初中化学奥赛知识要点全解¶
本文档系统整理初中化学竞赛（以全国初中学生化学素质和实验能力竞赛为核心）所需的全部知识点与竞赛拓展内容，涵盖实验操作、空气氧气、水氢气、碳及氧化物、金属、溶液、酸碱盐、化学计算、物质构成及竞赛方法等板块，适合竞赛备考与拓展提升。
一、化学实验基本操作与安全¶
1. 常用化学仪器¶
1.1 反应容器¶
| 仪器 | 用途 | 注意事项 |
|---|---|---|
| 试管 | 少量物质反应容器 | 加热液体 ≤ $\frac{1}{3}$容积；加热固体管口略向下倾斜 |
| 烧杯 | 较大量反应、配制溶液 | 加热需垫石棉网；不可直接加热 |
| 锥形瓶 | 反应容器、滴定 | 加热需垫石棉网 |
| 蒸馏烧瓶 | 液体蒸馏（竞赛） | 加热需垫石棉网，配温度计 |
| 蒸发皿 | 蒸发浓缩溶液 | 可直接加热；蒸发时用玻璃棒搅拌 |
| 燃烧匙 | 盛放固体在气体中燃烧 | — |
1.2 计量仪器¶
| 仪器 | 用途 | 精度/规格 |
|---|---|---|
| 量筒 | 量取液体体积 | 10 mL 量筒精度 0.1 mL；不可加热、不可配制溶液、不可在其中反应 |
| 托盘天平 | 称量固体质量 | 精度 0.1 g；左物右码 |
| 温度计 | 测量温度 | 水浴加热时水银球浸入水浴中 |
| 胶头滴管 | 滴加少量液体 | 垂直悬空，不伸入容器、不平放或倒置 |
1.3 分离与提纯仪器¶
- 漏斗：过滤（普通漏斗）、向小口容器转移液体。
- 长颈漏斗：用于固体-液体制气装置（如制 CO₂），下端伸入液面以下防漏气。
- 分液漏斗（竞赛）：分离互不相溶的液体；可控制滴加速度。
- 洗气瓶：除杂、干燥气体，气体”长进短出”。
1.4 夹持与支撑仪器¶
铁架台、铁夹、铁圈、坩埚钳、试管夹（从底部往上套，夹在试管中上部）、石棉网、泥三角、三脚架。
2. 化学实验基本操作¶
2.1 药品的取用¶
- 取用原则：”三不”——不用手摸、不用鼻闻、不用嘴尝。
- 取用量：液体 1~2 mL；固体盖满试管底部；剩余药品不能放回原瓶，放入指定容器。
- 固体取用：粉末状用药匙或纸槽（”一斜二送三直立”）；块状用镊子（”一横二放三慢竖”）。
- 液体取用：瓶塞倒放，标签向手心，瓶口紧靠容器口，缓慢倾倒。
2.2 物质的加热¶
- 液体加热：试管外壁擦干，液体不超过 $\frac{1}{3}$ 容积，试管夹夹中上部，约 45° 倾斜，先预热后集中加热，管口不对人。
- 固体加热：试管口略向下倾斜，防止冷凝水倒流炸裂试管。
- 给烧杯/烧瓶加热：必须垫石棉网，使之受热均匀。
2.3 过滤与蒸发¶
- 过滤：”一贴二低三靠”
- 一贴：滤纸紧贴漏斗内壁；
- 二低：滤纸边缘低于漏斗口，液面低于滤纸边缘；
- 三靠：倾倒液体烧杯口靠玻璃棒，玻璃棒靠三层滤纸处，漏斗下端靠烧杯内壁。
- 蒸发：蒸发皿加热，玻璃棒不断搅拌防液滴飞溅；出现较多固体时停止加热，利用余热蒸干。
2.4 溶液的配制¶
- 计算（溶质和溶剂质量）；
- 称量（天平称固体，量筒量液体）；
- 溶解（在烧杯中用玻璃棒搅拌加速溶解）；
- 装瓶贴签。
3. 气体制取装置¶
3.1 发生装置选择¶
| 类型 | 条件 | 典型装置 | 适用反应 |
|---|---|---|---|
| 固固加热型 | 固体+固体，加热 | 试管+酒精灯 | 制 O₂（KClO₃/KMnO₄） |
| 固液常温型 | 固体+液体，不加热 | 锥形瓶+长颈漏斗/分液漏斗 | 制 O₂（H₂O₂+MnO₂）、制 CO₂、制 H₂ |
3.2 收集方法¶
| 方法 | 适用气体 | 原理 |
|---|---|---|
| 排水法 | 难溶/微溶于水且不与水反应的气体（O₂、H₂、CH₄、CO） | 气体不溶于水 |
| 向上排空气法 | 密度大于空气的气体（CO₂、O₂） | 密度差 |
| 向下排空气法 | 密度小于空气的气体（H₂、NH₃） | 密度差 |
- 排空气法收集时导气管应伸入集气瓶底部。
3.3 气体验满与检验¶
| 气体 | 验满方法 | 检验方法 |
|---|---|---|
| O₂ | 带火星木条放在瓶口 | 带火星木条伸入瓶内，复燃 |
| CO₂ | 燃着木条放在瓶口熄灭 | 通入澄清石灰水变浑浊 |
| H₂ | — | 点燃产生淡蓝色火焰，产物只有水 |
4. 实验安全与事故处理¶
4.1 实验安全规则¶
- 闻气体气味：用手在瓶口轻轻扇动，使少量气体飘入鼻孔。
- 浓酸浓碱使用：必须佩戴护目镜和手套。
- 稀释浓硫酸：酸入水，沿器壁缓慢注入，不断搅拌；切勿水入酸（酸液飞溅）。
4.2 常见事故处理¶
| 事故 | 正确处理方法 |
|---|---|
| 酸洒在皮肤上 | 立即用大量水冲洗，再涂 3%~5% NaHCO₃ 溶液 |
| 浓硫酸沾皮肤 | 先用干布擦拭，再大量水冲洗，最后涂 NaHCO₃ 溶液 |
| 碱液洒在皮肤上 | 大量水冲洗，再涂硼酸溶液 |
| 酸液洒到桌面 | 适量 NaHCO₃ 溶液中和，再水冲洗 |
| 酒精灯打翻起火 | 用湿抹布扑盖沙子覆盖 |
4.3 常见危险操作（禁令）¶
- 严禁向燃着的酒精灯添加酒精。
- 严禁用燃着的酒精灯点燃另一只酒精灯。
- 严禁用嘴吹灭酒精灯（用灯帽盖灭，盖两次）。
- 严禁品尝任何药品。
- 严禁把实验室药品带出室外。
5. 竞赛拓展：实验设计与评价¶
5.1 实验设计原则¶
- 科学性：原理正确，反应可行。
- 安全性：操作安全，无危险产物。
- 环保性：尾气处理（如 CO 尾气点燃或收集）。
- 简约性：步骤少、装置简单。
- 现象明显：现象易于观察判断。
5.2 实验方案评价要点¶
- 反应条件是否简便、安全；
- 反应速率是否适中（太快不便收集，太慢效率低）；
- 产物是否纯净（是否需要除杂）；
- 装置是否气密（气密性检查）。
5.3 气密性检查方法¶
- 手握法：手握试管（或烧瓶），导管口浸入水中，有气泡冒出，松手后有水柱上升，说明气密性良好。
- 液差法（竞赛）：关闭止水夹，从长颈漏斗注水至形成液面高度差，观察液面是否保持不变。
二、空气与氧气¶
1. 空气的组成¶
1.1 空气成分（按体积分数）¶
| 成分 | 体积分数 |
|---|---|
| 氮气 N₂ | 78% |
| 氧气 O₂ | 21% |
| 稀有气体 | 0.94% |
| 二氧化碳 CO₂ | 0.03% |
| 其他气体和杂质 | 0.03% |
- 空气是混合物，各成分保持各自性质。
- 发现者：法国化学家拉瓦锡通过汞氧化实验首次定量测定空气组成。
1.2 空气成分测定实验¶
实验装置：集气瓶（内装水，标记刻度）+ 燃烧匙（红磷）+ 导管 + 烧杯。
反应原理：
$$\text{4P} + \text{5O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{2P}_2\text{O}_5$$
实验现象：红磷燃烧产生大量白烟，放热；冷却后打开止水夹，水沿导管进入集气瓶，进入体积约 $\frac{1}{5}$。
结论：氧气约占空气体积 $\frac{1}{5}$。
实验成功条件：
1. 装置气密性良好；
2. 红磷足量（过量），确保氧气耗尽；
3. 必须冷却到室温后再打开止水夹。
误差分析（竞赛重点）：
- 水进入 $< \frac{1}{5}$：①红磷不足；②装置漏气；③未冷却到室温就打开止水夹。
- 水进入 $> \frac{1}{5}$：①点燃红磷后未及时塞紧塞子；②弹簧夹未夹紧。
替代药品：可用白磷（着火点低，40℃），不能用木炭/硫（生成气体，瓶内压强变化不明显），不能用铁（不在空气中燃烧）。
2. 氧气的性质¶
2.1 物理性质¶
通常无色无味气体，密度略大于空气，不易溶于水。液氧淡蓝色，固态氧雪花样蓝色。
2.2 化学性质——氧化性¶
氧气支持燃烧，是常用氧化剂。
| 反应物 | 反应现象 | 化学方程式 |
|---|---|---|
| 木炭 | 发白光，放热，产生使澄清石灰水变浑浊的气体 | $\text{C} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{CO}_2$ |
| 硫 | 明亮蓝紫色火焰，放热，有刺激性气味 | $\text{S} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{SO}_2$ |
