第1章 物质及其变化（word版）-【精英1号】2024年高一化学学考名师解析与训练·知识梳理手册

第一章　物质及其变化 第一节　物质的分类及转化 1.同素异形体：由一种元素形成的几种性质不同的单质。如：金刚石和石墨、白磷(P4)和红磷、氧气和臭氧。 2.物质的分类方法：树状分类法(对同一分类项下物质再分类)、交叉分类法(从不同角度对物质进行分类)。 3.分散系：把一种(或多种)物质(即分散质)以粒子形式分散到另一种(或多种)物质(即分散剂)中所形成的混合物。 (1)分散系分类：根据分散质粒子的直径大小(本质区别)分类。 (2)胶体分类：根据分散剂的不同分类。 (3)胶体的性质和应用。 丁达尔效应：当有一束光通过胶体时，从垂直入射光方向可以看到一条光亮的“通路”。 应用：可用于鉴别溶液和胶体。 胶体粒子具有巨大的比表面积，吸附力很强，能在水中吸附悬浮固体或色素形成沉淀，从而使水净化。 应用：明矾净水。 4．物质的转化。 对于Ca、C而言，单质到盐的转化关系可表示为： 1.分类是一种以物质的组成、结构、性质、用途等为依据，对纷繁复杂的物质进行归纳、总结，并对未知的物质性质进行预测、验证的科学方法。分类的视角可以是宏观的元素种类、物质的组成、理化性质，也可以是微观的价键结构、构成粒子、晶体类型等。 2.酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物是根据这些氧化物在与酸或碱反应时表现出来的性质进行的分类。金属氧化物与非金属氧化物仅仅是从元素的种类上进行分类。故酸、碱性氧化物与金属氧化物、非金属氧化物之间并不存在一一对应关系，如金属氧化物可以是酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物。Mn2O7是酸性氧化物，Na2O是碱性氧化物，Al2O3是两性氧化物。 3.胶体性质的核心在于胶体粒子的直径为1～100nm，可以发生光的散射产生丁达尔效应；颗粒较小，具有很大的比表面积，具有吸附功能，能够吸附固体颗粒，故具有沉降净水的功能。 4.物质的转化可以基于物质的分类而得出一般规律，如基于金属与非金属的二维分类法，可以得到“金属单质—金属氧化物—碱”和“非金属单质—非金属氧化物—酸”两条维线。可以通过盐对上述两条维线进行交联，也可以以盐为中心进行扩散关联，形成思维导图。 例1　下列关于物质分类的正确组合是( ) 选项 碱 酸 盐 碱性氧化物 酸性氧化物 A 纯碱 HNO3 FeSO4 Al2O3 CO2 B 烧碱 HCl NH4Cl MgO NO2 C 氢氧化铁 NaHSO4 NaHCO3 CaO CO D 熟石灰 CH3COOH CaCO3 K2O SiO2 【答案】D 【解析】A.纯碱为碳酸钠，属于盐，不是碱，Al2O3为两性氧化物，不是碱性氧化物，故A错误；B.二氧化氮与氢氧化钠溶液反应生成硝酸钠、亚硝酸钠和水，不是酸性氧化物，故B错误；C.硫酸氢钠电离产生的阳离子有氢离子、钠离子，属于盐，不是酸，CO与氢氧化钠不反应，不是酸性氧化物，故C错误；D.熟石灰为碱，醋酸为酸，碳酸钙为盐，氧化钾为碱性氧化物，二氧化硅为酸性氧化物，故D正确；故选D。 例2　元素是构成化学物质的基本单元，对物质的化学性质起着重要作用。一般含有相同元素的物质都具有类似的化学性质。现有H、O、Cl、Na、Fe五种元素，按要求回答下列问题。 (1)写出仅由上述元素组成的且符合对应条件的物质的化学式(均只需写一种)：酸 ；碱 ；碱性氧化物 ；具有氧化性的气体单质 。 (2)写出仅由上述元素组成的物质间发生符合要求的反应的化学方程式(均只需写一个)：生成沉淀的反应 ；生成气体的反应 。 (3)写出仅由上述元素组成的物质间发生符合要求的反应的化学方程式(均只需写一个)：属于复分解反应的反应 ；属于化合反应的反应 。 