西安交通大学少年班预科一化学笔记

StormWhip · 2026-04-15 16:44:07 · 学习·文化课

写在前面：这是 2025 级西安交通大学少年班江苏省苏州中学预科基地的化学笔记，主要内容是高中化学的无机部分。可能有不严谨之处，欢迎提出指正。

第一章 基础知识

一、物质的分类

1. 分类方法

• 按状态：固（s）、液（l）、气（g）
  注：不是所有物质都有三态，不是所有物质都只有三态

• 按导电性：导体、半导体（eg. Si），绝缘体

• 按溶解能力（仅限固体）：

• 按组成：混合物、纯净物等

  2. 单质与同素异形体

  （1）C：C_{60}、C_{100}、碳纳米管

（2）S：S_2（气体）、S_6（固体）、S_8（固体）（即 S 的三态变化是化学变化）

3. 酸与碱

（1）定义：在水溶液中解离出的阳离子只有 H^+ 的物质是酸，在水溶液中解离出的阴离子只有 OH^- 的物质是碱

（2）分类：

• 一元酸 / 碱、二元酸 / 碱等

• 可溶酸 / 碱、不溶酸 / 碱（eg. H_2SiO_3 是不溶酸）

• 强酸（HClO_4、H_2SO_4、HCl、HBr、HI、HNO_3）、弱酸

• 强碱（KOH、NaOH、Ba(OH)_2、Ca(OH)_2）、弱碱
  注：可溶性碱是强碱加上 NH_4OH

  4. 盐

  （1）分类：

• 正盐：酸碱中和时正好完全反应产生的盐

• 酸式盐：酸碱中和时酸过量产生的盐（eg. NaHCO_3）

• 碱式盐：酸碱中和时碱过量产生的盐（eg. Mg(OH)Cl）

（2）改写：

5. 两性氢氧化物 Al(OH)_3

扩展：Fe_3C 和 FeC_3 中各元素都是 0 价，因为它们是合金。因此有时混合物也可以写化合物，只要它的成分确定（eg. 98\% 浓硫酸：H_2SO_4\cdot 9H_2O）

三、离子方程式

1. 离子反应定义

有离子参加或生成的反应

2. 可以拆的物质

• 强酸、强碱（Ca(OH)_2 在溶液中拆，在浊液中不拆）

• 可溶性盐（溶不溶视具体情况而定，eg. 侯氏制碱法中 Na^++NH_3+H_2O+CO_2=\!=\!=NaHCO_3\downarrow+NH_4^+ 的 NaHCO_3 不溶）

  3. 常见产物

  SO_2\to SO_4^{2-}$，$S^{2-}\to S$，$CO\to CO_2$，$H_2O_2\to O_2$，$Fe^{2+}\to Fe^{3+}$，$C\to CO_2$，$NH_3\to N_2O/N_2/NO

  注：NH_3 反应时催化剂不同，所得产物也不同，这说明了催化剂会影响产物（eg. 4NH_3+5O_2\stackrel{Pt}{=\!=\!=}4NO+6H_2O，4NH_3+3O_2=\!=\!=2N_2+6H_2O）

  四、物质的量

  1. 单位

  摩尔（mol），即 12.00g C-12 所含原子的个数；

阿伏伽德罗常数的值 N_A\approx 6.02\times10^{23}

2. 转化

其中，M 在数值上等于相对原子（分子）质量；在标况（STP，即273.15K、1atm）下，V_m\approx 22.4L，即 1mol 任何气体在 STP 下的体积都为 22.4L
注：22.4L 的体积将近是一个棱长 28cm 的正方体或一个半径 17.5cm的球（这个球略大于篮球）

3. 理想气体状态方程

加 HNO_3 和 AgNO_3（顺序不影响），产生白色沉淀（Ag^++Cl^-=\!=\!=AgCl\downarrow）

2. SO_4^{2-}

先加 HCl（目的是除去 CO_3^{2-} 和 SO_3^{2-}），无明显现象；再加 BaCl_2，产生白色沉淀（Ba^{2+}+SO_4^{2-}=\!=\!=BaSO_4\downarrow）

3. NH_4^{+}

先加浓 NaOH 溶液，再加热，生成使红色石蕊试纸变蓝（这也是 NH_3 的性质）的气体（NH_4^++OH^-=\!=\!=NH_3\uparrow+H_2O）
扩展：PH_3 也可使红色石蕊试纸变蓝

4. Br^-、I^-

加 HNO_3 和 AgNO_3（顺序不影响），产生不溶于 HNO_3 的（浅）黄色沉淀（AgBr 是浅黄色，AgI 是黄色）（Ag^++Br^-=\!=\!=AgBr\downarrow，Ag^++I^-=\!=\!=AgI\downarrow）