| 磷（红磷） | 大量白烟，放热 | $4\text{P} + 5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{P}_2\text{O}_5$ |
| 铁丝 | 剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体 | $3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{Fe}_3\text{O}_4$ |
| 氢气 | 淡蓝色火焰，放热 | $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{H}_2\text{O}$ |
| 镁条 | 耀眼白光，放热，白色固体 | $2\text{Mg} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{MgO}$ |
| 蜡烛 | 发白光，放热，有水和CO₂生成 | — |
铁丝在氧气中燃烧实验要点：
- 集气瓶底预先装少量水或铺一层细沙（防止熔融物溅落炸裂瓶底）。
- 铁丝前端系一根火柴（引燃铁丝）。
- 铁丝绕成螺旋状（增大接触面积，利于持续燃烧）。
3. 氧气的制法¶
3.1 工业制法——分离液态空气法（物理变化）¶
利用液氮和液氧沸点不同（液氮沸点 −196℃，液氧沸点 −183℃），先气化的是氮气，剩下液氧。属于物理变化。
3.2 实验室制法¶
方法一：加热分解法（固固加热型）
-
高锰酸钾分解：
$$2\text{KMnO}_4 \xrightarrow{\Delta} \text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{MnO}_2 + \text{O}_2\uparrow$$ -
氯酸钾分解（MnO₂ 催化）：
$$2\text{KClO}_3 \xrightarrow[\Delta]{\text{MnO}_2} 2\text{KCl} + 3\text{O}_2\uparrow$$ -
装置要点：试管口塞一团棉花（防 KMnO₄ 粉末堵塞导管）；试管口略向下倾斜。
- MnO₂ 是催化剂，反应前后质量和化学性质不变。
方法二：分解过氧化氢（固液常温型）
$$2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow$$
- 优点：不需加热，操作简便、安全；反应物易得；产物无污染。
3.3 催化剂与催化作用（竞赛重点）¶
- 催化剂定义：在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质。
- 一变：改变反应速率（加快或减慢）。
- 二不变：反应前后质量不变、化学性质不变。
- 催化剂具有选择性：同一反应可有不同催化剂，同一催化剂也可催化不同反应。
- 催化作用可能影响反应机理，但不改变反应始末状态和化学平衡（竞赛拓展）。
3.4 催化剂探究实验（竞赛常见题型）¶
- 变量设计：
- 对比实验 1：单独加热 KClO₃ → 放氧极慢。
- 对比实验 2：单独加热 MnO₂ → 无氧气产生。
- 对比实验 3：KClO₃ + MnO₂ 共热 → 迅速放出 O₂。
- 证明催化剂质量不变：反应后分离回收 MnO₂，称量质量不变。
- 证明化学性质不变：回收的 MnO₂ 仍能催化新的 KClO₃ 分解。
4. 化合反应与氧化反应¶
4.1 化合反应¶
两种或两种以上物质生成一种新物质的反应：
$$\text{A} + \text{B} \longrightarrow \text{AB}$$（多变一）
4.2 氧化反应¶
物质与氧（含氧气和含氧化合物中的氧）发生的反应。
- 剧烈氧化：燃烧（发光放热）。
- 缓慢氧化：铁生锈、食物腐败、呼吸作用、酒醋酿造。不发光但放热。
4.3 化合反应与氧化反应的关系¶
- 两者属于不同分类标准，无包含关系。
- 有氧气的化合反应一定也是氧化反应；但氧化反应不一定是化合反应（如石蜡燃烧生成 CO₂ 和 H₂O 两种产物）。
5. 燃烧与灭火¶
5.1 燃烧三条件（缺一不可）¶
- 可燃物；
- 与氧气（或空气）接触；
- 温度达到着火点。
5.2 灭火原理¶
破坏燃烧条件之一即可：
- 隔离可燃物（搬到安全区）；
- 隔绝氧气（盖沙子、用灭火器）；
- 降温到着火点以下（用水浇）。
5.3 完全燃烧与不完全燃烧¶
| 比较项 | 完全燃烧 | 不完全燃烧 |
|---|---|---|
| 氧气量 | 充足 | 不足 |
| 产物 | CO₂ 和 H₂O | CO 和 H₂O（或炭黑） |
| 热量 | 放出多 | 放出少 |
| 危害 | — | CO 有毒、污染 |
5.4 爆炸¶
- 可燃物在有限空间内急剧燃烧，气体体积迅速膨胀引起爆炸。
- 爆炸极限：可燃性气体与空气混合遇明火爆炸的浓度范围。
- 防范：可燃气体验纯、通风、严禁烟火。
6. 竞赛拓展¶
6.1 氧化物分类¶
- 酸性氧化物：能与碱反应生成盐和水，如 CO₂、SO₂、SO₃。
- 碱性氧化物：能与酸反应生成盐和水，如 CaO、Fe₂O₃、CuO。
- 多数非金属氧化物是酸性氧化物；多数金属氧化物是碱性氧化物。
- CO、NO 等属于不成盐氧化物（竞赛拓展）。
6.2 氧化性/还原性判断（竞赛）¶
- 提供氧的物质是氧化剂，具有氧化性。
- 得氧的物质是还原剂，具有还原性。
- 例：$2\text{Mg} + \text{O}_2 \to 2\text{MgO}$，Mg 得氧→还原剂，O₂ 失氧→氧化剂。
三、水与氢气¶
1. 水的组成¶
1.1 水的电解实验¶
实验装置：水电解器（霍夫曼电解器），两极各连试管收集气体。
实验现象：
- 通电后两极均有气泡产生。
- 正极气体与负极气体体积比约 $1:2$。
- 正极气体可使带火星木条复燃（O₂）；负极气体可燃烧产生淡蓝色火焰（H₂）。
实验结论：
- 水由氢、氧两种元素组成。
- 水分子中氢原子和氧原子个数比为 $2:1$。
- 电解水是化学变化（分解反应）。
化学方程式：
$$2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{通电}} 2\text{H}_2\uparrow + \text{O}_2\uparrow$$
实验误差分析（竞赛）：
- 体积比 O₂:H₂ 偏离 1:2 的原因：
- O₂ 在水中溶解度比 H₂ 大（部分 O₂ 溶于水）；
- 部分氧气氧化电极；
- 水中溶有空气先析出。
1.2 水的组成推导逻辑（竞赛常考）¶
- 电解水 → 生成 H₂ 和 O₂ → 证明水含 H、O 两种元素。
- 测得氢氧原子个数比 2:1 → 水的化学式为 H₂O。
- 水是纯净物、化合物、氧化物。
2. 水的净化¶
2.1 净化方法（净化程度由低到高）¶
| 方法 | 原理 | 除去杂质 | 程度 |
|---|---|---|---|
| 静置沉淀 | 重力沉降 | 大颗粒不溶物 | 最低 |
| 吸附沉降 | 明矾溶于水形成胶体吸附 | 悬浮小颗粒 | 低 |
| 过滤 | 不溶物与液体分离 | 不溶性固体 | 中 |
| 吸附 | 活性炭吸附色素异味 | 色素、异味 | 中高 |
| 蒸馏 | 气化再冷凝 | 所有杂质（含可溶物） | 最高 |
- 硬水软化：煮沸（生活）、蒸馏（实验室）。
- 杀菌消毒：投加漂白粉、氯气、臭氧等化学方法。
2.2 硬水与软水¶
| 比较项 | 硬水 | 软水 |
|---|---|---|
| 定义 | 含较多 Ca²⁺、Mg²⁺ 的水 | 不含或含少量 Ca²⁺、Mg²⁺ |
| 鉴别 | 肥皂水→泡沫少、浮渣多 | 肥皂水→泡沫多、浮渣少 |
| 危害 | 锅炉结垢、浪费肥皂 | — |
| 软化 | 煮沸（生活法）、蒸馏 | — |
2.3 过滤后仍浑浊的原因及处理¶
- 滤纸破损 → 更换滤纸重新过滤。
- 液面高于滤纸边缘 → 重新过滤。
- 仪器不干净 → 清洗仪器后重新过滤。
3. 水资源保护¶
3.1 水体污染来源¶
- 工业污染：废水、废渣排放。
- 农业污染：农药、化肥流失。
- 生活污染：生活污水排放。
3.2 爱护水资源措施¶
- 节水：一水多用、推广节水器具、农业改大水漫灌为喷灌滴灌。
