高中化学游记(一)
化学常见沉淀物
1.氢氧化铜 \(\text{Cu(OH)}_2\):氢氧化铜是一种蓝色沉淀,难溶于水,但能溶于氨水和稀硫酸。
2.氢氧化铁 \(\text{Fe(OH)}_3\):氢氧化铁是一种红棕色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
3.氢氧化镁 \(\text{Mg(OH)}_2\):氢氧化镁是一种白色沉淀,难溶于水,能溶于酸。
4.氢氧化铝 \(\text{Al(OH)}_3\):氢氧化铝是一种白色沉淀,难溶于水,能溶于酸和碱。
5.氯化银 \(\text{AgCl}\):氯化银是一种白色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。
6.硫酸钡 \(\text{BaSO}_4\):硫酸钡是一种白色沉淀,难溶于水,不溶于酸。
7.碳酸钙 \(\text{CaCO}_3\):碳酸钙是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
8.碳酸镁 \(\text{MgCO}_3\):碳酸镁是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
9.碳酸铜 \(\text{CuCO}_3\):碳酸铜是一种蓝色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
10.碳酸锌 \(\text{ZnCO}_3\):碳酸锌是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
11.碳酸银 \(\text{Ag}_2\text{CO}_3\):碳酸银是一种白色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
12.溴化银 \(\text{AgBr}\):溴化银是一种淡黄色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。
13.碘化银 \(\text{AgI}\):碘化银是一种黄色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。
14.磷酸银 \(\text{Ag}_3\text{PO}_4\):磷酸银是一种淡黄色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。
15.亚硫酸银 \(\text{Ag}_2\text{SO}_3\):亚硫酸银是一种白色沉淀,难溶于水,是高中化学中常见的沉淀物质之一。
16.硫酸铅 \(\text{PbSO}_4\):硫酸铅是一种白色沉淀,难溶于水,不溶于酸。
17.氢氧化锰 \(\text{Mn(OH)}_2\):氢氧化锰是一种绿色沉淀,难溶于水,但能溶于酸。
18.氢氧化银 \(\text{AgOH}\):氢氧化银是一种白色沉淀。
Day 1
觉得 OI 出不了头,遂来学化学。
没找到鲁科版的,找到了人教版。
物质的分类
总所周知,物质分为纯净物和混合物。混合物由多种成分组成,性质不固定,含量发生变化,性质随即变化。
纯净物按照元素组成分成单质和化合物。单质只含一种元素,性质比较好研究。由同一种元素组成的几种性质不同的单质,叫做这种元素的同素异形体。而化合物含多种元素,性质复杂,不好研究。
单质中分为金属单质、非金属单质和稀有气体单质(占空气体积 \(94\%\),基本上不参与化学反应)。这三类单质的性质和得失电子能力有关,稀有气体单质得失电子能力非常弱,性质稳定,金属单质易失电子,非金属单质易得电子。
化合物中有一大类为有机化合物,都含碳元素,最早由动植物身上获取,性质相似,可作为燃料提供能量。另外一大类是无机化合物。无机化合物大都可以分到这四类当中:氧化物、酸、碱、盐。
氧化物可以再分为酸性氧化物和碱性氧化物。酸、碱性氧化物中物质的性质相似。酸性氧化物可以与碱反应生成盐和水。碱性氧化物可以与酸反应生成盐和水。大多数非金属氧化物属于酸性氧化物,大多数金属氧化物属于碱性氧化物。
盐类物质由阳离子和阴离子组成。含有的阳离子或阴离子相同,性质相似。
这一类分物质的方法称为树状分类法(根据物质的组成和性质分类的)。
分散系、胶体
胶体和溶液都是一些微粒溶在其他物质中得到的混合物。化学上把胶体和溶液都归为分散系。
分散系的定义:把一些微粒分散到另一种物质中形成的混合物。