【答案】(1)HCl　NaOH　Na2O　O2　(2)FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl　Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑　(3)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O　2H2＋O22H2O(合理即可) 【解析】(1)电解质电离时所生成的阳离子全部是氢离子的化合物是酸， 电解质电离时生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物是碱，与酸反应生成盐和水的氧化物为碱性氧化物，仅由H、O、Cl、Na、Fe五种元素组成的酸有HCl或HClO等，碱有NaOH或Fe(OH)3等，碱性氧化物有Na2O或FeO等，仅由H、O、Cl、Na、Fe五种元素组成的气体单质有H2或Cl2或O2，其中具有氧化性的有Cl2或O2。 (2)仅由H、O、Cl、Na、Fe五种元素组成的物质中，氯化亚铁能与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化亚铁沉淀和氯化钠，反应的化学方程式为：FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl，氯化铁能与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀和氯化钠，反应的化学方程式为：FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl，铁能与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，反应的化学方程式为：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，钠能与盐酸反应生成氯化钠和氢气，反应的化学方程式为：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑。 (3)酸碱中和反应为复分解反应，盐和碱反应生成新盐和新碱的反应为复分解反应，因此仅由H、O、Cl、Na、Fe五种元素组成的物质中，发生复分解反应的反应有：HCl＋NaOH===NaCl＋H2O，2HCl＋Fe(OH)2===FeCl2＋2H2O，FeCl3＋3NaOH===3NaCl＋Fe(OH)3↓，FeCl2＋2NaOH===Fe(OH)2↓＋2NaCl。由两种或两种以上物质反应生成一种物质的反应为化合反应，仅由H、O、Cl、Na、Fe五种元素组成的物质中，发生化合反应的反应有：2H2＋O22H2O，H2＋Cl22HCl，4Na＋O2＝2Na2O。 第二节　离子反应 1．电解质和非电解质 (1)电解质：在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物，如HCl、NaOH、NaCl等。 (2)非电解质：在水溶液中和熔融状态下都不能导电的化合物，如酒精、葡萄糖、CH4等。 (3)①电解质和非电解质均是化合物，单质和混合物不是电解质和非电解质。 ②电解质不一定导电，如固态NaCl、液态HCl等；导电物质不一定是电解质，如铁、铝等金属单质。 ③电解质是指自身电离生成离子的化合物，有些化合物的水溶液虽然能导电，但溶液中的离子不是由它自身电离产生的，不属于电解质。例如，CO2、SO2、NH3、SO3属于非电解质，它们与水反应生成的产物H2CO3、H2SO3、NH3·H2O、H2SO4自身能电离，是电解质。 ④电解质与金属的导电原理不同。电解质导电是由于自由移动的阴、阳离子的定向移动；金属导电是由于自由电子的定向移动。 2．离子反应和离子方程式 (1)离子反应 ①概念：凡有离子参加或生成的反应都是离子反应。 ②本质：溶液中某些离子的量的减小或离子种类发生改变。 ③离子反应发生的条件：a.生成难溶于水的物质，如硫酸与氢氧化钡反应生成难溶于水的硫酸钡。b.生成气体的反应，如盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳。c.生成水(或弱电解质)的反应，如盐酸与氢氧化钠反应生成水。 (2)离子方程式 ①离子方程式：用实际参加反应的离子符号来表示离子反应的式子。所谓实际参加反应的离子，是指在反应前后数目发生变化的离子。 ②意义：离子方程式不仅可以表示一定物质间的某个反应，而且可以表示所有同一类型的离子反应。例如，H＋＋OH－===H2O可以表示强酸与强碱反应生成可溶性盐的中和反应。 ③离子方程式的书写。 a.写：写出反应的化学方程式。 b.拆：将易溶于水且易电离的物质写成离子形式。 c.删：删去方程式两边不参加反应的离子，并将方程式化为最简。 d.查：检查离子反应方程式两边各元素原子个数和电荷数是否相等。 以CaCO3与盐酸的反应为例： 1.电解质、非电解质的概念是在化合物概念下的具体分类，因而判断是否为电解质，不能脱离化合物的前提，单质、混合物既不是电解质也不是非电解质。 2.在化合物的前提下讨论导电性，特指在水溶液中或熔融状态下。故电解质并非在任何情况下都能导电，只有在特定条件下才能导电。 3.离子反应的实质是向着离子浓度减小的方向进行，实际用具体参加反应的粒子来表示，从微粒观的角度解释了水溶液中或熔融状态下反应的本质。 4.离子方程式书写的关键是，把易溶于水、易电离的物质拆成离子形式，其他物质仍用化学式表示。 5.离子反应的条件主要是，生成难溶解的、易挥发的、难电离的物质或者发生氧化还原反应(见本章第三节)。能发生反应的离子不能大量共存，同时注意离子共存中的诸多隐含条件(溶液的颜色、酸碱性等)。 例1　下列表示对应化学反应的离子方程式正确的是( ) A.向碳酸氢铵溶液中加入少量石灰水：Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O B.稀硫酸和氢氧化钡溶液反应：H＋＋SO＋Ba2＋＋OH－===BaSO4↓＋H2O C.向Al2(SO4)3溶液中加入过量的NH3·H2O：Al3＋＋4NH 3·H2O===[Al(OH)4]－＋4NH D.酸性介质中KMnO4氧化H2O2：2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O 【答案】D 【解析】A.向碳酸氢铵溶液中加入少量石灰水，氢氧化钙少量，依据“谁少谁为1，以少补多”的原则，离子方程式为：Ca2＋＋2HCO＋2OH－===CaCO3↓＋2H2O＋CO，A错误；B.稀硫酸和氢氧化钡溶液反应生成硫酸钡和水，离子方程式为：2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O，B错误；C.氢氧化铝不溶于弱碱，向Al2(SO4)3溶液中加入过量的NH3·H2O，离子方程式为：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH，C错误；D.酸性介质中KMnO4氧化H2O2生成二价锰离子和氧气，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，离子方程式为：2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O，D正确；故选D。 例2　某溶液可能含有Cl－、SO、CO、NH、Fe3＋、Al3＋和K＋。取该溶液100mL，加过量NaOH溶液，加热，得到0.02mol气体，同时产生红褐色沉淀；过滤，洗涤，灼烧，得到1.6g固体；向上述滤液中加足量BaCl2溶液，得到4.66g不溶于盐酸的沉淀。可知原溶液中( ) A.至少存在5种离子 B.一定存在Cl－、SO、NH、Fe3＋ C.CO、Al3＋一定不存在，K＋可能存在 D.c(Cl－)≥0.04mol/L 【答案】B 【解析】加过量NaOH溶液，加热，得到0.02mol气体，说明100mL溶液中含有0.02molNH；加过量NaOH溶液时产生红褐色沉淀，过滤，洗涤，灼烧，得到1.6g固体，该固体是氧化铁，说明原溶液含有0.02molFe3＋；向上述滤液中加足量BaCl2溶液，得到4.66g不溶于盐酸的沉淀，该沉淀是硫酸钡，n(BaSO4)＝0.02mol，说明原溶液含有0.02molSO。A.该溶液含有0.02molNH、0.02molFe3＋、0.02molSO，CO、Fe3＋不共存，所以一定不含CO，根据电荷守恒，一定含有Cl－，所以至少存在4种离子，故A错误；B.