- 治污：工业废水处理达标排放、合理使用农药化肥、生活污水集中处理。
4. 氢气¶
4.1 氢气的性质¶
物理性质：通常无色无味气体，密度最小（比空气轻），难溶于水。
化学性质：
1. 可燃性：
$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{H}_2\text{O}$$
现象：淡蓝色火焰，放热，在干燥烧杯内壁有水雾生成。
- 还原性：
$$\text{H}_2 + \text{CuO} \xrightarrow{\Delta} \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$$
现象：黑色粉末变红色，试管口有水珠生成。
- 实验操作顺序：”先通氢后点灯，先熄灯后停氢”
- 先通入 H₂ 排尽空气 → 防止爆炸。
- 反应结束后先停止加热 → 继续通 H₂ 至冷却 → 防 Cu 被氧化。
4.2 氢气的实验室制法¶
反应原理（锌与稀硫酸）：
$$\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2\uparrow$$
- 装置：固液常温型（启普发生器或简化装置）。
- 不能用浓盐酸：浓盐酸挥发出 HCl 气体混入 H₂。
- 不能用浓硫酸/硝酸：强氧化性，不生成 H₂ 而生成水。
- 选用锌粒而不是镁、铁：镁太快不便收集、铁太慢，锌速率适中。
4.3 氢气的验纯¶
- 收集一试管 H₂，用拇指堵住，移近酒精灯，松开拇指。
- 声音判断：
- 尖锐爆鸣声 → 不纯（危险）。
- “噗”的一声 → 纯。
- 安静燃烧 → 很纯。
4.4 氢气的用途¶
- 密度最小 → 填充飞艇（但安全性差，现多用氦气）。
- 可燃性 → 高能燃料（火箭燃料、氢能源）。
- 还原性 → 冶炼金属、制取高纯材料。
5. 竞赛拓展：氢能源¶
5.1 氢能源优点¶
- 来源广（水制取）；
- 热值高（单位质量放热多）；
- 产物无污染（只有水）。
5.2 氢能源面临的挑战¶
- 制氢成本高（电解水耗电大）；
- 储存和运输困难（氢气易燃易爆，密度小难以液化）。
5.3 新能源对比（竞赛）¶
- 氢能源、太阳能、风能、核能、地热能、潮汐能均属于清洁能源/新能源。
- 化石燃料（煤、石油、天然气）属于不可再生能源。
- 乙醇汽油：乙醇可再生，但汽油不可再生，属于混合能源。
四、碳和碳的氧化物¶
1. 碳的单质¶
1.1 碳的同素异形体¶
| 物质 | 结构特点 | 物理性质 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 金刚石 | 正八面体空间网状结构，每个C原子与4个C成键 | 无色透明、天然最硬、不导电 | 钻头、玻璃刀、钻石 |
| 石墨 | 层状结构，层间范德华力弱 | 深灰色、质软滑腻、良导电、耐高温 | 铅笔芯、电极、润滑剂 |
| C₆₀ | 60个C原子构成足球状分子 | 纳米材料 | 超导材料、药物载体 |
| 石墨烯（竞赛） | 单层蜂窝状二维结构 | 薄、硬、导电导热极好 | 电子器件 |
| 碳纳米管（竞赛） | 卷曲的石墨片 | 高强度、导电 | 纳米器件 |
同素异形体：由同一种元素形成的几种性质不同的单质。同素异形体之间的转化属于化学变化。
1.2 无定形碳¶
| 物质 | 特点 | 用途 |
|---|---|---|
| 木炭 | 疏松多孔，有吸附性 | 净化气体、脱色 |
| 活性炭 | 吸附性更强 | 防毒面具、净水、脱色 |
| 炭黑 | 极细粉末 | 制墨汁、橡胶补强、油墨 |
| 焦炭 | 烟煤干馏 | 冶炼金属 |
- 吸附属于物理变化（无新物质生成）。
2. 碳的化学性质¶
2.1 常温下稳定性¶
常温下碳的化学性质不活泼。古画字画千年不褪色（用碳素墨水）。
2.2 可燃性¶
-
氧气充足（完全燃烧）：
$$\text{C} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{CO}_2$$ -
氧气不足（不完全燃烧）：
$$2\text{C} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{CO}$$
2.3 还原性¶
-
还原氧化铜：
$$2\text{CuO} + \text{C} \xrightarrow{\text{高温}} 2\text{Cu} + \text{CO}_2\uparrow$$
现象：黑色粉末变红色，生成的气体使澄清石灰水变浑浊。 -
还原氧化铁（炼铁原理）：
$$2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{C} \xrightarrow{\text{高温}} 4\text{Fe} + 3\text{CO}_2\uparrow$$ -
还原 CO₂（高温）：
$$\text{CO}_2 + \text{C} \xrightarrow{\text{高温}} 2\text{CO}$$
3. 二氧化碳（CO₂）¶
3.1 物理性质¶
无色无味气体，密度大于空气，能溶于水（1:1），加压降温可得固体”干冰”。干冰升华吸热，可用于人工降雨、食品冷藏。
3.2 化学性质¶
-
不燃烧、不支持燃烧（灭火）。但 Mg 能在 CO₂ 中燃烧（竞赛）：
$$2\text{Mg} + \text{CO}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{MgO} + \text{C}$$ -
与水反应：
$$\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_2\text{CO}_3$$
- 碳酸不稳定，受热分解：$\text{H}_2\text{CO}_3 \longrightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$ -
与碱反应（澄清石灰水）：
$$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$$
- 现象：澄清石灰水变浑浊。这是检验 CO₂ 的标准方法。 -
光合作用（自然界）：
$$6\text{CO}2 + 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{光照/叶绿体}} \text{C}_6\text{H}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$$
3.3 CO₂ 的实验室制法¶
反应原理（大理石/石灰石与稀盐酸）：
$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \longrightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$
药品选择分析（竞赛常考）：
- 用大理石而不用 Na₂CO₃：Na₂CO₃ 与盐酸反应太快，不便控制收集。
- 用稀盐酸而不用稀硫酸：硫酸与 CaCO₃ 生成微溶 CaSO₄ 覆盖在大理石表面阻止反应继续。
- 不用浓盐酸：浓盐酸挥发 HCl 混入 CO₂。
- 不用硝酸：硝酸强氧化性且易分解。
收集方法：向上排空气法（CO₂ 密度大于空气且能溶于水，不可用排水法）。
3.4 CO₂ 的用途¶
- 灭火（不可燃、不助燃、密度大）。
- 人工降雨（干冰升华吸热）。
- 温室肥料（促进光合作用）。
- 制纯碱、尿素、碳酸饮料。
4. 一氧化碳（CO）¶
4.1 物理性质¶
无色无味气体，密度略小于空气（接近），难溶于水。有剧毒。
4.2 化学性质¶
-
可燃性：
$$2\text{CO} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{CO}_2$$
现象：蓝色火焰，放热，生成使石灰水变浑浊的气体。 -
还原性：
$$\text{CO} + \text{CuO} \xrightarrow{\Delta} \text{Cu} + \text{CO}_2$$