5. CO_3^{2-}、HCO_3^{-}

加 HCl，产生无色无味的气体，将气体通入澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊（2H^++CO_3^{2-}=\!=\!=CO_2\uparrow+H_2O，H^++HCO_3^{-}=\!=\!=CO_2\uparrow+H_2O）

6. Na^+、K^+

进行焰色试验

阳极：2Cl^--2e^-=\!=\!=Cl_2\uparrow

阴极：2H_2O+2e^-=\!=\!=H_2\uparrow+2OH^-

实验室制法：

其中，只有第一个反应需要加热，且使用 NaOH 溶液吸收 Cl_2 尾气

二、卤素（F、Cl、Br、I）

1. 物理性质

2. 化学性质

有强氧化性，氧化能力：F_2>Cl_2>Br_2(>Fe^{3+})>I_2，有毒性

3. 常见反应

卤素间置换：

但是 F_2 不能将其它卤素离子从水溶液中置换出来，因为 2F_2+2H_2O=\!=\!=4HF+O_2，反应剧烈

与 H_2 反应：

歧化 H_2O：X_2+H_2O=\!=\!=HX+HXO

与金属、非金属反应：

大多数卤素可与非金属直接反应，所有卤素都可以与金属反应，但剧烈程度不同

4. 常见化合物

• *扩展：不溶于水和硝酸的沉淀还有 $BaSO_4$*

• 氢卤酸

5. 制取方法

三、海洋资源利用

1. H_2O

实验室提取方法：蒸馏

仪器：蒸馏烧瓶、冷凝管（分直形、环形、球形，其中只有直形冷凝管适用于蒸馏，且水下进上出）、沸石

2. NaCl

实验室提取方法：蒸发

利用方法：

制 NaHCO_3（侯氏制碱法）：

总反应：NH_3+H_2O+CO_2+NaCl=\!=\!=NaHCO_3+NH_4Cl
注意：先加 NH_3 再加 CO_2，可以提高 CO_2 溶解度

制 Na 与 Cl_2：

制消毒剂：

3. MgCl_2

提纯：思路是拿出目标物再转化（先碱后酸）

4. I_2

提纯：从海带中提取

先把海带烧成灰（使用仪器：坩埚），加水溶解、过滤，再利用反应 Cl_2+2I^-=\!=\!=I_2+2Cl^-，最后蒸馏（从 I_2 的 CCl_4 溶液中蒸馏出）

四、钠

1. 性质

物理性质：银白色固体，导电，质地软，密度比水小（0.97g/cm^3），熔点低

化学性质：强还原性，能与所有非金属反应，火焰黄色

2. 常见反应

与 H_2O 反应：

（浮游熔响红）钠熔成小球，浮在水面，四处游动，发出“嘶嘶”的响声，（若水中有酚酞，则溶液会变红）

与 CuSO_4 溶液反应：

离子方程式：2Na+Cu^{2+}+2H_2O=\!=\!=2Na^++Cu(OH)_2\downarrow+H_2\uparrow

与 O_2 反应：

注：Na 在盐溶液中会先和 H_2O 反应，不会置换，但是 Na 可以与盐的熔融态置换

3. 用途

冶炼金属、使用钠钾合金（液体、比热容大于水）作核电站导热剂、钠灯（透雾、穿透力强）

4. 保存方法

密封保存（少量的 Na 可保存于煤油中）
注：K 和 Na 的密度都比煤油大，所以可以保存在煤油中，但是 Li 的密度比煤油小，所以封在石蜡中保存

5. 制取

阳极反应：2Cl^--2e^-=\!=\!=Cl_2\uparrow

阴极反应：2Na^++2e^-=\!=\!=2Na

五、钠的化合物

几乎所有钠的化合物都是电解质和离子化合物

1. 氧化物（Na_2O、Na_2O_2）

以上两个反应说明 Na_2O_2 可作潜水供氧剂

扩展：Na_2O_2+2H_2O=\!=\!=H_2O_2+2NaOH，证明产生 H_2O_2 的方法：加过氧化氢酶

2. 苏打

与 CaCl_2 反应：

通常使用还原法，常用 C 或 CO 作还原剂
扩展：特殊还原剂 4Na+TiCl_4=\!=\!=Ti+4NaCl

另外， Al 几乎可以置换出所有的金属单质（甚至可以置换出 K、Ca、Na、Mg），且反应放热（铝热反应）

3. Ag、Hg

加强热，使其受热分解

含 Ag、Hg 的化合物（氟化物除外）都可以加强热以得到其单质

4. 特殊方法

2. 通过物态变化判断 \Delta S

3. ## 第三章 硫与环境保护 ### 一、硫单质 #### 1. 性质 物理性质：非金属，黄色晶体（粉末状沉淀为乳白色），分子晶体，块状，不溶于水，微溶于酒精，易溶于 $CS_2

