高中化学知识框架·必修第一册（人教版 2019 版）

绪言 化学科学与人类文明　初中化学从「生成了新物质」入门，高中从「怎么研究」入门。绪言给出的是这门课的方法论，而不是又一批物质。

化学科学的研究对象与方法　化学科学：在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及应用的一门基础学科。　宏观辨识：从看得见的现象、状态与实验事实入手：颜色、气味、沉淀、气泡、温度的变化。　微观探析：用原子、离子、电子的行为解释宏观现象。高中化学与初中最大的差别就在这一层。　符号表征：用化学式、离子方程式、电子式把前两层写下来。写法本身承载信息，写错就是说错。　学科核心素养：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学态度与社会责任。

第一章 物质及其变化　初中按组成把物质分成单质、氧化物、酸碱盐，反应分成四种基本类型。本章换两把新工具重新分类：看有没有离子参加，看有没有电子转移。

第一节 物质的分类及转化　树状分类法：按同一标准逐级往下分：纯净物先分单质与化合物，化合物再分氧化物、酸、碱、盐。　交叉分类法：按多个标准同时分：碳酸钠既属于钠盐，也属于碳酸盐。同一物质可落在几类里。　分散系：一种或多种物质分散到另一种物质中形成的体系。按分散质粒子直径分为溶液、胶体、浊液。　胶体：分散质粒子直径在 1～100 nm 之间的分散系。它与另外两类的分界只有粒子大小这一条。　丁达尔效应：光通过胶体时出现一条光亮的通路。这是区分胶体与溶液的常用方法，属于物理方法。　氢氧化铁胶体的制备：向沸水中滴加饱和氯化铁溶液，加热至红褐色即停止。不能长时间加热，否则会生成沉淀。　四种基本反应类型：化合、分解、置换、复分解。这套分类装不下所有反应，所以本章要引入另外两把尺。　FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃(胶体) + 3HCl（制氢氧化铁胶体）　适用：向沸水中滴加饱和氯化铁溶液，见红褐色即停止加热　Na₂O + H₂O = 2NaOH（碱性氧化物与水）　适用：金属氧化物中只有对应可溶碱的那几种能与水直接反应　CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O（酸性氧化物与碱）　适用：二氧化碳过量时沉淀会溶解生成碳酸氢钙

第二节 离子反应　电解质：在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物，如酸、碱、盐。判断的对象只能是化合物。　非电解质：两种条件下都不导电的化合物，如蔗糖、乙醇。单质和混合物既不是电解质也不是非电解质。　电离：电解质溶于水或受热熔化时离解成自由移动离子的过程。电离不需要通电。　强电解质与弱电解质：在水中完全电离的是强电解质，部分电离的是弱电解质。写方程式时前者用等号，后者用可逆号。　离子反应：有离子参加或生成的反应。发生的条件是生成沉淀、气体或弱电解质，使某种离子的浓度减小。　离子方程式：用实际参加反应的离子符号表示反应的式子。它表示的是一类反应，不只是一个。　书写四步：写、拆、删、查。拆是关键：强酸强碱可溶盐拆成离子，其余一律写化学式。　离子共存：能相互结合生成沉淀、气体或弱电解质的离子不能大量共存。附加条件常藏在「无色」「酸性」这些词里。　H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄²⁻（强酸的电离）　适用：在水溶液中完全电离，用等号。硫酸是二元强酸，电离出两个氢离子　Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓（硫酸根的检验）　适用：先加稀盐酸酸化排除碳酸根、亚硫酸根，再滴氯化钡　CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑（难溶盐与强酸）　适用：碳酸钙难溶，必须写化学式；写成碳酸根离子就是错的　H⁺ + OH⁻ = H₂O（强酸强碱中和）　适用：只适用于强酸与强碱且生成可溶盐；弱酸弱碱要写化学式