$$3\text{CO} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \xrightarrow{\text{高温}} 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$$
- 用于冶金工业（炼铁）。 -
毒性：CO 与血红蛋白结合，阻止氧气运输，致人缺氧窒息。CO 中毒称为”煤气中毒”。
4.3 CO 与 CO₂ 对比¶
| 比较项 | CO | CO₂ |
|---|---|---|
| 组成元素 | C、O | C、O |
| C 化合价 | +2 | +4 |
| 可燃性 | 可燃 | 不可燃、不助燃 |
| 还原性 | 有 | 无（是氧化产物） |
| 毒性 | 有毒 | 无毒（但高浓度窒息） |
| 水溶性 | 难溶 | 能溶 |
| 与碱反应 | 需高温与 NaOH 反应 | 常温与 Ca(OH)₂ 反应 |
5. 温室效应与碳循环¶
5.1 温室效应¶
- 温室气体：CO₂、CH₄、O₃、水蒸气、氟氯代烷等。
- CO₂的主要来源：化石燃料燃烧、森林砍伐。
- 温室效应加剧导致全球变暖、冰川融化、海平面上升。
- 减缓措施：减少化石燃料使用、植树造林、开发清洁能源、低碳生活。
5.2 自然界碳循环（竞赛）¶
碳元素在自然界的循环路径：
- 光合作用：CO₂ → 有机物
- 呼吸作用：有机物 → CO₂
- 燃烧：有机物/化石燃料 → CO₂
- 分解：生物遗体 → CO₂
- 溶解：CO₂ → 碳酸盐（海洋）
6. 竞赛拓展¶
6.1 碳酸盐的检验¶
- 加稀盐酸，产生使澄清石灰水变浑浊的气体，则含 $\text{CO}_3^{2-}$（或 $\text{HCO}_3^-$，竞赛）。
$$\text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \longrightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$
6.2 CO₂ 的过量吸收与持续通入¶
- 向澄清石灰水持续通入 CO₂：
- 先生成白色沉淀：$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \to \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$
- 继续通入沉淀溶解（竞赛）：$\text{CaCO}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \to \text{Ca(HCO}_3)_2$
- 现象：先浑浊后变澄清。
五、金属与金属材料¶
1. 金属的物理性质¶
1.1 共性¶
- 常温下大多为固体（汞是液态例外）。
- 有金属光泽，大多数呈银白色（铜紫红色、金黄色）。
- 良导电性、导热性。
- 有延展性（可拉丝、压片）。
- 密度较大，熔点较高（差异较大）。
1.2 常见金属之最¶
| 特征 | 金属 |
|---|---|
| 地壳中含量最多的金属 | 铝 Al |
| 人体含量最多的金属 | 钙 Ca |
| 导电导热性最好的 | 银 Ag（铜 Cu 次之） |
| 硬度最大的 | 铬 Cr |
| 熔点最高的 | 钨 W |
| 熔点最低的 | 汞 Hg |
| 密度最大的 | 锇 Os |
| 密度最小的 | 锂 Li |
1.3 合金¶
- 合金：金属与金属（或非金属）熔合形成的具有金属特性的混合物。
- 合金特点：
- 硬度比纯金属大；
- 熔点比纯金属低；
- 性能优于纯金属（耐腐蚀、强度高）。
- 常见合金：生铁（含碳 2%~4.3%）、钢（含碳 0.03%~2%）、黄铜（铜锌）、青铜（铜锡）、硬铝（铝铜镁锰）、焊锡（铅锡）。
2. 金属的化学性质¶
2.1 与氧气反应¶
| 金属 | 反应条件 | 化学方程式 |
|---|---|---|
| 镁 Mg | 空气中点燃 | $2\text{Mg} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{MgO}$ |
| 铝 Al | 常温氧化 | $4\text{Al} + 3\text{O}_2 \longrightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$ |
| 铁 Fe | 纯氧中点燃 | $3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{Fe}_3\text{O}_4$ |
| 铜 Cu | 加热 | $2\text{Cu} + \text{O}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{CuO}$ |
| 金 Au | 高温不反应 | — |
- 铝常温氧化生成致密氧化膜，抗腐蚀性好（”自我保护”）。
- 镁条点燃发出耀眼白光，铝粉点燃也发白光。
- “真金不怕火炼”——金在高温下也不与氧气反应。
2.2 与酸反应（置换反应）¶
- 金属活动性顺序中排在氢前的金属能与酸（稀盐酸/稀硫酸）反应放出 H₂。
- 反应规律：金属 + 酸 → 盐 + H₂↑
| 金属 | 与稀盐酸反应 | 与稀硫酸反应 |
|---|---|---|
| 镁 | $\text{Mg} + 2\text{HCl} \to \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$ | $\text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{MgSO}_4 + \text{H}_2\uparrow$ |
| 锌 | $\text{Zn} + 2\text{HCl} \to \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$ | $\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2\uparrow$ |
| 铁 | $\text{Fe} + 2\text{HCl} \to \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$ | $\text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\uparrow$ |
- 铁与酸反应生成亚铁盐（Fe²⁺），溶液由无色变为浅绿色。
- 不能用浓硫酸或硝酸（它们有强氧化性，不生成 H₂ 而生成水）。
2.3 与金属盐溶液反应（置换反应）¶
- 反应规律：较活泼金属 + 较不活泼金属的盐溶液 → 新盐 + 新金属。
- 排在前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来。
| 反应 | 化学方程式 | 现象 |
|---|---|---|
| Fe + CuSO₄ | $\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \to \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$ | 铁丝表面附红色固体，蓝色溶液变浅绿色 |
| Cu + AgNO₃ | $\text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \to \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag}$ | 铜丝表面附银白色固体，无色溶液变蓝色 |
| Fe + 2AgNO₃ | $\text{Fe} + 2\text{AgNO}_3 \to \text{Fe(NO}_3)_2 + 2\text{Ag}$ | 铁丝表面附银白色固体 |
注意：K、Ca、Na 太活泼，与盐溶液反应会先与水反应，不能置换出金属。
3. 金属活动性顺序¶
3.1 完整顺序¶
$$\text{K} > \text{Ca} > \text{Na} > \text{Mg} > \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Sn} > \text{Pb} > (\text{H}) > \text{Cu} > \text{Hg} > \text{Ag} > \text{Pt} > \text{Au}$$