类比溶液中的溶质和溶剂,胶体中也分为了分散质和分散剂(溶质和溶剂也属于分散质和分散系)。胶体与溶液的不同之处就在于它们分散质粒子的直径大小不同。其中,分散质粒子直径小于 \(1\text{nm}\) 的称为溶液,直径介于 \(1\text{nm}\) 到 \(100\text{nm}\) 之间的就是胶体。而直径大于 \(100\text{nm}\),我们一般称作浊液。
由上可得胶体的定义:分散质粒子的直径为 \(1\text{~}100\text{nm}\) 的分散系。
将一束光照进一杯溶液和一杯胶体中,溶液不会显示出光路,而胶体会。因为胶体中分散质粒子的直径较大,光线射进来时,一部分光直接透过胶体中的分散剂穿过,而另外一部分会被分散质挡住,发生散射,散射过程中光线进入眼睛,所以胶体中会显示出光路。
胶体中显示光路的现象最早由英国科学家丁达尔发现,所以这也被称为丁达尔效应。这也是常用的区分溶液和胶体的方法。
事实上,胶体并不是都是固体。根据分散剂状态的不同,胶体可以分为气溶胶(比如清晨森林中的空气或云雾和阳光的光路,都是小水滴或者小灰尘作为分散质,分散在了空气中)、液溶胶和固溶胶(比如有色玻璃,可以看作是有色物质分散在了玻璃中)。
Day 2
胶体的制备实验
以制备 \(\text{Fe(OH)}_3\) 为例。
实验室中的 \(\text{Fe(OH)}_3\) 固体的直径大于 \(\text{100nm}\),所以将 \(\text{Fe(OH)}_3\) 粉末溶在水里得不到 \(\text{Fe(OH)}_3\) 胶体。而如果用 \(\text{FeCl}_3\) 与 \(\text{NaOH}\) 溶液反应生成的 \(\text{Fe(OH)}_3\) 固体是直径大于 \(100\text{nm}\) 的沉淀,因为 \(\text{NaOH}\) 溶液中的 \(\text{OH}^-\) 浓度较大,和 \(\text{Fe}^{3+}\) 结合生成的固体会大量聚集在一起,形成沉淀。
因此,想要制取 \(\text{Fe(OH)}_3\) 胶体,需要取用 \(\text{OH}^-\) 浓度较小的液体。我们可以选择水。因为水可以发生如下反应:
同时,进行加热,让上述反应更剧烈,获得足够多的 \(\text{OH}^-\) 与 \(\text{Fe}^{3+}\) 反应生成直径符合要求的 \(\text{Fe(OH)}_3\) 微粒。
可得实验原理:利用沸水和 \(\text{FeCl}_3\) 溶液反应,得到 \(\text{Fe(OH)}_3\) 胶体。注意,这里的 \(\text{FeCl}_3\) 溶液一般用饱和溶液,可以使实验效果更明显。
可以得到如下方程式:
电解质
以 \(\text{NaCl}\) 为例,首先探究其导电性。
经过实验发现,\(\text{NaCl}\) 溶液导电,而 \(\text{NaCl}\) 固体不导电。显然,一种物质可以导电,那其物质内具有自由移动的带电粒子。所以这可以证明在 \(\text{NaCl}\) 固体内的 \(\text{Na}^+\) 和 \(\text{Cl}^-\) 是不能自由移动的。其原理是因为氯离子和钠离子分别带负电和正电,异性电荷相吸,使得 \(\text{NaCl}\) 固体中的离子被吸在了一起。
得出结论:在水的作用下,氯离子和钠离子之间的吸引力被破坏了,具有了自由移动的能力。
事实上,不止是水,在高温的条件下,即将 \(\text{NaCl}\) 固体烧至熔融状态下(将固体熔化成液体),钠离子和氯离子也能自由移动,具有导电性。
电解质的定义:在水溶液里或者熔融状态下能够导电的化合物。
非电解质的定义:在水溶液里和熔融状态都不导电的化合物。
电离:电解质溶于水或受热熔化时,形成了自由移动的阴阳离子。
事实上,所有的酸碱盐类物质和一些活泼金属的氧化物(如 \(\text{CaO}\)、\(\text{K}_2\text{O}\)、\(\text{Na}_2\text{O}\))也是电解质。同时,水也是一种电解质。(盐酸是一种氯化氢溶于水的混合物,不是电解质;而硫酸通常指的是纯净的硫酸液体,所以硫酸是电解质,但浓硫酸、稀硫酸并不是电解质)
从电离角度认识酸碱盐
酸:电离时生成的阳离子全部都是 \(\text{H}^+\) 的化合物。正是氢离子体现了酸的本质特征。而酸电离时生成的阴离子叫做酸根离子。比如:
值得一提的是:
其中,电离出的阳离子有 \(\text{Na}^+\) 和 \(\text{H}^+\),并不全是氢离子,所以 \(\text{NaHSO}_4\) 不是酸。
碱:电离时生成的阴离子全部都是 \(\text{OH}^-\) 的化合物。正是氢氧根离子体现了碱的本质特征。比如:
盐:电离时生成金属阳离子或铵根离子和酸根离子的化合物。比如:
上述式子叫做电离方程式。
酸碱的强弱