第三节 氧化还原反应　氧化还原反应：有元素化合价升降的反应。本质是电子的转移，特征是化合价的变化。　氧化剂与还原剂：得电子、化合价降低的是氧化剂；失电子、化合价升高的是还原剂。氧化剂被还原，还原剂被氧化。　氧化产物与还原产物：还原剂被氧化后的产物是氧化产物，氧化剂被还原后的产物是还原产物。判断先看化合价往哪走。　双线桥：从反应物指向生成物的同种元素，标明得失电子的数目。两条线不能交叉，起止都要落在元素上。　守恒关系：得电子总数等于失电子总数。配平与计算都以这一条为依据，不必逐个试系数。　常见氧化剂与还原剂：常见氧化剂有氧气、氯气、浓硫酸、高锰酸钾、三价铁；常见还原剂有活泼金属、碳、一氧化碳、二价铁。　价态规律：元素处于最高价只有氧化性，最低价只有还原性，中间价态两者兼有。　2Na + Cl₂ = 2NaCl（化合反应也是氧化还原）　适用：点燃条件下发生。钠失电子化合价升高，氯得电子化合价降低　Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu（置换反应必是氧化还原）　适用：常温进行。有单质参加且有单质生成的置换反应，一定有化合价变化　MnO₂ + 4HCl(浓) = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O（实验室制氯气）　适用：需要加热且必须是浓盐酸。稀盐酸不反应，这是这条方程式的关键限制　Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O（同种元素的歧化）　适用：常温进行。氯的化合价一半升高一半降低，氧化剂与还原剂是同一种物质

第二章 海水中的重要元素——钠和氯　本章第一次按元素成章：钠代表活泼金属，氯代表活泼非金属。第三节插入的「物质的量」是把定性观察改写成定量计算的那把钥匙。

第一节 钠及其化合物　钠的物理性质：银白色金属，质软可用小刀切开，密度比水小、比煤油大，熔点低于 100 ℃。保存在煤油中。　钠与水反应：浮、熔、游、响、红五个现象，对应密度小、熔点低、放出气体推动、反应剧烈、生成碱。　钠与盐溶液：钠先与水反应生成氢氧化钠，再由碱与盐反应。它不会把溶液中的金属直接置换出来。　两种钠的氧化物：氧化钠是白色的碱性氧化物；过氧化钠是淡黄色固体，其中氧为 -1 价，与水和二氧化碳反应都放出氧气。　过氧化钠的用途：在呼吸面具与潜水艇中作供氧剂：吸收人呼出的二氧化碳与水蒸气，同时放出氧气。　碳酸钠与碳酸氢钠：都易溶，碳酸钠溶液碱性更强；碳酸氢钠受热易分解，与酸反应更剧烈。　焰色试验：某些金属元素灼烧时使火焰呈特殊颜色。钠为黄色，钾透过蓝色钴玻璃观察呈紫色。　4Na + O₂ = 2Na₂O（钠在常温下氧化）　适用：常温切开后表面变暗，生成白色的氧化钠　2Na + O₂ = Na₂O₂（钠在空气中燃烧）　适用：加热或点燃条件下发生。火焰呈黄色，产物是淡黄色的过氧化钠　2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑（钠与水）　适用：常温剧烈进行。钠必须用镊子夹取、用滤纸吸干煤油，切下的黄豆大小一块　2Na₂O₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂↑（过氧化钠与水）　适用：常温进行。既是氧化剂又是还原剂，氧化剂与还原剂都是过氧化钠　2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂（过氧化钠与二氧化碳）　适用：常温进行。呼吸面具正是靠这一条把二氧化碳换成氧气　2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑（碳酸氢钠受热分解）　适用：加热即分解。除去碳酸钠中的碳酸氢钠用加热法，反过来则不行　NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O（碳酸氢钠与碱）　适用：溶液中进行。碳酸钠与氢氧化钠不反应，这是除杂时的选择依据