应用规律：
1. 排在H前的金属能置换酸中的氢；
2. 排在前面的金属能置换后面金属盐溶液中的金属；
3. 位置越靠前，活动性越强，与酸反应越剧烈。
3.2 金属活动性探究实验设计（竞赛）¶
- 思路：将金属分别与相同酸反应观察气泡产生快慢，或与盐溶液反应观察是否析出金属。
- 变量控制：金属表面积相同、酸浓度体积相同、同温度。
- 例：判断 Fe、Cu、Ag 活动性顺序：
- 将 Fe、Cu 分别放入 AgNO₃ 溶液，Fe 和 Cu 都能置换 Ag → Fe、Cu > Ag。
- 将 Fe 放入 CuSO₄ 溶液，Fe 能置换 Cu → Fe > Cu。
- 结论：Fe > Cu > Ag。
4. 金属资源的利用与保护¶
4.1 铁的冶炼¶
原料：铁矿石（赤铁矿 Fe₂O₃、磁铁矿 Fe₃O₄）、焦炭、石灰石、空气。
原理（高炉炼铁）：
$$3\text{CO} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \xrightarrow{\text{高温}} 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$$
- 焦炭作用：提供热量和 CO（还原剂）。
- $\text{C} + \text{O}_2 \to \text{CO}_2$（放热）
- $\text{CO}_2 + \text{C} \xrightarrow{\text{高温}} 2\text{CO}$（生成还原剂）
- 石灰石作用：除去矿石中二氧化硅等杂质，形成炉渣。
- $\text{CaCO}_3 \xrightarrow{\text{高温}} \text{CaO} + \text{CO}_2\uparrow$
- $\text{CaO} + \text{SiO}_2 \xrightarrow{\text{高温}} \text{CaSiO}_3$（炉渣）
含杂质计算（竞赛重点）：
- 铁矿石中含铁元素质量 = 矿石质量 × 铁元素质量分数。
- 赤铁矿 Fe₂O₃ 中：$w(\text{Fe}) = \dfrac{2 \times 56}{2 \times 56 + 3 \times 16} = \dfrac{112}{160} = 70\%$。
4.2 金属的锈蚀与防护¶
铁锈蚀条件（同时满足）：
1. 与氧气接触；
2. 与水（水蒸气）接触。
防锈措施：
- 保护膜法：刷漆、涂油、烤蓝（氧化膜）。
- 改变金属内部结构：制成不锈钢（加入铬、镍）。
- 电化学保护（竞赛拓展）。
对比：铝的抗腐蚀比铁好，因为铝氧化生成致密氧化膜（Al₂O₃），而铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）疏松多孔，不能保护内部。
4.3 金属资源保护¶
- 金属矿物是不可再生资源。
- 保护措施：回收利用废旧金属（”废品回收”）、合理开采、寻找替代品、防锈延长寿命。
5. 竞赛拓展¶
5.1 置换反应反应先后顺序¶
- 当一种金属与多种盐溶液反应时，先置换较不活泼的金属。
- 当多种金属与一种盐溶液反应时，较活泼的金属先反应。
5.2 金属与酸反应的图象分析（竞赛重点）¶
| 图象特征 | 含义 |
|---|---|
| 斜率越大 | 反应越快，金属越活泼 |
| 最终生成H₂越多 | 消耗酸越多/金属过量时由金属质量决定 |
| 先产生后停止 | 金属先耗尽 |
| 一直产生到酸耗尽 | 金属过量 |
- 等质量 Mg、Al、Zn、Fe 与足量酸反应：产生 H₂ 量 Al > Mg > Fe > Zn（由相对原子质量和化合价决定）。
- 过量金属与等量酸反应：产生 H₂ 相同（由酸决定）。
5.3 合金的组成计算¶
- 利用金属与酸反应产生 H₂ 的量，反推合金组成。
- 关键：先判断哪种金属反应完，再利用定量关系列方程。
六、溶液¶
1. 溶液的概念¶
1.1 定义与组成¶
- 溶液：一种或几种物质分散到另一种物质里，形成的均一、稳定的混合物。
- 溶质：被溶解的物质（可以是固体、液体、气体）。
- 溶剂：能溶解其他物质的物质（常见：水、酒精、汽油）。
- 溶液质量 = 溶质质量 + 溶剂质量（但体积不可加和）。
1.2 溶液的特征¶
- 均一性：各部分性质和密度完全相同。
- 稳定性：外界条件不变时，溶质不会自行沉降。
- 溶液是混合物。
1.3 常见溶液¶
| 溶液 | 溶质 | 溶剂 |
|---|---|---|
| 食盐水 | NaCl | 水 |
| 碘酒 | I₂ | 酒精 |
| 稀硫酸 | H₂SO₄ | 水 |
| 盐酸 | HCl 气体 | 水 |
| 澄清石灰水 | Ca(OH)₂ | 水 |
- 水是最常用的溶剂；酒精、汽油等也常作有机溶剂。
- 不指明溶剂时，溶剂默认为水。
2. 溶解过程¶
2.1 溶解时的热效应¶
| 现象 | 原因 | 实例 |
|---|---|---|
| 温度升高 | 溶解脱热 > 吸热 | NaOH 溶于水、浓硫酸稀释 |
| 温度降低 | 溶解脱热 < 吸热 | NH₄NO₃ 溶于水 |
| 温度变化不明显 | 溶解脱热 ≈ 吸热 | NaCl 溶于水 |
2.2 乳化与溶解（竞赛区分）¶
- 溶解：溶质以分子/离子形式均匀分散到溶剂中。
- 乳化：油分散在水中形成乳浊液，加入乳化剂（如洗洁精）后形成稳定乳浊液。乳化不是溶解。
- 乳浊液：小液滴分散到液体里形成的混合物（不均一、不稳定）。
3. 饱和溶液与不饱和溶液¶
3.1 定义¶
- 饱和溶液：在一定温度下，向一定量溶剂里加入溶质，不能再继续溶解该溶质的溶液。
- 不饱和溶液：还能继续溶解该溶质的溶液。
3.2 饱和与不饱和的转化¶
| 方向 | 方法 |
|---|---|
| 不饱和 → 饱和 | ①增加溶质 ②蒸发溶剂 ③降温（对大多数固体） |
| 饱和 → 不饱和 | ①升高温度 ②增加溶剂 |
- 例外：Ca(OH)₂ 的溶解度随温度升高而减小，转化方法相反。
- “饱和”与”不饱和”必须在一定温度和一定量溶剂条件下讨论。
3.3 饱和溶液与浓稀溶液关系¶
- 饱和溶液不一定是浓溶液（如饱和石灰水是稀溶液）。
- 不饱和溶液不一定是稀溶液（如不饱和的高浓度酒精溶液）。
- 饱和溶液是在该条件下最浓的状态。
4. 溶解度¶
4.1 固体溶解度¶
定义：在一定温度下，某固态物质在 100 g 溶剂（通常是水）里达到饱和状态时所溶解的质量。
四要素：①一定温度；②100 g 溶剂；③达到饱和；④单位克(g)。
4.2 溶解度曲线¶
- 横轴：温度(℃)；纵轴：溶解度(g)。
- 曲线意义：表示物质溶解度随温度变化的关系。
三类溶解度曲线：
| 类型 | 特点 | 代表物质 |
|---|---|---|
| 陡升型 | 溶解度随温度升高显著增大 | KNO₃、NH₄NO₃ |
| 缓升型 | 溶解度随温度升高缓慢增大 | NaCl |
| 下降型 | 溶解度随温度升高而减小 | Ca(OH)₂、气体 |
- 交点：两物质在该温度下溶解度相等。
- 上方区域：饱和溶液；下方区域：不饱和溶液。
4.3 结晶方法¶
| 方法 | 适用条件 | 典型物质 |
|---|---|---|
| 冷却热饱和溶液（降温结晶） | 溶解度随温度变化大 | KNO₃ |
| 蒸发溶剂结晶 | 溶解度随温度变化小 | NaCl（海水晒盐） |
| 升温结晶（竞赛） | 溶解度随温度升高减小 | Ca(OH)₂ |
4.4 气体溶解度（竞赛）¶
- 气体溶解度随温度升高而减小（热水中溶气减少）。
- 气体溶解度随压强增大而增大（汽水开盖冒泡）。
5. 溶质质量分数¶
5.1 定义与公式¶
$$\text{溶质质量分数} = \frac{\text{溶质质量}}{\text{溶液质量}} \times 100\% = \frac{\text{溶质质量}}{\text{溶质质量} + \text{溶剂质量}} \times 100\%$$
5.2 配制一定溶质质量分数的溶液¶
步骤：计算 → 称量（天平称固体/量筒量液体）→ 溶解（烧杯+玻璃棒）→ 装瓶贴标签。
误差分析(竞赛)：
- 质量分数偏高：①称量时物码颠倒（如 1 g 物当 1 g 码使实际取量少以右码=物+左码反算）；②量水时仰视读数偏小实际多取（偏小）；③溶质含杂质。