化学性质：有弱氧化性、弱还原性

2. 反应

氧化性：

除 Au、Pt 外的所有金属都可以和 S 反应

其他反应：

2. 用途

• 作为化工原料（eg. 制硫酸）

• 做药膏或火药（S+2KNO_3+3C=\!=\!=3CO_2+K_2S+N_2\uparrow）

二、H_2S

1. 性质

物理性质：无色、臭鸡蛋味气体，密度略大于空气，能溶于水，有剧毒

化学性质：有酸性（略弱于 H_2CO_3，强于 HClO），有弱氧化性和强还原性，不稳定

2. 常见反应

3. 制取方法

制取装置：启普发生器（可以和制取 CO_2 使用同一装置）

收集方法：向上排空气法

三、SO_3

1. 性质

物理性质：标况（0℃）为固体，常温（25℃）为液体，沸点 44.5℃，无色

化学性质：有氧化性（高温下非常强）和还原性，是酸性氧化物，能与碱、碱性氧化物和水反应

2. 常见反应

扩展：P_2O_5 是唯一强于 H_2SO_4 的吸水剂，也是目前最强的吸水剂

四、SO_2

1. 性质

物理性质：无色、有毒、有刺激性气味的气体，易溶于水（按 1:40 的比例溶解）

化学性质：酸性氧化物，有漂白性（能使品红溶液褪色，加热后恢复）

2. 常见反应

氧化性：

还原性：

中国：3FeS_2+8O_2=\!=\!=Fe_3O_4+6SO_2，其中 FeS_2 要先粉碎

实验室制法：

尾气吸收：

用 Na_2SO_3（工业）或 NaOH（实验室）

五、H_2SO_4

1. 性质

作为稀酸的通性：

可与指示剂反应（使石蕊变红、甲基橙变红）、与活泼金属反应、与碱中和、与碱性（两性）氧化物反应、与碱式盐和其它的部分盐（eg. CO_3^{2-}、HCO_3^-）反应

浓硫酸特性：

• 吸水性（物理性质，可作为气体干燥剂，但不能干燥除了 SO_2 的碱性和还原性气体）

• 脱水性（化学性质）

（eg.C_{12}H_{22}O_{11}\stackrel{浓 H_2SO_4}{\longrightarrow}12C+11H_2O）

• 强氧化性

  S$ 从 $+6$ 价降为 $+4$ 价，一般从 $SO_4^{2-}$ 变为 $SO_2$，它可以与除了 $Au$ 和 $Pt$ 之外的所有金属反应(eg. $Cu+2H_2SO_4$（浓）$\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}CuSO_4+SO_2\uparrow+2H_2O

  另外，它还可以与部分非金属反应（eg. C+2H_2SO_4（浓）\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}CO_2\uparrow+2SO_2\uparrow+2H_2O，S+2H_2SO_4=\!=\!=3SO_2\uparrow+2H_2O）

• 钝化（强氧化性的体现）

3. 2FeSO_4\cdot 7H_2O\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}Fe_2O_3+SO_2\uparrow+SO_3\uparrow+14H_2O$，$SO_3+H_2O=\!=\!=H_2SO_4
4. CuSO_4\cdot 5H_2O\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}CuO+SO_3\uparrow+5H_2O$，$SO_3+H_2O=\!=\!=H_2SO_4

注：后两种方法生成的硫酸浓度较小

六、氮气

1. 性质

物理性质：无色无味的无毒气体，难溶于水

化学性质：通常很稳定，结构：N\equiv N

2. 常见反应

氧化性：

还原性：

还原性：

3. 制法

工业：N_2+3H_2\xrightleftharpoons[催化剂]{高温高压}2NH_3

实验室（少量）：2NH_4Cl+Ca(OH)_2\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}CaCl_2+2NH_3\uparrow +2H_2O