第二节 氯及其化合物　氯气的物理性质：黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，能溶于水。闻气味用手轻扇。　氯气与金属：与铁、铜等反应生成高价氯化物。铁在氯气中燃烧生成氯化铁，不是氯化亚铁。　氯气与水：部分与水反应生成盐酸和次氯酸，属于可逆反应。氯水中既有分子也有离子。　次氯酸：弱酸，有强氧化性，见光分解。真正起漂白与杀菌作用的是它，不是氯气本身。　漂白粉：氯气与石灰乳反应制得，有效成分是次氯酸钙。使用时靠空气中的二氧化碳把它转化为次氯酸。　实验室制氯气：二氧化锰与浓盐酸共热，依次经饱和食盐水除氯化氢、浓硫酸干燥，向上排空气法收集，尾气用碱液吸收。　氯离子的检验：取样加稀硝酸酸化后滴加硝酸银溶液，生成白色沉淀即含氯离子。酸化是为排除碳酸根的干扰。　2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃（铁在氯气中燃烧）　适用：点燃条件下发生。氯气的氧化性强，把铁氧化到 +3 价　Cu + Cl₂ = CuCl₂（铜在氯气中燃烧）　适用：点燃条件下发生。现象是棕黄色的烟，加水后溶液呈蓝绿色　H₂ + Cl₂ = 2HCl（氢气在氯气中燃烧）　适用：点燃条件下发生，安静燃烧发出苍白色火焰；光照下混合会爆炸　Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO（氯气与水）　适用：可逆反应，只有部分氯气参加。氯水中同时含有氯分子、次氯酸分子与多种离子　2HClO = 2HCl + O₂↑（次氯酸分解）　适用：光照条件下发生。氯水须现用现配并保存在棕色瓶中　Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O（尾气吸收）　适用：常温进行。氯气有毒，任何制氯气的装置末端都要接碱液　2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = Ca(ClO)₂ + CaCl₂ + 2H₂O（工业制漂白粉）　适用：用石灰乳而不是澄清石灰水，为的是提高产率　Ca(ClO)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃↓ + 2HClO（漂白粉起作用）　适用：靠空气中的二氧化碳。所以漂白粉要密封保存，久置会失效

第三节 物质的量　物质的量：表示含有一定数目粒子的集合体的物理量，符号 n，单位摩尔。它是七个国际基本物理量之一。　阿伏加德罗常数：1 mol 任何粒子所含的粒子数，约为 6.02 × 10²³ mol⁻¹，符号 NA。　摩尔质量：单位物质的量的物质所具有的质量，符号 M，单位 g/mol。数值上等于该粒子的相对分子质量。　气体摩尔体积：单位物质的量的气体所占的体积，符号 Vm。标准状况下约为 22.4 L/mol。　阿伏加德罗定律：同温同压下相同体积的任何气体含有相同数目的分子。它解释了为什么气体的体积只与粒子数有关。　物质的量浓度：以单位体积溶液里所含溶质的物质的量表示的浓度，符号 c，单位 mol/L。体积是溶液的，不是溶剂的。　使用范围：指明粒子的种类是必需的：说「1 mol 氢」有歧义，要说 1 mol 氢原子或 1 mol 氢分子。　n = N/N_A（物质的量与粒子数）　适用：适用于任何粒子：分子、原子、离子、电子都可以，但必须指明是哪一种　n = m/M（物质的量与质量）　适用：适用于任何状态的物质。M 的数值等于相对分子质量或相对原子质量　n = V/V_m（物质的量与气体体积）　适用：🔴 只适用于气体。标准状况下 Vm = 22.4 L/mol，非标准状况不能用这个数　c = n/V（物质的量浓度）　适用：V 是溶液的体积，不是溶剂的体积，也不是两者简单相加　c₁V₁ = c₂V₂（稀释定律）　适用：稀释前后溶质的物质的量不变。加水的体积由两式相减得到

实验 配制一定物质的量浓度的溶液　容量瓶：细颈梨形平底玻璃瓶，只有一条刻度线，标有规格与温度。使用前必须检漏。　五个步骤：计算、称量、溶解并冷却、转移与洗涤、定容摇匀。每一步都对应一个可能的误差来源。　洗涤的必要性：烧杯与玻璃棒上残留的溶质必须洗入容量瓶，洗涤液一并转移，否则浓度偏低。　定容：加水至距刻度线 1～2 cm 时改用胶头滴管，使凹液面最低处与刻度线相切。　误差分析的方法：回到 c = n/V：看这一步改变的是溶质的物质的量还是溶液的体积，往哪个方向。