- 质量分数偏低：①溶质不纯或含湿存水；②称量偏小；③溶剂偏多；④倒酒时洒出。
5.3 溶液的稀释与浓缩¶
- 稀释：加溶剂（水），或加入低浓度溶液。
- 稀释定律：稀释前后溶质质量不变。
- $m_{浓} \times c_{浓}\% = m_{稀} \times c_{稀}\%$
- 浓缩：蒸发溶剂、或加入固体溶质。
- 蒸发水：$m_{溶质}$ 不变。
- 加溶质：$m_{溶剂}$ 不变。
5.4 溶液混合计算¶
两种不同浓度溶液混合：
$$m_1 c_1\% + m_2 c_2\% = (m_1 + m_2) c_{混}\%$$
- 注意：体积不可直接加和（密度不同），但质量可以加和。
6. 竞赛拓展¶
6.1 溶解度计算¶
-
从饱和溶液中已知溶质、溶剂质量求溶解度：
$$\frac{S}{100} = \frac{m_{溶质}}{m_{溶剂}} \quad \Rightarrow \quad S = \frac{100 \times m_{溶质}}{m_{溶剂}}$$ -
析出晶体质量计算：
- 降温析出法：查出高温和低温的溶解度 $S_1, S_2$。
- 析出量 = $\frac{S_1 - S_2}{100 + S_1} \times m_{高温饱和溶液}$
6.2 结晶水合物（竞赛重点）¶
- 结晶水合物：晶体中含有一定数目水分子（如 CuSO₄·5H₂O 胆矾/蓝矾）。
- 胆矾受热失去结晶水：
$$\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\Delta} \text{CuSO}_4 + 5\text{H}_2\text{O}$$ - 蓝色晶体变为白色粉末。
- 白色 CuSO₄ 粉末遇水变蓝，可用于检验水的存在：
$$\text{CuSO}_4 + 5\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}$$
6.3 溶度积 $K_{sp}$ 简介（竞赛拓展）¶
- 难溶电解质达到溶解平衡时，离子浓度幂之积为常数。
- 如 $\text{AgCl} \rightleftharpoons \text{Ag}^+ + \text{Cl}^-$，$K_{sp} = c(\text{Ag}^+) \cdot c(\text{Cl}^-)$。
- 可判断沉淀生成与溶解。
6.4 溶液中离子浓度的比较（竞赛）¶
- 溶液稀释时，所有离子浓度都减小。
- 混合反应时，根据化学方程式判断反应后离子种类和浓度变化。
七、酸、碱、盐及化学肥料¶
1. 酸碱指示剂与pH¶
1.1 指示剂变色¶
| 指示剂 | 酸性溶液 | 中性溶液 | 碱性溶液 |
|---|---|---|---|
| 石蕊 | 红 | 紫 | 蓝 |
| 酚酞 | 无色 | 无色 | 红 |
- 食醋（酸）→ 使石蕊变红、酚酞不变。
- 石灰水（碱）→ 使石蕊变蓝、酚酞变红。
1.2 pH值¶
- pH < 7：酸性；pH = 7：中性；pH > 7：碱性。
- pH 越小酸性越强，pH 越大碱性越强。
- 测定方法：用玻璃棒蘸取溶液滴在 pH 试纸上，与标准比色卡对照。
- pH 试纸不能直接浸入待测液中（污染溶液）。
2. 常见的酸¶
2.1 盐酸（HCl）¶
| 性质 | 内容 |
|---|---|
| 物理性质 | 无色有刺激性气味液体，易挥发（瓶口出现白雾） |
| 用途 | 金属除锈、制药物、制化学试剂 |
| 挥发性 | 浓盐酸质量分数 37%~38%，打开瓶盖冒白雾 |
2.2 硫酸（H₂SO₄）¶
| 性质 | 内容 |
|---|---|
| 物理性质 | 无色粘稠油状液体，难挥发 |
| 稀释 | 浓硫酸稀释时放出大量热，必须酸入水 |
| 吸水性 | 浓硫酸可作干燥剂（干燥 O₂、H₂、CO₂ 等，不能干燥 NH₃） |
| 脱水性 | 浓硫酸使纸张、木材、蔗糖等炭化（化学变化） |
稀释浓硫酸注意事项：
- 沿器壁缓慢倒入水中，不断搅拌。
- 严禁水入酸：密度小浮在表面，溶解放热使酸液飞溅伤人。
2.3 酸的通性（H⁺的性质）¶
| 序号 | 性质 | 实例 |
|---|---|---|
| ① | 与指示剂反应 | 使紫色石蕊变红 |
| ② | 与活泼金属反应 | $\text{Zn} + 2\text{HCl} \to \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$ |
| ③ | 与金属氧化物反应 | $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \to 2\text{FeCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$ |
| ④ | 与碱反应（中和） | $\text{HCl} + \text{NaOH} \to \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ |
| ⑤ | 与碳酸盐反应 | $\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \to \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$ |
- 酸有通性的原因：酸电离出的阳离子全部是 H⁺。
- 金属氧化物 + 酸 → 盐 + 水（除锈原理）。
- 铁与酸反应生成亚铁盐（Fe²⁺，浅绿色），铜与酸不反应（Cu 排在 H 后）。
3. 常见的碱¶
3.1 氢氧化钠（NaOH）¶
| 性质 | 内容 |
|---|---|
| 俗名 | 烧碱、火碱、苛性钠 |
| 物理性质 | 白色固体，极易溶于水放热，易潮解（可做干燥剂） |
| 强腐蚀性 | 强烈腐蚀皮肤，沾到皮肤上用大量水冲洗再涂硼酸 |
| 用途 | 制肥皂、造纸、纺织、印染、干燥剂 |
- NaOH 易吸收空气中水分和 CO₂ 而变质（需密封保存）：
$$2\text{NaOH} + \text{CO}_2 \longrightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
3.2 氢氧化钙（Ca(OH)₂）¶
| 性质 | 内容 |
|---|---|
| 俗名 | 熟石灰、消石灰 |
| 物理性质 | 白色粉末，微溶于水（溶液即澄清石灰水） |
| 来源 | 生石灰加水：$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Ca(OH)}_2$（放热） |
| 用途 | 建筑材料、改良酸性土壤、配制波尔多液 |
- CaO（生石灰）可做干燥剂，吸水变成 Ca(OH)₂。
3.3 碱的通性（OH⁻的性质）¶
| 序号 | 性质 | 实例 |
|---|---|---|
| ① | 与指示剂反应 | 使紫色石蕊变蓝，酚酞变红 |
| ② | 与非金属氧化物反应 | $2\text{NaOH} + \text{CO}_2 \to \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$ |
| ③ | 与酸反应（中和） | $\text{NaOH} + \text{HCl} \to \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ |
| ④ | 与某些盐反应 | $2\text{NaOH} + \text{CuSO}_4 \to \text{Cu(OH)}_2\downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$ |
- 碱有通性的原因：碱电离出的阴离子全部是 OH⁻。
- 非金属氧化物 + 碱 → 盐 + 水（如 SO₂、SO₃ 被碱液吸收）。
4. 中和反应¶
- 定义：酸与碱生成盐和水的反应。
- 特点：放热。反应后溶液的 pH 趋近于 7。
- 应用：
- 改良酸性土壤（加熟石灰）；
- 处理工业废水（用熟石灰处理含酸废水）；
- 医药（胃酸过多服碱性药物如 Al(OH)₃）。
