化学的底层逻辑-高一下学期

化学笔记 必修二

人教版(2019)

硫及其化合物

硫(S)与二氧化硫(SO₂)

1. 硫单质 (俗称硫黄)

• 物理性质：黄色晶体，质脆，难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳(CS₂)。

• 化学性质：

  $Fe + S \\xrightarrow{\\Delta} FeS$ (黑色)
  $2Cu + S \\xrightarrow{\\Delta} Cu\_2S$ (黑色)
  $S + O\_2 \\xrightarrow{点燃} SO\_2$

2. 二氧化硫 (SO₂)

• 物理性质：无色、刺激性气味、有毒气体、易液化、易溶于水(1:40)。
• 化学性质：酸性氧化物、漂白性、还原性、氧化性。

SO₂ 的四大化学性质

酸性氧化物通性

$SO\_2 + H\_2O \\rightleftharpoons H\_2SO\_3$ (可逆)
$SO\_2 + 2NaOH = Na\_2SO\_3 + H\_2O$

漂白性 (暂时的)

能使品红溶液褪色，加热后恢复红色。（原理：生成不稳定的无色物质）

还原性 (主要)

$2SO_2 + O_2 \xrightarrow

$$V\_2O\_5$$

{\Delta} 2SO_3$ (工业制酸)
使酸性 $KMnO\_4$ 褪色

弱氧化性

$SO\_2 + 2H\_2S = 3S\\downarrow + 2H\_2O$

硫酸 (H₂SO₄)

浓硫酸特性：

• 吸水性：作干燥剂（物理变化）。

• 脱水性：使有机物炭化（化学变化，如蔗糖变黑面包）。

• 强氧化性：

  $Cu + 2H\_2SO\_4(浓) \\xrightarrow{\\Delta} CuSO\_4 + SO\_2\\uparrow + 2H\_2O$
  $C + 2H\_2SO\_4(浓) \\xrightarrow{\\Delta} CO\_2\\uparrow + 2SO\_2\\uparrow + 2H\_2O$

$SO\_4^{2-}$ 检验方法： 先加稀盐酸酸化（排除 $Ag^+$, $CO\_3^{2-}$, $SO\_3^{2-}$ 干扰），再加 $BaCl\_2$ 溶液，若产生白色沉淀，则含 $SO\_4^{2-}$。

氮及其化合物

氮循环与固氮

氮的固定：将大气中游离态的氮($N\_2$)转化为氮的化合物的过程。

• 自然固氮：雷雨天($N\_2 \\to NO$)、根瘤菌。
• 人工固氮：合成氨。

氮氧化物的转化 ("雷雨发庄稼")

$N\_2$ $NO$ (无色) $NO\_2$ (红棕色) $HNO\_3$

$N\_2 + O\_2 \\xrightarrow{放电} 2NO$
$2NO + O\_2 = 2NO\_2$
$3NO\_2 + H\_2O = 2HNO\_3 + NO$

氨 (NH₃)

• 无色、刺激性气味，密度<空气。
• 极易溶于水(1:700)，可做喷泉实验。
• 氨水显弱碱性：$NH\_3 + H\_2O \\rightleftharpoons NH\_3\\cdot H\_2O \\rightleftharpoons NH\_4^+ + OH^-$

铵盐 (NH₄⁺)

• 受热易分解：$NH\_4Cl \\xrightarrow{\\Delta} NH\_3\\uparrow + HCl\\uparrow$
• 与碱反应放出氨气 (检验方法)：
  $NH\_4^+ + OH^- \\xrightarrow{\\Delta} NH\_3\\uparrow + H\_2O$

硝酸 (HNO₃)

强氧化性（不产生 $H\_2$）：

$Cu + 4HNO\_3(浓) = Cu(NO\_3)\_2 + 2NO\_2\\uparrow + 2H\_2O$
$3Cu + 8HNO\_3(稀) = 3Cu(NO\_3)\_2 + 2NO\\uparrow + 4H\_2O$

常温下，Fe、Al 在浓硝酸中发生钝化。

无机非金属材料

1. 传统硅酸盐材料

• 陶瓷：黏土高温烧结。
• 玻璃：原料纯碱、石灰石、石英；成分 $Na\_2SiO\_3, CaSiO\_3, SiO\_2$。
• 水泥：原料黏土、石灰石；水硬性。

2. 硅与二氧化硅

• Si：半导体，芯片，太阳能电池。
• SiO₂：光导纤维，石英玻璃，水晶。
• 反应：$SiO\_2 + 4HF = SiF\_4\\uparrow + 2H\_2O$ (刻蚀玻璃)。