第三章 铁 金属材料　钠只有一种价态，铁有两种。本章的全部难点由此而来：同一种元素的两个价态之间怎么转化、怎么检验、怎么保存。

第一节 铁及其化合物　铁的两种价态：铁在反应中显 +2 或 +3 价，取决于氧化剂的强弱：强氧化剂得 +3，弱氧化剂得 +2。　三种铁的氧化物：氧化亚铁黑色、氧化铁红棕色、四氧化三铁黑色且有磁性，其中铁同时有 +2 和 +3 两种价态。　氢氧化亚铁：白色沉淀，极易被空气中的氧气氧化，颜色由白经灰绿变为红褐色。　氢氧化铁：红褐色沉淀，受热分解生成氧化铁。它是判断溶液中含三价铁的直观证据之一。　三价铁的检验：滴加硫氰化钾溶液显血红色，这是最灵敏的方法；也可看溶液本身的棕黄色或加碱看红褐色沉淀。　二价铁的检验：先加硫氰化钾不变色，再滴氯水变红，两步合起来才说明原溶液中是二价铁。　亚铁盐的保存：加少量铁粉防止被氧化成三价，同时加对应的酸抑制水解。　铁三角：铁、二价铁、三价铁两两之间都能转化：加氧化剂往高价走，加还原剂往低价走。　3Fe + 4H₂O(g) = Fe₃O₄ + 4H₂（铁与水蒸气）　适用：高温条件下发生。常温与液态水不反应，产物是四氧化三铁而非氧化铁　Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑（铁与非氧化性酸）　适用：常温进行。盐酸是弱氧化剂，只把铁氧化到 +2 价　2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃（铁与强氧化剂）　适用：点燃条件下发生。氯气氧化性强，把铁氧化到 +3 价　FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl（制氢氧化铁）　适用：常温进行，立即生成红褐色沉淀　FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄（制氢氧化亚铁）　适用：须用煮沸过的蒸馏水并把滴管尖端插入液面以下，隔绝氧气　4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃（氢氧化亚铁被氧化）　适用：常温接触空气即发生。白色迅速变灰绿最终变红褐色　2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃（二价铁被氧化）　适用：常温进行。氯水、双氧水、硝酸都能完成这一步　2FeCl₃ + Fe = 3FeCl₂（三价铁被还原）　适用：常温进行。铁粉过量时溶液中只剩二价铁，这也是保存亚铁盐的做法

第二节 金属材料　合金：由两种或两种以上金属，或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质，属于混合物。　合金的性能：硬度一般大于成分金属，熔点一般低于成分金属。改变成分与比例可以调出所需的性能。　铝的两性：铝既能与强酸反应，也能与强碱溶液反应放出氢气。这在常见金属中是少有的。　氧化铝与氢氧化铝：都是两性化合物，与强酸强碱都反应。氢氧化铝还是常用的胃酸中和剂。　铝的钝化：常温下铝在浓硫酸、浓硝酸中表面生成致密氧化膜而停止反应，因此可用铝槽车运输浓硝酸。　新型合金：钛合金强度高、耐腐蚀且与人体相容，储氢合金能可逆地吸放氢气，形状记忆合金受热恢复原状。　方程式计算的依据：化学方程式中各物质的化学计量数之比，等于它们的物质的量之比，也等于气体的体积之比。　2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑（铝与强酸）　适用：常温进行。反应前须除去铝表面的氧化膜　2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂↑（铝与强碱溶液）　适用：常温进行。等量的铝与足量酸或足量碱反应，放出的氢气一样多　Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O（两性氧化物与酸）　适用：常温进行。氧化铝熔点很高，工业上电解它来冶炼铝　Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O（两性氧化物与碱）　适用：常温进行。这一条与上一条合起来才叫两性　Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O（氢氧化铝中和胃酸）　适用：常温进行。它碱性弱，不会伤害胃壁，所以能作胃药　AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃↓ + 3NH₄Cl（制氢氧化铝）　适用：用氨水而不是强碱：氢氧化铝会溶于过量的强碱，氨水则不会

实验 铁及其化合物的性质　实验目的：验证铁三角的三步转化，并练习二价铁与三价铁的检验方法。　隔绝氧气的做法：用煮沸过的蒸馏水配液，把胶头滴管尖端插入液面以下再挤出，必要时在液面上加一层植物油。　现象的记录：白色沉淀迅速变为灰绿色、最终变为红褐色。三种颜色都要写，只写最终颜色会漏掉过程。　试剂的选择：验证二价铁的还原性用氯水或双氧水，验证三价铁的氧化性用铁粉或碘化钾溶液。