4. 用途

制化肥、制硝酸、工业原料

八、氮的氧化物

1. 种类

其中，N_2O_3 是亚硝酸酸酐，N_2O_5 是硝酸酸酐，它们都是酸性氧化物

2. NO

性质：

• 还原性：

危害：

造成酸雨、臭氧层空洞和光化学烟雾

用途：

速效救心丸

3. NO_2

性质：

• 还原性：

用途：

制硝酸

危害：

光化学烟雾

九、HNO_3

1. 性质

物理性质：易溶于水，常温下其水溶液无色透明

化学性质：有酸性、不稳定性、强氧化性

2. 保存

棕色细口瓶，放置于阴凉处

3. 常见反应

分解：

氧化性：

钝化：

可以钝化的金属有：Fe、Al、Cr、Ni 等

扩展：Fe 与 HNO_3 反应

Fe（少）+HNO_3（多）\rightarrow Fe(NO_3)_3+NO\uparrow+H_2O

Fe（多）+HNO_3（少）\rightarrow Fe(NO_3)_2+NO\uparrow+H_2O

Fe（少）+HNO_3（浓、多）\stackrel{\Delta}{\rightarrow} Fe(NO_3)_3+NO_2\uparrow+H_2O

Fe（多）+HNO_3（浓、少）\stackrel{\Delta}{\rightarrow} Fe(NO_3)_2+NO_2\uparrow+H_2O

反应物是浓硝酸时会钝化，所以需要加热

Fe 过量时，反应的实质是 2Fe^{3+}+Fe=\!=\!=3Fe^{2+}

4. 制法

实验室制法：

工业制法：

第四章 其它重要元素

一、铁

1. Fe（单质）

2. Fe^{2+}

氧化性：

还原性：

3. Fe^{3+}

4. 检验 Fe^{2+} 和 Fe^{3+}

证明存在 Fe^{2+}：

先加 KSCN，无明显现象，再加氧化剂，变红色

证明同时存在 Fe^{2+} 和 Fe^{3+}：

先取两份样品 A 和 B,

1. A 加 KSCN，出现血红色，则有 Fe^{3+}；B 加 KMnO_4，紫色褪去，则有 Fe^{2+}

2. A 加 K_4[Fe(CN)_6]，变蓝，则有 Fe^{3+}；B 加 K_3[Fe(CN)_6]，变蓝，则有 Fe^{2+}

5. 冶炼铁的氧化物

• 用途：太阳能电池、晶体管

  2. SiO_2

3. 硅的提纯

三、铜

1. Cu（单质）

2. Cu^{2+}

4. 金属性（原子失电子能力）

强弱鉴别：

1. （中等活泼元素）与非氧化性酸反应，越剧烈，金属性越强

2. （极活泼元素）与水反应，越剧烈，金属性越强

3. （不活泼元素）发生置换反应，反应物单质强于生成物单质

4. 与最高价氧化物对应的碱的碱性正相关

   变化规律：

   同周期从左到右，金属性依次减弱；同族从上到下，金属性依次增强

   5. 非金属性（原子得电子能力）

   强弱鉴别：

5. 与 H_2 反应，越剧烈，非金属性越强

6. 置换反应中，生成物单质强于反应物单质

7. 与氢化物稳定性正相关

8. 与最高价含氧酸的酸性正相关

   变化规律：

   同周期从左到右，非金属性依次增强；同族从上到下，非金属性依次减弱

   二、原子核外电子排布

   1. 轨道

   • s：球形，有 1 个轨道，可容纳 2 个电子

• p：纺锤形，有 3 个轨道，可容纳 6 个电子

• d：有 5 个轨道，可容纳 10 个电子

• f：有 7 个轨道，可容纳 14 个电子

  2. 电子在轨道上的排布

  原子序数	符号	电子构型	单电子数
  1	H	1s^1	1
  2	He	1s^2	0
  3	Li	[He]2s^1	1
  4	Be	[He]2s^2	0
  5	B	[He]2s^22p^1	1
  6	C	[He]2s^22p^2	2
  7	N	[He]2s^22p^3	3
  8	O	[He]2s^22p^4	2
  9	F	[He]2s^22p^5	1
  10	Ne	[He]2s^22p^6	0
  11	Na	[Ne]3s^1	1
  12	Mg	[Ne]3s^2	0
  13	Al	[Ne]3s^23p^1	1
  14	Si	[Ne]3s^23p^2	2
  15	P	[Ne]3s^23p^3	3
  16	S	[Ne]3s^23p^4	2
  17	Cl	[Ne]3s^23p^5	1
  18	Ar	[Ne]3s^23p^6	0
  19	K	[Ar]4s^1	1
  20	Ca	[Ar]4s^2	0
  21	Sc	[Ar]3d^14s^2	1
  22	Ti	[Ar]3d^24s^2	2
  23	V	[Ar]3d^34s^2	3
  24	Cr	[Ar]3d^54s^1	6
  25	Mn	[Ar]3d^54s^2	5
  26	Fe	[Ar]3d^64s^2	4
  27	Co	[Ar]3d^74s^2	3
  28	Ni	[Ar]3d^84s^2	2
  29	Cu	[Ar]3d^{10}4s^1	1
  30	Zn	[Ar]3d^{10}4s^2	0
  31	Ga	[Ar]3d^{10}4s^24p^1	1
  32	Ge	[Ar]3d^{10}4s^24p^2	2
  33	As	[Ar]3d^{10}4s^24p^3	3
  34	Se	[Ar]3d^{10}4s^24p^4	2
  35	Br	[Ar]3d^{10}4s^24p^5	1
  36	Kr	[Ar]3d^{10}4s^24p^6	0