第五章 强化练习 (10题)

化学反应与能量变化

吸热反应与放热反应

• 放热反应：反应物总能量 > 生成物总能量（断键吸热 < 成键放热）。
• 吸热反应：反应物总能量 < 生成物总能量（断键吸热 > 成键放热）。

常见放热反应

• 所有燃烧反应
• 酸碱中和反应
• 大多数化合反应
• 活泼金属与水/酸反应
• 铝热反应

常见吸热反应

• 大多数分解反应
• $C + CO\_2 \\xrightarrow{\\Delta} 2CO$
• $C + H\_2O \\xrightarrow{\\Delta} CO + H\_2$
• $Ba(OH)\_2 \\cdot 8H\_2O + 2NH\_4Cl$ (冰袋原理)

化学能转化为电能 —— 原电池

**构成条件：**两个活性不同的电极、电解质溶液、闭合回路、自发氧化还原反应。

Zn - Cu - 稀H₂SO₄ 原电池

负极 (Zn) $Zn - 2e^- = Zn^{2+}$ (氧化/溶解)

正极 (Cu) $2H^+ + 2e^- = H\_2\\uparrow$ (还原/气泡)

电子流向： 负极 $\\to$ 导线 $\\to$ 正极

离子流向： 阳离子 $\\to$ 正极，阴离子 $\\to$ 负极

🫧

🫧

化学反应速率与限度

1. 化学反应速率

公式：$v = \\frac{\\Delta c}{\\Delta t}$ （单位：$mol/(L\\cdot s)$ 或 $mol/(L\\cdot min)$）

影响因素 (内因)
反应物本身的性质

影响因素 (外因)
T↑ $\\to$ v↑
c↑ $\\to$ v↑
P↑ $\\to$ v↑ (仅气体)
催化剂 $\\to$ v↑

⚡ 速率计算器

/ =

2. 化学反应限度 (化学平衡)

定义：一定条件下，可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

特征判断 (v-t图)：
1. 逆：可逆反应。
2. 等：$v\_{正} = v\_{逆} \\neq 0$。
3. 动：动态平衡。
4. 定：各组分浓度保持一定（不一定相等）。
5. 变：条件改变，平衡移动。

**注意：**平衡时，反应并未停止！

第六章 强化练习

有机化合物基础：烃

甲烷 (CH₄)

• 结构：正四面体，键角 109°28'。
• 性质：稳定（不褪色），可燃。
• 取代反应：$CH\_4 + Cl\_2 \\xrightarrow{光} CH\_3Cl + HCl$ (产物有一氯、二氯、三氯甲烷和四氯化碳)。

乙烯 (C₂H₄) —— 烯烃代表

结构简式：$CH\_2=CH\_2$ (平面结构，含碳碳双键)

加成反应

$CH\_2=CH\_2 + Br\_2 \\to CH\_2BrCH\_2Br$ (褪色)
$CH\_2=CH\_2 + H\_2O \\xrightarrow{催化} CH\_3CH\_2OH$ (制乙醇)

氧化反应

使酸性 $KMnO\_4$ 溶液褪色。

加聚反应：$nCH_2=CH_2 \to

$$CH\_2-CH\_2$$

_n$ (聚乙烯PE)

苯 (C₆H₆) —— 芳香烃

• 结构：平面正六边形，碳碳键介于单键和双键之间（独特的大$\\pi$键）。
• 性质：不能使酸性 $KMnO\_4$ 褪色，不与溴水反应（但可萃取）。
• 反应：易取代（溴苯、硝基苯）、难加成、可燃烧。

乙醇与乙酸

🧪 官能团构建台

乙醇 乙酸

酯化反应（取代反应）

$CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow

$$加热$$

{浓H_2SO_4} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

饱和 $Na\_2CO\_3$ 溶液的作用：
1. 溶解乙醇。
2. 中和乙酸。
3. 降低乙酸乙酯溶解度（利于分层）。

基本营养物质

类别

代表物

水解产物

特性

糖类

葡萄糖 (单糖)
蔗糖 (二糖)
淀粉/纤维素 (多糖)

-
葡萄糖+果糖
葡萄糖

葡萄糖：银镜反应、新制Cu(OH)₂
淀粉：遇碘变蓝

油脂

植物油 (液)
动物脂肪 (固)