该溶液含有0.02molNH、0.02molFe3＋、0.02molSO，CO、Fe3＋不共存，所以一定不含CO，根据电荷守恒，一定含有Cl－，所以一定存在Cl－、SO、NH、Fe3＋，故B正确；C.CO、Fe3＋不共存，CO一定不存在，Al3＋、K＋可能存在，故C错误；D.100mL溶液含有0.02molNH、0.02molFe3＋、0.02molSO，CO一定不存在，Al3＋、K＋可能存在，根据电荷守恒，若不含Al3＋、K＋，n(Cl－)＝0.04mol；若Al3＋、K＋存在，根据电荷守恒，n(Cl－)>0.04mol；所以c(Cl－)≥0. 4mol/L，故D错误；选B。 第三节　氧化还原反应 1．重要概念 氧化还原反应的特征：元素化合价发生变化。 氧化还原反应的本质：电子转移(得失或偏移)。 氧化剂：化合价降低→得到电子→被还原→发生还原反应→生成产物。 还原剂：化合价升高→失去电子→被氧化→发生氧化反应→氧化产物。 常见氧化剂：氧气、氯化铁、氧化铜、高锰酸钾、过氧化氢、浓硫酸等。 常见还原剂：铁、锌、氢气、一氧化碳、碳、碘化钾等。 2．表示方法 (1)双线桥法。 ①箭头必须由反应物指向生成物。 ②线桥上要标明“得”或“失”的电子数。 ③得失电子数必须相等，即得失电子守恒：m×n＝a×b。 ④箭头方向不代表电子转移的方向，仅表示电子转移前后化合价的变化。 (2)单线桥法。 ①箭头方向指明了电子转移方向，无须注明“得”或“失”。 ②线桥两端连接反应物中变价元素。 3．基本规律 (1)守恒规律。 氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。守恒规律是氧化还原反应方程式配平与计算问题的依据。 (2)价态规律。 ①元素处于最高价，只有氧化性；元素处于最低价，只有还原性；元素处于中间价态，既有氧化性又有还原性。例如，Fe3＋只有氧化性，Fe只有还原性，Fe2＋既有氧化性又有还原性。 ②价态归中规律。同种元素不同价态物质间发生氧化还原反应时，该元素价态的变化一定遵循“只靠拢，不交叉”。例如，在反应H2S＋H2SO4(浓)===S↓＋SO2↑＋2H2O中，氧化产物是S，还原产物是SO2。 (3)强弱规律。 ①自发进行的氧化还原反应，氧化性与还原性的强弱一般符合以下情况，氧化性：氧化剂>氧化产物，还原性：还原剂>还原产物。 ②先后规律。一种氧化剂(还原剂)与多种还原剂(氧化剂)反应时，按照还原性(氧化性)由强到弱的顺序依次反应。例如，往FeCl2与CuCl2的混合溶液中加入Zn，应该先置换出铜单质，因为氧化性：Cu2＋>Fe2＋。 4．氧化还原反应与四种基本反应类型间的关系 5．氧化性、还原性强弱的判断 氧化性、还原性的强弱主要取决于物质得失电子的难易程度，与得失电子的数目无关。 ①依据反应原理判断。 氧化剂＋还原剂→还原产物＋氧化产物。 氧化性：氧化剂>氧化产物。 还原性：还原剂>还原产物。 ②根据金属的活动性顺序判断。 ③根据非金属的活动性顺序判断。 ④根据反应的条件、现象判断。 不同的氧化剂(还原剂)与同一还原剂(氧化剂)反应时，若反应越容易进行，则对应的氧化剂(还原剂)的氧化性(还原性)越强。例如： MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O 从反应条件可以看出，氧化性：KMnO4>MnO2。 又如，F2在黑暗条件下能与H2反应，Cl2与H2反应需要光照或点燃，氧化性： F2＞Cl2。 ⑤根据变价元素被氧化或被还原的程度判断。 例如： 氧化性：Cl2＞S ⑥其他因素。 温度：如热的浓硫酸的氧化性比冷的浓硫酸的氧化性强。 浓度：如浓硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化性强。 酸碱性：如KMnO4溶液的氧化性随溶液酸性的增强而增强。 1.认识氧化反应的三个视角：①元素观视角——得氧为氧化，失氧为还原；②价态观视角——化合价升高为氧化，化合价降低为还原；③微粒观视角——失去电子为氧化，得到电子为还原。宏观现象→化学物质→元素价态→得失电子，氧化还原反应像是微观粒子之间传递电子的“游戏”。 2.