第四章 物质结构 元素周期律　前三章一种元素一种元素地学，本章回答为什么可以不必逐个学：位置、结构、性质三者互相决定，知道一个就能推另外两个。

第一节 原子结构与元素周期表　原子的构成：原子由原子核与核外电子构成，核内有质子和中子。质子数决定元素种类，最外层电子数决定化学性质。　质量数：质子数与中子数之和，符号 A。它是整数，与相对原子质量数值接近但不是同一个量。　核素与同位素：具有一定质子数和中子数的一种原子叫核素；质子数相同、中子数不同的原子互称同位素。　核外电子排布：由内向外分层排布，各层最多容纳 2n² 个电子，最外层不超过 8 个（第一层不超过 2 个）。　元素周期表的结构：七个周期、十六个族。周期序数等于电子层数，主族序数等于最外层电子数。　碱金属：第ⅠA 族除氢外的元素。从锂到铯电子层数递增，与水反应越来越剧烈，最高价氧化物对应水化物碱性增强。　卤族元素：第ⅦA 族元素。从氟到碘单质颜色加深、熔沸点升高，与氢化合越来越难，非金属性依次减弱。　卤素单质间的置换：非金属性强的能把弱的从其盐溶液中置换出来，这是比较非金属性强弱的实验依据之一。　A = Z + N（质量数关系）　适用：A 是质量数、Z 是质子数、N 是中子数。中性原子中质子数还等于核外电子数　2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑（碱金属与水）　适用：常温进行。同族从上到下反应越来越剧烈，钾遇水即燃烧　Cl₂ + 2NaBr = 2NaCl + Br₂（卤素置换）　适用：常温进行。氯的非金属性强于溴，所以能把溴置换出来　Br₂ + 2KI = 2KBr + I₂（卤素置换）　适用：常温进行。加入四氯化碳振荡后下层显紫红色，据此判断有碘生成

第二节 元素周期律　元素周期律：元素的性质随原子序数的递增而呈周期性变化。根本原因是核外电子排布的周期性变化。　原子半径的递变：同周期从左到右减小（电子层数相同、核电荷增大），同主族从上到下增大（电子层数增多）。　化合价的递变：主族元素最高正价等于主族序数，最低负价等于主族序数减八。氧、氟一般不显最高正价。　金属性的判据：单质与水或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、单质间的置换反应。　非金属性的判据：与氢气化合的难易、氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。　位置、结构、性质：三者互相决定：由位置推结构与性质，由性质反推位置，这是推断题的基本套路。　周期表的分区：金属元素在左下方、非金属在右上方，分界线附近的元素常用作半导体材料。

第三节 化学键　化学键：相邻原子之间强烈的相互作用。化学反应的实质是旧键断裂与新键形成。　离子键：带相反电荷的离子之间的静电作用，一般由活泼金属与活泼非金属形成。　共价键：原子间通过共用电子对形成的相互作用，一般在非金属元素之间形成。　极性与非极性共价键：同种元素之间是非极性键，不同种元素之间是极性键。差别在电子对偏不偏。　离子化合物与共价化合物：含离子键的是离子化合物，只含共价键的是共价化合物。铵盐不含金属却是离子化合物。　电子式：用小黑点或叉表示最外层电子的式子。阴离子要加中括号并标电荷，阳离子直接写符号。　判断依据：熔融状态下能否导电，是区分两类化合物最可靠的实验方法。

实验 同周期、同主族元素性质的递变　同周期的比较：取镁条与铝片分别与同浓度盐酸反应，看气泡快慢；再比较氢氧化镁与氢氧化铝的碱性。　同主族的比较：用氯水分别与溴化钠、碘化钾溶液反应，加四氯化碳萃取后看下层颜色。　萃取与分液：溴的四氯化碳溶液呈橙红色、碘的呈紫红色。四氯化碳密度比水大，所以在下层。　控制变量：比较金属与酸反应时，酸的浓度、体积以及金属的表面积都要相同，否则比出的不是活泼性。