三、元素性质递变规律

1. 元素周期表中区的划分

• s 区：IA、IIA，ns^{1\sim2}，H 和较活泼金属，属于主族

• d 区：IIIB \sim VIIB 和 VIII，(n-1)d^{1\sim9}ns^{1\sim2}，全部是金属元素

• ds 区：IB、IIB，(n-1)d^{10}ns^{1\sim2},全是金属元素

• p 区：IIIA \sim VIIA 和第 0 族，ns^2np^{1\sim6}，除 H 外的所有非金属，属于主族

• f 区：镧系、锕系

  2. 价电子构型

  主族元素：价电子为最外层电子

副族元素：价电子为最外层和次外层电子

四、元素周期律（下）

以下规律仅限主族元素

6. 第一电离能排布呈周期性变化

定义：基态气态原子失去最外层 X 个电子变为 +X 价离子所需的最小能量成为第 X 电离能

规律：

• 同周期从左到右，第一电离能从小到大排序为 1、3、2、4、6、5、7、8

• 同族从上到下，第一电离能依次减小

• 若一个元素第 X 电离能和第 (X+1) 电离能相对差距较大，则大概率为 XA 族元素

^*7. 亲和能呈周期性变化

定义：原子得到 X 个电子变为 -X 价离子所需的最小能量成为第 X 亲和能

体心立方：正方体 8 个顶点和正方体中心各有一个原子，一个晶胞的原子数：8\times \dfrac{1}{8}+1=2

面心立方：正方体 8 个顶点和 6 个面中心各有一个原子，一个晶胞的原子数：8\times \dfrac{1}{8}+6\times \dfrac{1}{2}=4

4. 相关计算

简单立方：棱相切

常见的氯化钠形离子晶体还有 KCl、NaBr、CaO、MgO

4. 氯化铯形结构

每个 CsCl 晶胞中有 1 个 Cl^- 和 1 个 Cs^+

常见的氯化铯形晶体还有 CsBr、CsI、NH_4Cl

七、共价键与共价晶体

1. 共价键

通常情况下，吸引电子能力相近（即电负性相差不大）的原子之间通过共用电子对形成共价键

（1）共价键的本质：成键原子相互靠近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系能量降低

（2）共价键的性质：共价键具有方向性、饱和性

（3）共价键的分类

• 单键（H-H）、双键（O=C=O）、三键（N\equiv N）

• 极性键（成键原子不同）、非极性键（成键原子相同）

eg. CH_3-CH_2-OH 中，C-C 为非极性键，其余为极性键

• 常见共价键、配位键（eg. H_3O^+、NH_4^+）

3. 分子晶体

分子晶体是分子通过分子间作用力构成的固态物质，它们一般熔点低、硬度小

以共价键结合的物质中，多数非金属单质（H_2、Cl_2、N_2）和非金属元素组成的无机化合物（CO_2、HCl、H_2O）都属于分子晶体

九、分子的空间结构

1. 杂化轨道理论

（1）sp^3 杂化，键角约 109^{\circ}28'，正四面体（eg. CH_4）

（2）sp^2 杂化，键角约 120^{\circ}，平面正三角形（eg. BCl_3）

（3）sp 杂化，键角 180^{\circ}，直线形（eg. BeCl_2）

（4）sp^3d 杂化，三角双锥形（eg. PCl_5）

（5）sp^3d^2 杂化，正八面体（eg. SF_6）

孤电子对数 =\dfrac{1}{2}(价层电子数 - 成键电子数)

价电子对数 = 孤电子对数 + \sigma 键数 = 参与杂化的轨道数

2. 价层电子对互斥理论

（1）价电子对数的计算

eg. NO_3^-：\dfrac{1}{2}(5+1-3\times2)+3=3

（2）分类

3. 相似相溶

极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂

离子化合物一般易溶于水（除晶格能特别大的物质外）

十一、配合物

1. 各部分名称

• 化学计量数可以为分数，且与 \Delta H 正相关

  3. 反应热的测量

  仪器：（简易）量热计

步骤：

1. 量取 50mL 0.50mol\cdot L^{-1} HCl，倒入简易量热计，记录 HCl 温度 T_1

2. 量取 50mL 0.55mol\cdot L^{-1} NaOH，记录 NaOH 温度 T_2

3. 将 NaOH 迅速倒入量热计，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅拌，记录体系最高温度 T_3