高级脂肪酸 + 甘油

碱性水解叫皂化反应

蛋白质

酶、肌肉、毛发

氨基酸

变性、颜色反应(遇浓硝酸变黄)、灼烧烧焦羽毛味

第七章 强化练习

化学与可持续发展

1. 金属的冶炼

金属活泼性

冶炼方法

举例

K Ca Na Mg Al

电解法

$2Al\_2O\_3 \\xrightarrow{电解} 4Al + 3O\_2$

Zn Fe Sn Pb (H) Cu

热还原法

$Fe\_2O\_3 + 3CO \\xrightarrow{高温} 2Fe + 3CO\_2$

Hg Ag

热分解法

$2HgO \\xrightarrow{\\Delta} 2Hg + O\_2\\uparrow$

2. 资源的综合利用

• 煤：干馏 (化学变化 $\\to$ 焦炭、煤焦油、焦炉气)、气化、液化。

• 石油：分馏 (物理变化 $\\to$ 汽油/煤油/柴油)、裂化 (提高汽油产量)、裂解 (获得乙烯/丙烯等基本原料)。

• 海水：

  制镁：海水 $\\xrightarrow{石灰乳}$ $Mg(OH)\_2$ $\\xrightarrow{HCl}$ $MgCl\_2$ $\\xrightarrow{电解}$ Mg
  提溴：浓缩 $\\xrightarrow{Cl\_2}$ $Br\_2$ (吹出、吸收、蒸馏)

3. 绿色化学

核心理念：从源头上减少或消除污染。

原子经济性：原子利用率 100% (期望产物质量 / 反应物总质量)。

例：化合反应、加成反应的原子利用率为 100%。

第八章 强化练习

function appData() { return { currentChapter: 5, sidebarOpen: true, mobileMenu: false, activeTab: 'section1', // Simulators state atom: { z: 11, n: 12 }, calc: { m: '', M: '', V: '', n: '', c: '' }, ironMap: { step1: false, step2: false, step3: false, step4: false }, trendSlider: 11, chapters:

{id: 5, title: '第五章 化工生产中的非金属', icon: 'fa-industry', color: 'text-teal-600', sub: \['硫及其化合物', '氮及其化合物', '无机非金属材料', '强化练习'

}, {id: 6, title: '第六章 化学反应与能量', icon: 'fa-bolt', color: 'text-orange-600', sub:

$$'反应与能量变化', '速率与限度', '强化练习'$$

}, {id: 7, title: '第七章 有机化合物', icon: 'fa-flask', color: 'text-pink-600', sub:

$$'烃 (甲烷/乙烯/苯)', '衍生物 (醇/酸/酯)', '营养物质', '强化练习'$$

}, {id: 8, title: '第八章 化学与可持续发展', icon: 'fa-leaf', color: 'text-green-600', sub:

$$'资源开发与绿色化学', '强化练习'$$

} ], exercises: { ch5:

{question: '下列关于 SO₂ 性质的叙述错误的是（ ）。', options: \['无色有毒气体', '能使品红褪色', '具有氧化性和还原性', '能使石蕊试液先变红后褪色'

, answer: 'D', analysis: 'SO₂ 不能漂白酸碱指示剂，只能使石蕊变红。'}, {question: '下列反应中，硝酸既表现氧化性又表现酸性的是（ ）。', options:

$$'FeO + HNO₃', 'C + HNO₃(浓)', 'CuO + HNO₃', 'Fe(OH)₃ + HNO₃'$$

, answer: 'A', analysis: 'A中Fe由+2变+3(氧化性)，且生成盐(酸性)。B只氧化性；C/D只酸性。'}, {question: '实验室制取氨气的方法是（ ）。', options:

$$'N₂和H₂直接化合', 'NH₄Cl受热分解', 'NH₄Cl和Ca(OH)₂共热', '浓氨水滴入浓硫酸'$$

, answer: 'C', analysis: '实验室标准法。B生成NH₃和HCl遇冷又化合；D发生酸碱中和。'}, {question: '下列物质不属于硅酸盐材料的是（ ）。', options:

$$'陶瓷', '玻璃', '水晶', '水泥'$$

, answer: 'C', analysis: '水晶主要成分是 SiO₂ (氧化物)，不是硅酸盐。'}, {question: '常温下，下列金属在浓硫酸中钝化的是（ ）。', options:

$$'Cu', 'Fe', 'Zn', 'Ag'$$

, answer: 'B', analysis: 'Fe 和 Al 在冷浓硫酸/浓硝酸中钝化。'}, {question: '氨水的喷泉实验说明氨气（ ）。', options:

$$'易液化', '极易溶于水', '具有还原性', '比空气轻'$$

, answer: 'B', analysis: '喷泉形成是因压强减小，源于极易溶于水。'}, {question: '下列关于 SiO₂ 的说法正确的是（ ）。', options:

$$'能溶于水生成硅酸', '是酸性氧化物，不与任何酸反应', '可用于制造光导纤维', '水晶的主要成分是硅酸盐'$$

, answer: 'C', analysis: 'A不反应；B能与HF反应；D是氧化物。'}, {question: '能鉴别 SO₂ 和 CO₂ 的试剂是（ ）。', options:

$$'澄清石灰水', '品红溶液', '紫色石蕊', 'BaCl₂溶液'$$

, answer: 'B', analysis: '两者都能使石灰水变浑浊；只有SO₂能漂白品红。'}, {question: '工业制硫酸中，SO₂ 催化氧化的设备是（ ）。', options:

$$'沸腾炉', '接触室', '吸收塔', '合成塔'$$

, answer: 'B', analysis: '沸腾炉造气，接触室转化，吸收塔吸收。'}, {question: '下列离子在 pH=1 的溶液中能大量共存的是（ ）。', options:

'SO₃²⁻', 'NH₄⁺', 'NO₃⁻', 'AlO₂⁻'

, answer: 'B', analysis: '酸性条件下，SO₃²⁻生成气体，AlO₂⁻生成沉淀/离子，NO₃⁻(H+)有强氧化性可能氧化还原性离子(此题无)。但A/D必错。NH₄⁺/NO₃⁻可共存。'} ], ch6:

{question: '下列反应属于吸热反应的是（ ）。', options: \['燃烧反应', '中和反应', '活泼金属与酸反应', 'Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl反应'

, answer: 'D', analysis: 'A/B/C 均为典型放热反应。'}, {question: '原电池工作时，负极发生（ ）。', options:

$$'氧化反应', '还原反应', '物理变化', '得电子反应'$$

, answer: 'A', analysis: '负极失电子，发生氧化反应。'}, {question: '决定化学反应速率的主要因素是（ ）。', options:

$$'温度', '浓度', '催化剂', '反应物本身的性质'$$

, answer: 'D', analysis: '内因决定外因。'}, {question: '下列措施能减慢反应速率的是（ ）。', options:

$$'升温', '增加反应物浓度', '加催化剂', '降低温度'$$

, answer: 'D', analysis: '降温减慢速率。'}, {question: '可逆反应达到平衡状态的标志是（ ）。', options:

$$'反应停止', '正逆反应速率相等', '反应物浓度为0', '各组分质量相等'$$

, answer: 'B', analysis: '动态平衡，速率相等，浓度不变。'}, {question: '铜锌原电池(稀硫酸)中，H⁺ 移向（ ）。', options:

$$'锌极', '铜极', '随机', '不动'$$

, answer: 'B', analysis: '阳离子移向正极(Cu)。'}, {question: '在 2A + B ⇌ 3C 中，反应最快的是（ ）。', options:

$$'v(A)=0.5', 'v(B)=0.3', 'v(C)=0.9', 'v(B)=0.2'$$

, answer: 'B', analysis: '换算成同一物质比较。v(B)=0.3 相当于 v(A)=0.6, v(C)=0.9 相当于 v(A)=0.6... 需统一单位比较。这里B最大。'}, {question: '下列过程是将化学能转化为电能的是（ ）。', options:

$$'风力发电', '燃料电池', '电解水', '光合作用'$$

, answer: 'B', analysis: '燃料电池是原电池。'}, {question: '控制反应条件的目的不包括（ ）。', options:

$$'提高转化率', '改变反应热', '加快速率', '减少副反应'$$

, answer: 'B', analysis: '反应热只与始态终态有关，与条件无关（盖斯定律）。'}, {question: '1mol C 完全燃烧放出的热量（ ）1mol C 不完全燃烧放出的热量。', options:

$$'大于', '小于', '等于', '无法比较'$$

, answer: 'A', analysis: '完全燃烧放热更多。'} ], ch7:

{question: '甲烷和氯气在光照下反应生成（ ）。', options: \['只有CH₃Cl', '只有CCl₄', '混合物', 'H₂'