- 实验操作：在 NaOH 溶液中滴加酚酞（变红），逐滴加入稀盐酸至红色刚好消失，表示中和完成。
- 中和反应不属于四大基本反应类型，它属于复分解反应。
5. 常见的盐¶
5.1 几种重要盐的性质¶
| 盐 | 俗称 | 性质与用途 |
|---|---|---|
| NaCl | 食盐 | 白色固体，易溶于水；调味防腐、制生理盐水、化工原料 |
| Na₂CO₃ | 纯碱/苏打 | 白色粉末，水溶液呈碱性（水解，竞赛）；制玻璃、洗涤剂 |
| NaHCO₃ | 小苏打 | 白色粉末，受热分解产 CO₂；发酵粉、治疗胃酸过多 |
| CaCO₃ | 石灰石/大理石 | 白色固体，难溶；建筑材料、制水泥玻璃 |
| CuSO₄·5H₂O | 胆矾/蓝矾 | 蓝色晶体，受热变白色 CuSO₄；制波尔多液 |
5.2 复分解反应¶
定义：两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应。
$$\text{AB} + \text{CD} \longrightarrow \text{AD} + \text{CB}$$
发生条件（满足任一即可）：
1. 生成沉淀；
2. 生成气体；
3. 生成水。
5.3 常见沉淀（竞赛核心知识点）¶
| 沉淀 | 颜色 | 特殊性质 |
|---|---|---|
| BaSO₄ | 白色 | 不溶于酸 |
| AgCl | 白色 | 不溶于酸 |
| CaCO₃ | 白色 | 溶于酸产 CO₂ |
| BaCO₃ | 白色 | 溶于酸产 CO₂ |
| Cu(OH)₂ | 蓝色 | 溶于酸 |
| Fe(OH)₃ | 红褐色 | 溶于酸 |
| Mg(OH)₂ | 白色 | 溶于酸 |
| Cu(OH)₂ | 蓝色絮状 | — |
沉淀口诀（竞赛扩展）：
- 不溶于酸的白色沉淀：BaSO₄、AgCl（用加硝酸不溶来鉴别）。
- 溶于酸的白色沉淀：CaCO₃、BaCO₃、Mg(OH)₂ 等。
- 有色沉淀：Cu(OH)₂ 蓝色、Fe(OH)₃ 红褐色。
6. 化学肥料¶
6.1 常见化肥种类¶
| 类型 | 作用 | 常见化肥 |
|---|---|---|
| 氮肥 | 促进茎叶生长 | 尿素 CO(NH₂)₂、NH₄HCO₃、NH₄Cl、NH₄NO₃ |
| 磷肥 | 促进根系发育、抗寒抗旱 | 过磷酸钙 Ca(H₂PO₄)₂、磷矿粉 |
| 钾肥 | 促进茎秆健壮、抗倒伏抗病 | KCl、K₂SO₄ |
| 复合肥 | 含N、P、K中两种或以上 | KNO₃、NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄ |
6.2 铵态氮肥的检验（竞赛）¶
- 铵盐与碱共热产生 NH₃（有刺激性气味、能使湿润红色石蕊试纸变蓝）。
$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \xrightarrow{\Delta} \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{NH}_3\uparrow$$ - 铵态氮肥不能与碱性物质混用（如不能与草木灰混用），否则 NH₃ 逸出降低肥效。
6.3 化肥的鉴别¶
| 待鉴别 | 方法 | 现象 |
|---|---|---|
| NH₄⁺（铵盐） | 加 NaOH 固体加热，闻气味/用湿润红色石蕊试纸检验 | 有氨味；试纸变蓝 |
| CO₃²⁻ | 加稀盐酸，将气体通入澄清石灰水 | 产生气体使石灰水变浑浊 |
| Cl⁻ | 加稀硝酸和 AgNO₃ 溶液 | 白色沉淀不溶 |
| SO₄²⁻ | 加稀盐酸和 BaCl₂ 溶液 | 白色沉淀不溶 |
7. 竞赛拓展¶
7.1 离子共存判断¶
- 在溶液中，若离子间能结合生成沉淀、气体或水，则不能共存。
- 常见不共存组合：
- H⁺ 与 OH⁻、CO₃²⁻、HCO₃⁻ 不能共存（生成水或气体）。
- Ag⁺ 与 Cl⁻、Ba²⁺ 与 SO₄²⁻、Ca²⁺ 与 CO₃²⁻ 不能共存（生成沉淀）。
- NH₄⁺ 与 OH⁻ 不能共存（生成 NH₃）。
- 无色溶液判断：不含 Cu²⁺(蓝)、Fe²⁺(浅绿)、Fe³⁺(黄/棕)、MnO₄⁻(紫)。
7.2 物质鉴别与推断题策略（竞赛重点）¶
- 鉴别题：根据物质特性选择试剂，产生不同现象区分。
- 推断题：抓住”题眼”（特殊颜色、特殊沉淀、气体特征反应）突破。
- 蓝色溶液含 Cu²⁺；浅绿色含 Fe²⁺；黄色含 Fe³⁺。
- 白色沉淀加硝酸不溶是 BaSO₄ 或 AgCl。
- 气体点燃淡蓝色火焰是 H₂，使石灰水浑浊是 CO₂。
7.3 除杂与分离原则¶
- 除杂原则：不引入新杂质；不减少被提纯物；便于分离。
- 方法选择：
- 沉淀法（加试剂使杂质变沉淀）；
- 气化法（加试剂使杂质变气体）；
- 溶解法（利用溶解性差异分离）。
- 例：除去 NaCl 中混有的 Na₂CO₃，加适量稀盐酸（转化为 NaCl + CO₂↑ + H₂O）。
八、化学方程式与计算¶
1. 质量守恒定律¶
1.1 定律内容¶
参加化学反应的各物质质量总和，等于反应后生成的各物质质量总和。
1.2 微观解释¶
- 化学反应中分子分解成原子，原子重新组合成新分子。
- 反应前后：原子种类不变、原子数目不变、原子质量不变。
- 因此反应前后物质总质量不变。
1.3 守恒定律的应用¶
- 解释反应前后质量关系；
- 推断反应物或生成物组成；
- 确定未知物的化学式；
- 化学方程式配平的基础。
1.4 常见质量变化分析¶
- 有气体参与/逸出的反应，必须在密闭容器中称量才守恒。
- 镁条燃烧后变重：因为结合了空气中的 O₂。
- 蜡烛燃烧变轻：因为 CO₂ 和 H₂O 逸散到空气中。
2. 化学方程式¶
2.1 书写原则¶
- 必须以客观事实为基础（不能凭空编造）；
- 遵守质量守恒定律（必须配平）。
2.2 书写步骤¶
- 写出反应物和生成物的化学式；
- 配平（使各种原子数目左右相等）；
- 注明反应条件（加热△、点燃、高温、催化剂等）；
- 标明生成物状态（↑气体、↓沉淀）。
2.3 配平方法¶
① 观察法：直接调整系数，适用于简单反应。
$$\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \longrightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$$（天然平衡）
② 最小公倍数法：选择两端某元素原子数取最小公倍数。
$$2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{通电}} 2\text{H}_2\uparrow + \text{O}_2\uparrow$$
③ 奇数变偶数法（竞赛）：将奇数原子化合物的系数乘 2 变偶数。
例：$\text{C}_2\text{H}_2 + \text{O}_2 \to \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$ → 先将 H₂O 系数×2
④ 代数法/待定系数法（竞赛）：设各系数为未知数，列方程求解。
⑤ 电子得失法/化合价升降法（竞赛）：配平氧化还原反应。
2.4 化学方程式表示的意义¶
- 表示反应物和生成物种类；
- 表示反应条件；
- 表示反应物和生成物之间的粒子个数比和质量比。
各物质质量比计算：
$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{H}_2\text{O}$$
- 质量比 = $2\times2 : 32 : 2\times18 = 4 : 32 : 36 = 1 : 8 : 9$
- 粒子比 = $2 : 1 : 2$
3. 根据化学方程式的计算¶
3.1 基本步骤¶
- 设未知量（设反应物或生成物的质量为 $x$）；
- 写出化学方程式；
- 写出相关物质的质量比（相对分子质量×系数）；
- 列出比例式求解；
- 简明写出答案。
3.2 基本计算类型¶
类型一：已知反应物质量求生成物质量
例：加热分解 6.2 g KClO₃（有 MnO₂ 催化），可生成 O₂ 多少克？
设生成 O₂ 质量为 $x$：
$$2\text{KClO}_3 \xrightarrow{\text{MnO}_2 \atop \Delta} 2\text{KCl} + 3\text{O}_2\uparrow$$