4. 计算

4. 盖斯定律

一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的

5. 燃烧热与热值

标准燃烧热：1mol 物质完全燃烧的反应热

热值：1g 物质完全燃烧的反应热

二、电化学

1. 原电池

负极：Zn-2e^-=\!=\!=Zn^{2+}

正极：Cu^{2+}+2e^-=\!=\!=Cu 或 2H^++2e^-=\!=\!=H_2\uparrow

电池反应：Zn+Cu^{2+}=\!=\!=Zn^{2+}+Cu 或 Zn+2H^+=\!=\!=Zn^{2+}+H_2\uparrow

缺点：若直接将 Zn 放入酸中，Zn+H_2SO_4=\!=\!=ZnSO_4+H_2\uparrow，会有内耗

改进：使用盐桥，Cl^- 等阴离子向负极移动，K^+ 等阳离子向正极移动

自发的氧化还原反应一般都能设计成原电池（歧化反应除外）

2. 电极方程式

原电池中，失电子、作还原剂的是负极；得电子、作氧化剂的是正极

电解池中，发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极

eg. 铅蓄电池放电

负极：Pb+SO_4^{2-}-2e^-=\!=\!=PbSO_4

正极：PbO_2+SO_4^{2-}+4H^++2e^-=\!=\!=PbSO_4+2H_2O

电池反应：Pb+PbO_2+2SO_4^{2-}+4H^+=\!=\!=2PbSO_4+2H_2O

eg. 甲烷-氧气燃料电池（碱性）

负极：CH_4+10OH^--8e^-=\!=\!=CO_3^{2-}+7H_2O

正极：O_2+2H_2O+4e^-=\!=\!=4OH^-

eg. 银锌纽扣电池

负极：Zn+2OH^--2e^-=\!=\!=ZnO+H_2O

正极：Ag_2O+H_2O+2e^-=\!=\!=2Ag+2OH^-

eg. 氢氧燃料电池

碱性：

负极：H_2-2e^-+2OH^-=\!=\!=2H_2O

正极：O_2+4e^-+2H_2O=\!=\!=4OH^-

酸性：

负极：H_2-2e^-=\!=\!=2H^+

正极：O_2+4H^++4e^-=\!=\!=2H_2O

eg. CO-O_2 燃料电池（熔融 Na_2CO_3）

负极：CO-2e^-+CO_3^{2-}=\!=\!=2CO_2

正极：O_2+2CO_2+4e^-=\!=\!=2CO_3^{2-}

eg. 锌锰电池

负极：Zn+2OH^--2e^-=\!=\!=Zn(OH)_2

正极：MnO_2+H_2O+e^-=\!=\!=MnOOH+OH^-

3. 电解池

电解池中，与电源正极相连的是阳极，发生氧化反应；与电源负极相连的是阴极，发生还原反应

惰性电极（eg. Au、Pt、石墨）时，常见放电顺序：

阳极：S^{2-}>I^->Br^->Cl^->OH^->F^-、SO_4^{2-}、NO_3^-、CO_3^{2-}

阴极：Ag^+>Fe^{3+}>Cu^{2+}>H^+（大量）>Fe^{2+}>Zn^{2+}>H^+（水中）>Al^{3+}>Mg^{2+}>Na^+>Ca^{2+}

eg. 电解 NaCl(aq)

阳极：2Cl^--2e^-=\!=\!=Cl_2\uparrow

阴极：2H_2O+2e^-=\!=\!=H_2\uparrow+2OH^-

eg. 电解 K_2MnO_4(aq)

阳极：MnO_4^{2-}-e^-=\!=\!=MnO_4^-

阴极：2H_2O+2e^-=\!=\!=H_2\uparrow+2OH^-

eg. 电解 CuSO_4(aq)

阳极：2H_2O-4e^-=\!=\!=4H^++O_2\uparrow

阴极：Cu^{2+}+2e^-=\!=\!=Cu\downarrow

eg. 电解 NaHCO_3(aq) 生成 CH_4

4. 电镀

eg. 为导电塑料镀铜

阴极：导电塑料（镀件），阳极：Cu（镀层金属），电解液：CuSO_4(aq)

阳极：Cu-2e^-=\!=\!=Cu^{2+}

阴极：Cu^{2+}+2e^-=\!=\!=Cu\downarrow

5. 精炼

eg. 铜的电解精炼

阳极：粗铜，阴极：纯铜，电解液：CuSO_4(aq)

