3} 等。
    • 弱酸：\ce{H2CO3}、\ce{CH3COOH}、\ce{H2SO3} 等。
  • 按电离出来的氢离子个数分：
    • 一元酸：\ce{HCl}、\ce{HNO3}、\ce{CH3COOH} 等。
    • 二元酸：\ce{H2SO4}、\ce{H2CO3} 等。
    • 三元酸：\ce{H3PO4} 等。
  • 按是否含氧元素分：
    • 含氧酸：\ce{H2SO4}、\ce{H2CO3}、\ce{HNO3}、\ce{CH3COOH} 等。
    • 无氧酸：\ce{HCl} 等。

Note: \ce{CH3COOH} 虽然有三个氢原子，但只能电离出一个 \ce{H+}，故是一元酸。

常见酸

氯化氢

化学式：\ce{HCl}。

有挥发性，打开瓶塞后能在空气中形成白雾（氯化氢分子在空气中与水蒸气接触形成盐酸液滴）。

硫酸

化学式：\ce{H2SO4}。

浓硫酸特性：

  • 强腐蚀性。
  • 吸水性（物理性质）：能直接吸收空气中的水分，故浓硫酸常用作干燥剂。
  • 脱水性：能把其他物质中的氢、氧原子按 2:12 : 1 的个数比“脱出”结合成水。
  • 溶于水会发热。

Fun Fact: 浓硫酸多以 \ce{H2SO4} 分子形式存在，接触 PH 试纸时只能体现浓硫酸的脱水性，将纤维中的 \ce{H} 和 \ce{O} 脱出并生成 \ce{C}，使试纸变黑。

碱

概念：电离时产生的阴离子只有氢氧根离子的化合物。

常见的碱：氢氧化钠(\ce{NaOH})、氢氧化钙(\ce{Ca(OH)2})、氢氧化铜(\ce{Cu(OH)2})、氢氧化铁(\ce{Fe(OH)3})、氢氧化镁(\ce{Mg(OH)2})等。

碱的性质

碱的通性 反应情况
使酸碱指示剂变色 使紫色石蕊试液变蓝，使无色酚酞试液变红
与酸反应 生成盐和水
与非金属氧化物反应 生成盐和水
与盐反应 生成新碱和新盐

常见碱

氢氧化钠

化学式：\ce{NaOH}。

别名：苛性钠、烧碱。

性质：强碱性、强腐蚀性。

Note: 纯碱是 \ce{Na2CO3}。

氢氧化钙

化学式：\ce{Ca(OH)2}。

别名：熟石灰。其溶液被称为“澄清石灰水”。

性质：强碱性、强腐蚀性。

Note: 生石灰是 \ce{CaO}。

盐

概念：金属阳离子或铵根离子与酸根离子结合的化合物。

盐的分类

  • 按阴阳离子分：
    • 按酸根离子分：盐酸盐、硫酸盐、碳酸盐等。
    • 按金属阳离子分：钠盐、铵盐、钾盐等。
  • 按是否可溶于水分：可溶性盐、难溶性盐、微溶性盐。
  • 按组成分：
    • 正盐：不会电离出氢离子，也不会电离出氢氧根离子的盐（某化某（\ce{NaCl} 等）、某酸某（\ce{NaNO3}、\ce{CuSO4}、\ce{CaCO3} 等））。
    • 酸式盐：可电离出氢离子的盐（某酸（几）氢某（\ce{NaHCO3}、\ce{Ca(HCO3)2}、\ce{NaH2PO4}））。
    • 碱式盐：电离出的阴离子除了酸根还有氢氧根离子的盐（碱式某酸某（\ce{Cu2(OH)2CO3}、\ce{MgOHCl}））。

氧化物

继续咕着。。

钠

化学式：\ce{Na}。

物理性质

银白色，有金属光泽的固体，质地柔软，密度比水小，但比煤油大。

化学性质

活泼金属。

在空气中迅速氧化：\ce{4Na + O2 -> 2Na2O}。
空气中加热：\ce{2Na + O2 ->T[加热] Na2O2}。现象：产生黄色火焰，生成淡黄色晶体。

加入滴有酚酞试液的水中：\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOh + H2 ^}。
现象：钠漂浮在水面上（密度比水小），迅速游动（产生气体推动钠球游动），发出“嘶嘶”的声音（反应剧烈），同时 \ce{Na} 化为小球（放热），溶液变红色（生成碱性的 \ce{NaOH}）。

Note1: 因为 \ce{Na} 能与水剧烈反应，且在空气中会迅速氧化，故需要保存在煤油中。
Note2: 因为 \ce{Na} 会先与水反应，故在水中不能与其他物质发生置换反应。

