高一化学必修一第一章：物质及其变化

一、物质的量

1. 基本概念

• 物质的量（n）：衡量微观粒子集体的物理量，单位mol
• 阿伏加德罗常数（Nₐ）：≈6.02×10²³ mol⁻¹，1mol粒子的数目
• 摩尔质量（M）：单位物质的量的物质质量，单位g/mol，数值=相对原子/分子质量
• 气体摩尔体积（Vₘ）：单位物质的量气体体积，单位L/mol，标况（0℃、101kPa）下≈22.4L/mol
• 物质的量浓度（c_B）：单位体积溶液中溶质B的物质的量，单位mol/L

2. 核心计算公式

• n = N / Nₐ（粒子数与物质的量关系）
• n = m / M（质量与物质的量关系）
• n = V / Vₘ（气体体积与物质的量关系，标况下适用）
• c_B = n_B / V（物质的量浓度与溶质物质的量、溶液体积关系）

二、物质的分类及转化

1. 分类方法

• 单一分类法：一种标准归类（如按状态分固体/液体/气体）
• 交叉分类法：多种单一分类法结合（如Na₂CO₃既属钠盐也属碳酸盐）
• 树状分类法：同类事物按属性分层，呈树状（如物质→纯净物/混合物，纯净物→单质/化合物）

2. 物质分类依据与类别性质

• 分类依据：按物质组成和性质
  • 化合物：电解质/非电解质（水溶液/熔融态能否导电）
  • 反应物：氧化剂/还原剂（氧化还原反应中得失电子）
• 类别与性质：类别决定性质（如酸能与碱反应，金属能与酸反应）

3. 分散系

• 定义与组成：分散质（被分散物质）+ 分散剂（分散其他物质的物质）
• 分类
  • 按分散质/分散剂状态：9种组合（如气液→汽水，固液→溶液）
  • 按分散质粒子直径：溶液（<1nm）、胶体（1-100nm）、浊液（>100nm）
• 胶体特性与制备
  • 特性：介稳性、丁达尔效应、布朗运动、电泳、聚沉（加热/加电解质/加异性电荷胶体）
  • 制备（Fe(OH)₃胶体）：沸水中滴加FeCl₃饱和溶液，煮沸至红褐色

三、常见物质的分离、提纯和鉴别

1. 分离与提纯方法

• 物理方法：蒸发（固液分离，如从NaCl溶液得晶体）、结晶（溶解度差异，如KNO₃提纯）、过滤（固液分离，如除泥沙）、萃取（溶质在不同溶剂中溶解度差异，如用CCl₄萃取碘水）、分液（互不相溶液体，如油和水）、蒸馏（沸点差异，如制蒸馏水）、渗析（分离胶体与溶液，如提纯胶体）、洗气（除气体杂质，如用NaOH除CO₂中的HCl）
• 化学方法：生成沉淀法（如除NaCl中Ba²+加Na₂SO₄）、生成气体法（如除Na₂SO₄中CO₃²-加H₂SO₄）、氧化还原法（如除FeCl₂中Fe³+加Fe粉）

2. 物质鉴别

• 鉴别依据：物质特殊性质、特征反应
• 观察现象：颜色变化（如Fe³+遇KSCN变红）、沉淀生成/溶解（如Ag+遇Cl-生成不溶于硝酸的沉淀）、气体产生/气味（如NH₃有刺激性气味，能使湿润红色石蕊试纸变蓝）、火焰颜色（如H₂燃烧淡蓝色，Na元素焰色黄）

四、氧化还原反应

1. 基本概念与本质

• 核心特征：反应前后元素化合价变化（判断依据）
• 本质：电子转移（得失或偏移）
• 相关术语
  • 氧化剂：化合价降低、得电子（如Cl₂在2Na+Cl₂=2NaCl中）
  • 还原剂：化合价升高、失电子（如Na在2Na+Cl₂=2NaCl中）
  • 氧化产物：还原剂被氧化生成的物质（如NaCl中的Na+）
  • 还原产物：氧化剂被还原生成的物质（如NaCl中的Cl-）
  • 氧化反应：元素化合价升高的过程（如Na→Na+）
  • 还原反应：元素化合价降低的过程（如Cl₂→Cl-）

2. 表示方法

• 双线桥法：连接同一元素（反应物→生成物），标“得/失电子数”，得失电子总数相等（如Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂，Fe得3×2e⁻，C失2×3e⁻）
• 单线桥法：连接失电子元素→得电子元素，标转移电子总数（不写“得/失”，如Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，标2e⁻）

3. 反应规律

• 价态律：最高价态（如Fe³+、S⁺⁶）只显氧化性；最低价态（如S²⁻、I⁻）只显还原性；中间价态（如Fe²+、S⁺⁴）既显氧化性又显还原性
• 强弱律：氧化性：氧化剂>氧化产物（如Cl₂+2Fe²+=2Fe³++2Cl⁻，Cl₂>Fe³+）；还原性：还原剂>还原产物（如Zn+Cu²+=Zn²++Cu，Zn>Cu）
• 优先律：多种氧化剂/还原剂共存时，氧化性强的先与还原性强的反应（如Fe³+、Cu²+混合液加Fe粉，Fe³+先反应）
• 转化律：同种元素不同价态反应，化合价“只靠拢，不交叉”（如3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，N从+4→+5和+2，不交叉）

4. 配平方法

• 化合价升降法（核心）：①标变价元素化合价；②算化合价变化（升/降价数）；③求最小公倍数，定氧化剂/还原剂及产物系数；④配平其他物质（如2KMnO₄+16HCl=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O）
• 离子-电子法（选学）：拆分氧化/还原半反应，配平半反应后合并

5. 应用实例

• 工业冶炼：铝热反应（2Al+Fe₂O₃=Al₂O₃+2Fe，Al作还原剂）、高炉炼铁（Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂，CO作还原剂）
• 实验室制备：制Cl₂（MnO₂+4HCl(浓)=MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，MnO₂是氧化剂，HCl部分作还原剂）
• 生活与环境：金属腐蚀（铁生锈：4Fe+3O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃）、自来水消毒（Cl₂溶于水生成HClO，强氧化剂）