阳极：Zn-2e^-=\!=\!=Zn^{2+}，Fe-2e^-=\!=\!=Fe^{2+}，Cu-2e^-=\!=\!=Cu^{2+}

阴极：Cu^{2+}+2e^-=\!=\!=Cu\downarrow

阳极泥：主要成分为 Au、Ag、Pt

6. 电化学腐蚀

（1）析氢腐蚀（生成 H_2）

eg. 铁表面为酸性水膜的析氢腐蚀

负极：Fe-2e^-=\!=\!=Fe^{2+}

正极：2H^++2e^-=\!=\!=H_2\uparrow

总反应：Fe+2H^+=\!=\!=Fe^{2+}+H_2\uparrow

（2）吸氧腐蚀（吸收 O_2）

eg. 铁在潮湿空气中的吸氧腐蚀

负极：Fe-2e^-=\!=\!=Fe^{2+}

正极：2H_2O+O_2+4e^-=\!=\!=4OH^-

总反应：2Fe+2H_2O+O_2=\!=\!=2Fe(OH)_2

铁锈是红褐色的

7. 电化学防护

（1）刷油漆、涂一层膜

（2）改变结构（eg. 不锈钢）

（3）牺牲阳极法：把被保护金属与更活泼金属连接

（4）外接电流法（阴极保护法）

三、化学反应速率

1. 碰撞理论

微粒要有有效碰撞才能反应

因此，发生反应需要：

1. 碰撞

2. 在一定方向上碰撞

3. 有一定能量

活化分子数、碰撞次数影响单位时间内有效碰撞次数，即化学反应速率

2. 化学反应速率的影响因素

以下规律主要适用于基元反应

（1）温度：活化分子数增大、碰撞次数增多，一般升高 10^{\circ}C，速率变为原来的 2\sim4 倍

扩展：2NO+O_2=\!=\!=2NO_2 中，温度越高，反应反而越慢

（2）浓度：浓度增大，碰撞次数增多；不适用于固体和纯液体

（3）催化剂：改变反应历程，降低活化能，活化分子数增多

（4）压强：对气体反应，增大压强相当于增大浓度；影响反应的是分压，不是总压强

（5）接触面积

（6）原电池

3. 定量表示

eg. N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3（10L 容器）

反应速率要说明是哪种物质；同一反应中，同一时间段内各物质反应速率之比等于化学计量数之比

4. 化学反应速率的决定因素

化学反应速率的决定因素是反应物本身

四、化学平衡

1. 前提

可逆反应在一定条件下才能建立化学平衡

2. 表现

各物质的量、浓度、百分含量不变

3. 本质

如果条件改变，平衡可能被打破

4. 表示

（1）压强不变（反应物、生成物气体的量不同时）

（2）质量不变（反应物、生成物中有固体时）

（3）颜色不变（反应有颜色变化时）

5. 平衡的打破

（1）浓度

增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡右移；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡左移

（2）压强（反应物、生成物中有气体时）

根据浓度商 Q 与平衡常数 K 判断方向。eg. N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3，K=\dfrac{c^2(NH_3)}{c(N_2)\cdot c^3(H_2)}，K 只与温度有关

（3）温度

升温向 \Delta H>0 的吸热方向移动，降温向 \Delta H<0 的放热方向移动

eg. 2NO_2(g)\rightleftharpoons N_2O_4(g)，\Delta H<0，降温平衡右移

（4）催化剂

催化剂不影响平衡，只同时改变正、逆反应速率

6. 勒夏特列原理

改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动

五、电离平衡

1. 强弱电解质

水溶液中完全电离的电解质是强电解质（强酸、强碱、大多数盐）

水溶液中部分电离的电解质是弱电解质（弱酸、弱碱、HgCl_2、Pb(Ac)_2 等）

2. 判断 HA 是强酸还是弱酸

（1）0.1mol\cdot L^{-1} HA，pH=1 为强酸，pH>1 为弱酸

（2）和同浓度 HCl 比导电性，相同为强，更弱为弱

（3）和同浓度 HCl 与 Zn 反应，产生 H_2 速率相同为强，更慢为弱

（4）升高温度，pH 变小为弱酸，pH 基本不变为强酸

（5）稀释 100 倍，\Delta pH=2 为强酸，\Delta pH<2 为弱酸

（6）加 NaA(s)，pH 升高为弱酸，pH 基本不变为强酸

（7）计算电离常数 K_a=\dfrac{c(H^+)\cdot c(A^-)}{c(HA)}，K_a 越大，酸性越强

3. 水的电离

eg. pH=6 的 HCl(aq) 稀释 100 倍，求 pH

稀释后 c_{HCl}=10^{-8}mol\cdot L^{-1}，设水电离产生的 c(OH^-)=x，则

6. 中和滴定

（1）原理：H^++OH^-=\!=\!=H_2O，c_1V_1=c_2V_2

（2）指示剂

酚酞（8.1\sim10）：无色 \to 浅红 \to 红

甲基橙（3.1\sim4.4）：红 \to 橙 \to 黄

石蕊（不常用）：红 \to 紫 \to 蓝

酸滴定碱：甲基橙（黄 \to 橙）

碱滴定酸：酚酞（无色 \to 浅红）

（3）滴定管

酸式滴定管可盛放酸性溶液、有机溶剂、氧化剂；碱式滴定管可盛放碱性溶液

（4）步骤

1. 洗滴定管：自来水 \to 蒸馏水 \to 待装液润洗三次

2. 洗锥形瓶：用蒸馏水洗三次

3. 滴定管装液体，装至 0 刻度或以下

4. 滴定：已知浓度测未知浓度，平行滴定三次，取平均值

5. 记录并处理数据

（5）终点现象

碱滴定酸：滴入最后半滴碱溶液，溶液由无色变为浅红色，且半分钟内不褪色

酸滴定碱：滴入最后半滴酸溶液，溶液由黄色变为橙色，且半分钟内不褪色

六、水解平衡

1. 水解产生原因

eg. NaAc(aq)