我们知道,要检测一种溶液是酸性还是碱性,我们可以用 ph 试纸进行检测。而溶液的酸碱度小于 \(7\),那其为酸性,而溶液的酸碱度大于 \(7\),那其为碱性。这种溶液的酸碱度越小,其酸性越强。这种溶液的酸碱度越大,其碱性越强。
事实上,ph 衡量的就是溶液中的氢离子浓度,而溶液酸性的强弱,看的是其 \(\text{H}^+\) 的浓度大小。而溶液碱性的强弱,看的是其 \(\text{OH}^-\) 的浓度大小。
在化学上,溶液的酸碱性和酸或碱的酸碱性的讨论标准是不一样的。酸碱的强弱是看它们在水中电离出氢离子或氢氧根离子的能力。
对于酸来说,它在水中电离出 \(\text{H}^+\) 的能力越强,它的酸性就越强。同样地,对于碱来说,它在水中电离出 \(\text{OH}^-\) 的能力越强,它的碱性就越强。
对于比较酸或碱的电离能力,要看在相同条件下,谁发生电离的分子比例更高,谁的电离能力就越强。如下:
事实上,酸的电离能力与其酸根离子的束缚能力有关,比如碳酸根对氢离子的束缚能力比较强,碳酸的电离过程就是先电离出一个氢离子形成碳酸氢根离子,再从碳酸氢根离子中电离出一个氢离子形成碳酸根离子。因为碳酸根的束缚能力比较强,所以我们可以知道:
而硫酸根离子对氢离子的束缚能力比较弱,所以我们可以知道:
因此,有些酸在溶液中可以全部电离,而有些酸在溶液中只能部分电离。因此以这个为标准,我们划定了强酸(比如 \(\text{HCl}\)、\(\text{H}_2\text{SO}_4\) 和 \(\text{HNO}_3\))与弱酸(比如 \(\text{H}_2\text{CO}_3\) 和 \(\text{CH}_3\text{COOH}\))。
而碱的碱性同理。也可以将其划分为强碱(比如 \(\text{NaOH}\)、\(\text{Ca(OH)}_2\)、\(\text{KOH}\) 和 \(\text{Ba(OH)}_2\))和弱碱(比如 \(\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}\)(一水合氨)、\(\text{Cu(OH)}_2\) 和 \(\text{Mg(OH)}_2\))。
顺便提一下一水合氨的电解方程式:
离子反应及离子方程式
离子反应:电解质在溶液里反应的本质。比如说如下反应:
这个反应的本质就是:
为什么呢?因为 \(\text{NaCl}\) 在水中会电离,而 \(\text{BaSO}_4\) 并不会。
离子方程式:用实际参加反应的离子符号来表示的式子。离子方程式需要满足原子守恒和电荷守恒。
书写离子方程式的步骤:
-
写出原化学方程式
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将完全电离(即强酸强碱和可溶性盐)的拆成离子
-
删去两边重复的离子。
-
检查原子守恒和电子守恒。
根据上述步骤,我们可以写出酸碱中和反应的实质:
离子反应发生的条件
离子反应发生的条件:离子之间可以结合生成难变成离子的物质,使得溶液中这些离子的数目发生变化,就能发生离子反应。其中“难变成水的物质”主要就是沉淀、气体和水。例如:
复分解反应与离子反应之间的关系:复分解反应是离子反应的子集,而离子反应还包括某些置换反应 和一些其他反应,比如以下这个:
Day 3
氧化还原反应
氧化还原反应:有元素化合价变化的反应。
氧化还原反应的实质:电子的转移(得电子化合价降低,失电子化合价升高)。
所以,以下几个反应都是氧化还原反应:
其中,\(\text{Fe}\) 化合价升高,失去电子,被氧化,发生氧化反应。\(\text{Cu}\) 化合价降低,得到电子,被还原,发生还原反应。
结论:升失氧,降得还。
氧化剂与还原剂
氧化剂:所含元素的化合价降低,即得电子的物质(具有氧化性)。
还原剂:所含元素的化合价升高,即失电子的物质(具有还原性)。
在一个氧化还原反应中,氧化剂的氧化性始终强于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性始终强于还原产物的还原性。
所以一个化学反应中,发生氧化反应的是还原剂,发生还原反应的是氧化剂。
事实上,氧化剂和还原剂可能是同一种,比如:
其中,\(\text{Cl}_2\) 中的氯元素的化合价既有升高又有降低,所以 \(\text{Cl}_2\) 既是氧化剂也是还原剂。
所以,一个氧化还原反应应当是这样的:
其中,氧化剂得到电子,化合价降低,发生还原反应,生成还原产物;还原剂失去电子,化合价升高,发生氧化反应,生成氧化产物。
氧化还原反应中的守恒
在氧化还原反应中,氧化剂得电子的总数=还原剂失电子的总数,这叫做氧化还原反应中的得失电子守恒。