, answer: 'C', analysis: '产物是四种氯代烃和HCl的混合物。'}, {question: '乙烯能使溴水褪色，是因为发生了（ ）。', options:

$$'取代反应', '加成反应', '氧化反应', '聚合反应'$$

, answer: 'B', analysis: '碳碳双键断裂，发生加成。'}, {question: '下列物质互为同系物的是（ ）。', options:

$$'CH₄和C₃H₈', 'O₂和O₃', '¹H和²H', '乙烯和乙烷'$$

, answer: 'A', analysis: '结构相似，分子组成相差CH₂。'}, {question: '乙醇氧化生成乙醛的催化剂是（ ）。', options:

$$'Na', 'Cu', '浓硫酸', 'NaOH'$$

, answer: 'B', analysis: 'Cu或Ag催化氧化。'}, {question: '苯的结构特点是（ ）。', options:

$$'含3个双键', '含3个单键', '介于单双键之间的独特键', '碳链结构'$$

, answer: 'C', analysis: '苯环中的键是独特的。'}, {question: '乙酸与乙醇反应生成乙酸乙酯属于（ ）。', options:

$$'加成反应', '酯化(取代)反应', '氧化反应', '中和反应'$$

, answer: 'B', analysis: '酸脱羟基醇脱氢。'}, {question: '下列不属于天然高分子的是（ ）。', options:

$$'淀粉', '纤维素', '蛋白质', '油脂'$$

, answer: 'D', analysis: '油脂相对分子质量较小，不是高分子。'}, {question: '检验葡萄糖常用的试剂是（ ）。', options:

$$'碘水', '新制Cu(OH)₂', 'NaOH', '石蕊'$$

, answer: 'B', analysis: '加热产生砖红色沉淀。'}, {question: '蛋白质水解的最终产物是（ ）。', options:

$$'葡萄糖', '甘油', '氨基酸', '脂肪酸'$$

, answer: 'C', analysis: '蛋白质由氨基酸缩合而成。'}, {question: '除去乙酸乙酯中少量的乙酸，最好用（ ）。', options:

$$'饱和Na₂CO₃', 'NaOH', '水', '乙醇'$$

, answer: 'A', analysis: 'NaOH会水解酯，水不分层，饱和碳酸钠吸收酸、溶解醇、降低酯溶解度。'} ], ch8:

{question: '冶炼金属钠通常采用（ ）。', options: \['热分解法', '热还原法', '电解法', '湿法冶金'

, answer: 'C', analysis: '活泼金属(K/Na/Ca/Mg/Al)用电解熔融盐/氧化物。'}, {question: '石油分馏主要利用了组分的（ ）。', options:

$$'熔点不同', '沸点不同', '密度不同', '化学性质不同'$$

, answer: 'B', analysis: '物理变化，沸点不同。'}, {question: '下列符合绿色化学原子经济性要求(100%)的是（ ）。', options:

$$'取代反应', '加成反应', '水解反应', '氧化反应'$$

, answer: 'B', analysis: '加成反应无副产物，原子利用率100%。'}, {question: '海带提碘中，将碘离子转化为碘单质需加入（ ）。', options:

$$'氧化剂', '还原剂', '沉淀剂', '催化剂'$$

, answer: 'A', analysis: 'I⁻ → I₂ 化合价升高，需氧化剂(如Cl₂, H₂O₂)。'}, {question: '酸雨的pH小于（ ）。', options:

$$'7.0', '6.5', '5.6', '4.0'$$

, answer: 'C', analysis: '正常雨水含CO₂ pH≈5.6，酸雨更低。'}, {question: '铝热反应不能用于（ ）。', options:

$$'焊接钢轨', '冶炼铁', '冶炼镁', '冶炼锰'$$

, answer: 'C', analysis: 'Mg比Al活泼，Al不能置换Mg。'}, {question: '煤的气化和液化属于（ ）。', options:

$$'物理变化', '化学变化', '物理和化学变化', '状态变化'$$

, answer: 'B', analysis: '生成了新物质。'}, {question: '下列不属于化石燃料的是（ ）。', options:

$$'煤', '石油', '天然气', '氢能'$$

, answer: 'D', analysis: '氢能是新能源。'}, {question: '海水淡化最古老且成熟的方法是（ ）。', options:

$$'电渗析法', '反渗透法', '蒸馏法', '离子交换法'$$

, answer: 'C', analysis: '蒸馏法。'}, {question: '下列做法不符合可持续发展的是（ ）。', options:

$$'垃圾分类', '使用可降解塑料', '大量使用化肥农药', '开发新能源'$$

, answer: 'C', analysis: '应合理使用。'} ] } } }