3. 水解规律

有弱才水解，越弱越水解，谁强显谁性

强碱弱酸盐显碱性；强酸弱碱盐显酸性；强酸强碱盐显中性；弱酸弱碱盐按 K_a、K_b 比较

4. 影响水解的因素

（1）K_a/K_b

（2）浓度：c 增大，水解程度 \alpha 减小

（3）温度：水解吸热，温度升高，K_h 增大，\alpha 增大

（4）酸碱性

eg. Fe^{3+}+3H_2O\rightleftharpoons Fe(OH)_3+3H^+，加入 HCl 可抑制水解，使平衡左移

5. 双水解

eg. Al^{3+}+3H_2O\rightleftharpoons Al(OH)_3+3H^+

泡沫灭火器反应：Al_2(SO_4)_3+6NaHCO_3=\!=\!=3Na_2SO_4+2Al(OH)_3+6CO_2\uparrow

弱酸酸根离子和弱碱金属离子大部分可以双水解，但若发生氧化还原，或生成物溶解度较大且仍停留在溶液中，则不一定发生完全双水解

6. 酸式盐酸碱性

eg. HCO_3^-

2. 物料守恒

反应前后同种元素原子个数不变，不同元素原子个数比不变

eg. NaAc(aq) 中，c(Na^+)=c(Ac^-)+c(HAc)

3. 运用

（1）HAc(aq) 与 NaAc(aq) 1:1 混合

若溶液呈酸性，则 c(H^+)>c(OH^-)，所以 c(Na^+)<c(Ac^-)

故 c(Ac^-)>c(Na^+)>c(HAc)>c(H^+)>c(OH^-)

（2）NaHCO_3(aq)

故 c(Na^+)>c(HCO_3^-)>c(OH^-)>c(H^+)

（3）Na_2CO_3(aq)

故 c(Na^+)>c(CO_3^{2-})>c(HCO_3^-)>c(H_2CO_3)

（4）往 NH_4HSO_4(aq) 中加 Ba(OH)_2(aq) 至显中性

显中性时 c(H^+)=c(OH^-)，所以 c(NH_4^+)=2c(SO_4^{2-})

（5）HCN(aq) 与 NaCN(aq) 1:1 混合，K_a(HCN)\approx10^{-10}

因此 c(HCN)>c(Na^+)>c(CN^-)>c(OH^-)>c(H^+)

八、沉淀溶解平衡（K_{sp}）

1. 前提

沉淀溶解平衡适用于难溶电解质，且通常是固体溶于液体

2. 实例：AgCl 的溶解

注：溶解平衡用 \rightleftharpoons，电离用 =\!=\!=，因为 AgCl 是强电解质

（1）定量

故 1L 水中溶解 AgCl 的质量为 1.34\times10^{-5}\times143.5=1.9\times10^{-3}g

对 1mol\cdot L^{-1} FeCl_3 溶液，c(OH^-)=10^{-13} 时，c(H^+)=10^{-1}，即 pH=1 时 Fe^{3+} 开始沉淀

当 c(Fe^{3+})=10^{-6}mol\cdot L^{-1} 时可认为沉淀完全，此时 c(OH^-)=10^{-11}，即 pH=3

对 1mol\cdot L^{-1} CuCl_2 溶液，c(OH^-)=10^{-10} 时，pH=4，即 pH=4 时开始沉淀

当 c(Cu^{2+})=10^{-6}mol\cdot L^{-1} 时，c(OH^-)\approx10^{-7}，即 pH=7 时沉淀完全

所以，溶液中 Fe^{3+}、Cu^{2+} 分离时可将 pH 调为 3\sim4，此时 Fe^{3+} 沉淀完全，Cu^{2+} 还未开始沉淀

另外，加入 Cu(OH)_2 也可分离混合溶液中的 Fe^{3+}：

加入 I^- 后，Ag^+ 与 I^- 结合形成 AgI 沉淀，c(Ag^+) 减小，AgCl(s)\rightleftharpoons Ag^+(aq)+Cl^-(aq) 右移，故若 I^- 足够多，AgCl 会逐渐转化为 AgI

（2）分别在 0.1mol\cdot L^{-1} I^-、Cl^- 溶液中加入 Ag^+