实验结束时要将剩余的钠放回试剂瓶。

与酸碱盐反应

钠优先与酸溶液反应，再与水反应，再与盐反应。
钠不会与碱溶液中的碱反应。

钠的化合物

钠的氧化物

名称 \ce{Na2O2} \ce{Na2O}
氧的化合价 −1-1 −2-2
颜色状态 淡黄色固体 白色固体
与水反应 \ce{2Na2O2 + 2H2O -> 4NaOH + O2 ^} \ce{Na2O + H2O -> 2NaOH}
与 \ce{CO2} 反应 \ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2} \ce{Na2O + CO2 -> Na2CO3}
类别 过氧化物 碱性氧化物
漂白性 强漂白性 无
用途 漂白剂、供氧剂 制 \ce{Na2O2} 等

钠盐

盐 \ce{Na2CO3} \ce{NaHCO3}
外观 白色粉末 细小白色晶体
滴水、振荡,将温度计插入其中 结块变成晶体，温度上升 少部分溶解，温度略有下降
继续加入 5mL5mL 水，用力振荡 振荡后可溶解 固体量有所减少
再滴入 1∼21 \sim 2 滴酚酞溶液 溶液变红（较深） 溶液微红
初步结论 加水先变成含结晶水的晶体，溶于水放热，溶液碱性较强 加水少量溶解，溶于水吸热，溶液碱性较弱
性质 \ce{Na2CO3} \ce{NaHCO3} 性质比较
水溶性 易溶 易溶 相同温度下，\ce{Na2CO3} 溶解性更强。
溶液酸碱性 碱性 碱性 相同温度相同浓度情况下，\ce{Na2CO3} 碱性更强。
热稳定性 稳定 不稳定 \ce{2NaHCO3 ->T[加热] Na2CO3 + H2O + CO2 ^}
能否与酸反应 能 能 放出 \ce{CO2} 气体，但 \ce{NaHCO3} 反应更剧烈
能否与澄清石灰水反应 能 能 都生成白色沉淀
能否与氯化钙溶液反应 能 否

氧化还原反应

概念：元素化合价改变的反应。

其中，所含元素化合价升高的物质发生的反应为氧化反应，所含元素化合价降低的物质发生的反应为还原反应。

化合价改变的实质

从微观角度分析，化合价改变要么是发生了电子的得失，要么是发生了电子对的偏移。

举例说明：

\ce{Na} 与 \ce{Cl2} 的反应

反应时 \ce{Na} 原子失去一个电子，\ce{Cl} 原子得到一个电子，这样双方最外层电子都达到了稳定结构。

反应中 \ce{Na} 化合价升高，\ce{Na} 被氧化；\ce{Cl} 化合价降低，\ce{Cl2} 被还原。

\ce{H2} 和 \ce{Cl2} 的反应

反应时，\ce{H} 与 \ce{Cl} 都需要获得一个电子才能形成稳定结构。但反应时没有发生电子对的得失，而是双方最外层电子都取一个电子形成共用电子对。同时由于 \ce{Cl} 原子相对于 \ce{H} 原子对于共用电子对的吸引力稍强，所以共用电子对更偏向于 \ce{Cl} 离子。

反应中 \ce{H} 化合价升高，\ce{H2} 被氧化；\ce{Cl} 化合价降低，\ce{Cl2} 被还原。

故微观角度下，失去电子的元素化合价升高，物质被氧化；得到电子的元素化合价降低，物质被还原。

反应中失去电子的物质被称为还原剂，得到电子的物质被称为氧化剂。

电子从还原剂转化到氧化剂。

氧化性和还原性

氧化性是物质得电子的能力，还原性是物质失电子的能力。

处于高价态的物质一般具有氧化性，处于低价态的物质一般具有还原性。处于中间价态的物质一般兼具氧化性和还原性。

判断氧化性和还原性强弱：

  • 在氧化还原反应中，氧化性：氧化剂 >> 氧化产物，还原性：还原剂 >> 还原产物。
  • 金属单质活动性越强还原性越强，金属氧离子活动性越弱氧化性越强。
\ce{K} \ce{Ca} \ce{Na} \ce{Mg} \ce{Al} \ce{Zn} \ce{Fe} \ce{Sn} \ce{Pb} (\ce{H}) \ce{Cu} \ce{Hg} \ce{Ag} \ce{Pt} \ce{Au}
\ce{K+} \ce{Ca+} \ce{Na+} \ce{Mg^2+} \ce{Al^3+} \ce{Zn^2+} \ce{Fe^2+} \ce{Sn^2+} \ce{Pb^2+} (\ce{H+}) \ce{Cu^2+} (\ce{Fe^3+}) \ce{Hg^2+} \ce{Ag+}

关系

还原剂发生氧化反应，氧化剂发生还原反应。

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graph LR;
    reactant[反应物] --- reductant[还原剂]
    reactant --- oxidant[氧化剂]
    reductant --- 化合价升高
    reductant --发生--> 氧化反应 --> 被氧化 --生成--> 氧化产物 --- product[生成物]
    reductant --- 失去电子
    oxidant --- 化合价降低
    oxidant --发生--> 还原反应 --> 被还原 --生成--> 还原产物 --- product
    oxidant --- 得到电子

置换反应一定是氧化还原反应，分解反应和化合反应可能是氧化还原反应，复分解反应不可能是氧化还原反应。

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