概念判断要义：反应物由一种或多种元素构成，只要所含元素(一种或多种)的化合价升高，该物质即为还原剂；只要所含元素(一种或多种)的化合价降低，该物质即为氧化剂。 生成物由一种或多种元素构成，只要所含元素(一种或多种)的化合价降低，该产物即为还原产物；只要所含元素(一种或多种)的化合价升高，该物质即为氧化产物。 【强调】氧化剂、还原剂可以是同种物质，也可以是不同种物质；氧化产物、还原产物可以是同种物质，也可以是不同种物质。 谐音记忆法：宋朝有名将杨家将，谐音为“杨家将——氧价降”，即氧化剂的化合价降低(还原剂的化合价升高)。 理解记忆法：18世纪，科学家将物质与氧化合的反应为氧化反应，物质与氧化合是化合物失去电子、化合价升高，故规定氧化反应是物质失去电子、化合价升高的反应。 【强调】氧化还原反应的概念互相依存、对立又共存于同一体系中。 3.元素化合价的变化与得失电子的关系：氧化剂中N个原子化合价降低得到的电子数ne＝N×(初价－终价)；还原剂中M个原子化合价升高失去的电子数ne＝M×(终价－初价)。简记：ne＝价态变化绝对值×原子数目。注意：某一具体反应中所有物质得失电子数目相等。 例1　下列关于氧化还原反应的说法中错误的是( ) A.在反应中失去电子的物质被氧化，得到电子的物质被还原 B.在氧化还原反应中氧化产物和还原产物可以是同一物质 C.氧化还原反应是一种物质首先被氧化，另一种物质再被还原的反应 D.只有氧化没有还原的反应是不存在的 【答案】C 【解析】A.失去电子的物质为还原剂，被氧化发生氧化反应而得到电子的物质为氧化剂，被还原发生还原反应，故A正确；B.归中的氧化还原反应中氧化产物和还原产物是同一物质，所以在氧化还原反应中氧化产物和还原产物可以是同一物质，故B正确；C.氧化还原反应中，一种物质被氧化，另一种物质不一定被还原，如氯气和水的反应中水既不被氧化也不被还原，且氧化反应和还原反应是同时发生的，没有先后顺序，故C错误；D.氧化反应、还原反应同时存在，存在化合价升高就存在化合价降低，有得电子的就有失电子的，所以只有氧化没有还原的反应是不存在的，故D正确。故选C。 例2　向FeI2、FeBr2的混合溶液中通入适量氯气，溶液中某些离子的物质的量变化如图所示。下列有关说法不正确的是( ) A.线段BD表示Fe3＋物质的量的变化 B.原混合溶液中FeI2的物质的量为1mol C.当通入2molCl2时，溶液中已发生的离子反应可表示为2Fe2＋＋2I－＋2Cl2===2Fe3＋＋I2＋4Cl－ D.原溶液中，n(Fe2＋)∶n(I－)∶n(Br－)＝2∶3∶1 【答案】D 【解析】还原性I－>Fe2＋>Br－，向FeI2、FeBr2的混合溶液中通入氯气：通入0～1mol氯气发生反应2I－＋Cl2===I2＋2Cl－；通入1～3mol氯气发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；通入3～6mol氯气发生反应2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。A.通入1～3mol氯气发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，线段BD表示Fe3＋物质的量的变化，故A正确；B.通入0～1mol氯气发生反应2I－＋Cl2===I2＋2Cl－，可知原溶液中含有2mol I－，原混合溶液中FeI2的物质的量为1mol，故B正确；C.当通入2mol Cl2时，有2mol I－、2mol Fe2＋被氧化，溶液中已发生的离子反应可表示为2Fe2＋＋2I－＋2Cl2===2Fe3＋＋I2＋4Cl－，故C正确；D.反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－消耗2mol氯气，反应2I－＋Cl2===I2＋2Cl－消耗1mol氯气，反应2Br－＋Cl2＝Br2＋2Cl－消耗3mol氯气，所以原溶液中，n(Fe2＋)∶n(I－)∶n(Br－)＝2∶1∶3，故D错误，选D。 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