\(\text{得/失电子数}=\text{有几个原子得/失电子}\times\text{每个原子得/失几个电子}\)
双线桥法:用两条线桥连接氧化剂和还原产物、还原剂和氧化产物,标上化合价变化、得失电子数以及什么反应。

单线桥法:用一条线桥链接氧化剂和还原剂,箭头从还原剂标向氧化剂,标上得失电子数。

钠单质的性质
钠是一种银白色固体,具有金属光泽,硬度较小,密度比煤油大,比水小。
钠在常温下会与空气中的氧气发生如下反应:
氧化钠是一种白色固体,覆盖在钠的表面能遮去钠表面的光泽。钠放在空气中很快就能被氧气氧化,说明钠的化学性质非常活泼,具有较强的还原性。因此,一般把钠浸泡在煤油中保存。
在加热的条件下,钠还能与氧气发生反应生成淡黄色的过氧化钠:
值得一提的是,事实上在过氧化物中氧元素的化合价是 \(-1\) 价。
钠单质和水的反应
钠和水会产生剧烈的反应。其反应方程式如下:
用红外热像仪可以检测出反应时钠即周围的水温度升高。
总结出钠与水反应的现象:钠浮在水面上,熔成一个小球,在水上游动,发出嘶嘶的响声,滴加了酚酞试液的溶液变红(浮熔游响红)。这几个现象分别可以体现出反应放热,钠熔点较低,产生了气体(\(\text{H}_2\)),有生成物呈碱性(\(\text{NaOH}\))。
使用钠的注意事项:
-
取用的时候要用镊子,因为钠会与手上的汗发生反应,生成的 \(\text{NaOH}\) 会腐蚀皮肤。
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如果实验过程中着火,要用干燥的沙土来灭火,不能用水,因为钠与水反应产生氢气,会引起爆炸。
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试验结束以后应该把剩余的钠放回原瓶,因为废液缸中也可能含有水。
钠的氧化物
氧化钠(\(\text{Na}_2\text{O}\))是一种白色固体,而过氧化钠(\(\text{Na}_2\text{O}_2\))是一种淡黄色固体。
我们可以写出氧化钠和过氧化钠的电解方程式:
我们注意到,氧化钠是由钠离子和氧离子构成的,而过氧化钠是由钠离子和过氧根离子(\(\text{O}^{2-}_2\))构成的(下图即为过氧根离子)。

\(\text{Na}_2\text{O}\) 与 \(\text{CaO}\) 的化学性质类似,有如下反应:
向装有 \(\text{Na}_2\text{O}_2\) 的试管中滴加水,产生大量的气泡,可以使带火星的木条复燃。用玻璃棒蘸取反应后的溶液,滴在 ph 试纸上测定酸碱性,得出溶液显碱性。所以:
用棉花包裹住 \(\text{Na}_2\text{O}_2\) 固体,吹入二氧化碳气体,发现棉花很快剧烈燃烧起来。所以:
因为 \(\text{Na}_2\text{O}_2\) 可以吸收二氧化碳和水,转化成呼吸所用的氧气,所以 \(\text{Na}_2\text{O}_2\) 还可以作为潜艇和防毒面具的供氧剂。
碳酸钠和碳酸氢钠的性质
碳酸钠和碳酸氢钠都是白色固体,每 \(100\text{g}\) 水中可以溶解 \(21.5\text{g}\) 的碳酸钠,可以溶解 \(9.6\text{g}\) 的碳酸氢钠。因此碳酸钠易溶,而碳酸氢钠可溶。
碳酸钠的水溶液碱性较强,而碳酸氢钠的水溶液碱性较弱。分解油污需要一个较强的碱性环境,因此碳酸钠可以用来去油污,而碳酸氢钠不能。
加热 \(\text{NaHCO}_3\),可以生成使澄清石灰水变浑浊的气体。反应方程式如下:
因为碳酸氢钠的热稳定性差,加热时产生气体,所以可被用作膨化剂。
碳酸钠、碳酸氢钠的转化
我们知道,\(\text{Na}_2\text{CO}_3\) 和 \(\text{NaHCO}_3\) 都可以和盐酸反应:
实验发现,将盐酸滴入 \(\text{NaHCO}_3\) 中,溶液会立即产生气泡,而将盐酸滴入 \(\text{Na}_2\text{CO}_3\),需要过一段时间才会产生气泡。事实上,将盐酸滴入 \(\text{Na}_2\text{CO}_3\) 中需要经过两步反应:
将这两步反应写成离子方程式:
反过来,若将 \(\text{H}_2\text{CO}_3\) 转化为 \(\text{Na}_2\text{CO}_3\),写出反应方程式:
可以表示为:
事实上,它也分两步:
我们把负离子不含氢离子的盐称为正盐,负离子含氢离子的盐称为酸性盐。所以碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸之间的转化就是正盐、酸性盐和酸之间的转化。

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