$$245 \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad 96$$
$$6.2 \text{ g} \quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad x$$
$$\frac{245}{6.2} = \frac{96}{x} \quad \Rightarrow \quad x = \frac{96 \times 6.2}{245} \approx 2.4 \text{ g}$$
类型二：含杂质的计算
纯度 = 纯物质质量 / 样品质量 × 100%
代入方程式计算时必须用纯物质质量。
类型三：多步反应计算
利用多步反应的关系式，找出始末物质的定量关系直接计算。
4. 竞赛拓展：综合计算技巧¶
4.1 差量法¶
利用反应前后某物理量（质量、体积等）的差量与反应物或生成物之间的正比例关系求解。
适用：有沉淀生成/逸出气体/金属置换等引起质量变化的反应。
例：铁片放入 CuSO₄ 溶液中，铁片增重。
$\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \to \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$
每 56 g Fe 溶解，析出 64 g Cu，铁片增重 $64-56=8$ g。
利用增重质量 $\Delta m$ 与比例关系求解。
4.2 关系式法¶
对于多步反应，找出始末物质间的关系式，跳过中间步骤直接计算。
例：用焦炭还原铁矿石炼铁的多步反应：
$\text{C} \to \text{CO} \to \text{Fe}$
化简得关系式：$3\text{C} \sim 2\text{Fe}$（由配平 3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂ 和 C + CO₂ → 2CO 推出）
4.3 守恒法¶
- 质量守恒：反应前后总质量不变。
- 元素守恒：某元素在反应前后总质量不变（在反应物和生成物中总质量相等）。
- 原子守恒：某种原子数目在反应前后相等。
例：一定量 C 和 CuO 混合加热反应后，利用氧原子守恒推算各产物质量。
4.4 极值法¶
- 假设两种极端情况（全部为某一成分），计算对应的最大值和最小值。
- 实际值一定在两极值之间。
- 常用于混合物组成的定量判断。
4.5 讨论法¶
- 当反应物用量关系不明确时，分别讨论不同情形（过量、恰好完全、不足），列出不同方程求解。
- 常见于 CO 还原 CuO、CO₂ 与 NaOH 反应等有产物不确定性的问题。
4.6 图象分析题¶
- 看坐标轴：横纵坐标分别代表什么物理量。
- 看起点：是否过原点（有否反应）、初始值。
- 看拐点：拐点表示反应恰好完成，对应数值是关键计算点。
- 看终点：反应停止的原因（反应物耗尽）。
- 看斜率：斜率代表反应速率大小。
5. 反应类型总结¶
5.1 四大基本反应类型¶
| 类型 | 通式 | 特点 | 实 |
|---|---|---|---|
| 化合反应 | $\text{A}+\text{B}\to\text{AB}$ | 多变一 | $2\text{H}_2+\text{O}_2\to 2\text{H}_2\text{O}$ |
| 分解反应 | $\text{AB}\to\text{A}+\text{B}$ | 一变多 | $2\text{H}_2\text{O}\to 2\text{H}_2+\text_O_2$ |
| 置换反应 | $\text{A}+\text{BC}\to\text{B}+\text{AC}$ | 单质互换 | $\text{Fe}+\text{CuSO}_4\to\text{FeSO}_4+\text{Cu}$ |
| 复分解反应 | $\text{AB}+\text{CD}\to\text{AD}+\text{CB}$ | 成分交换 | $\text{HCl}+\text{NaOH}\to\text{NaCl}+\text{H}_2\text{O}$ |
5.2 其他反应类型（竞赛）¶
- 氧化还原反应：有元素化合价升降的反应。
- 升失氧（化合价升高、失去电子、被氧化→还原剂）；
- 降得还（化合价降低、得到电子、被还原→氧化剂）。
- 中和反应：酸 + 碱 → 盐 + 水（属于复分解反应的特例）。
- 不属于四大类型的反应：CO 还原 CuO、CO 燃烧等（它们是氧化还原反应但不属于四种基本类型）。
九、物质构成的奥秘¶
1. 分子、原子、离子¶
1.1 分子¶
- 定义：分子是保持物质化学性质的最小粒子。
- 性质：
- 体积小、质量小；
- 不断运动（温度越高运动越快）；
- 分子间有间隔（固<液<气，热胀冷缩）；
- 同种分子性质相同，不同种分子性质不同。
- 分子的变化：物理变化中分子本身不变（只是间隔或排列改变）；化学变化中分子被破坏，原子重新组合成新分子。
1.2 原子¶
- 定义：原子是化学变化中的最小粒子。在化学反应中原子不可再分。
- 与分子关系：分子由原子构成。化学反应中分子分解为原子，原子重新组合成新分子。
| 化学变化 | 分子 | 原子 |
|---|---|---|
| 能否再分 | 可以再分 | 不可再分 |
| 是否变化 | 种类改变 | 种类、数目不变 |
1.3 原子结构（竞赛重点）¶
$$\text{原子} \begin{cases} \text{原子核} \begin{cases} \text{质子}(+) & \text{带正电} \ \text{中子}(0) & \text{不带电} \end{cases} \ \text{核外电子}(-) \quad \text{带负电} \end{cases}$$
- 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数（原子不带电）。
- 原子质量主要集中在原子核上（质子和中子质量远大于电子）。
- 相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数。
- 氢原子（H）最特殊：无中子。
1.4 核外电子排布（竞赛拓展）¶
- 电子在核外按能量高低分层排布（K层→L层→M层…，第一层最多 2 个，第二层最多 8 个，最外层不超过 8 个）。
- 最外层电子数决定元素化学性质：
- 金属元素最外层电子一般 < 4，易失去电子形成阳离子；
- 非金属元素最外层电子一般 ≥ 4，易得到电子形成阴离子；
- 稀有气体最外层 8 个（氦为 2 个），稳定结构，化学性质不活泼。
1.5 离子¶
- 定义：带电的原子或原子团。
- 阳离子：原子失去电子 → 带正电（如 Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺）。
- 阴离子：原子得到电子 → 带负电（如 Cl⁻、O²⁻、SO₄²⁻）。
- 离子符号：先写电荷数再写正负（如 Ca²⁺、SO₄²⁻）。
| 比较项 | 原子 | 离子 |
|---|---|---|
| 电性 | 不带电 | 带电（正或负） |
| 质子数与电子数 | 相等 | 不等 |
| 性质 | 一般较活泼 | 可达稳定结构 |
| 相互转化 | 原子 $\rightleftharpoons$ 离子（得失电子） |
1.6 常见原子团（离子）¶
| 原子团 | 离子符号 | 名称 |
|---|---|---|
| 氢氧根 | OH⁻ | — |
| 硝酸根 | NO₃⁻ | — |
| 硫酸根 | SO₄²⁻ | — |
| 碳酸根 | CO₃²⁻ | — |
| 碳酸氢根 | HCO₃⁻ | 竞赛 |
| 铵根 | NH₄⁺ | — |
| 磷酸根 | PO₄³⁻ | 竞赛 |
| 高锰酸根 | MnO₄⁻ | 竞赛 |
| 锰酸根 | MnO₄²⁻ | 竞赛 |
2. 元素与元素符号¶
2.1 元素¶
- 定义：具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称。
- 元素是宏观概念，只讲种类不讲个数；原子是微观概念，既讲种类又讲个数。
- 决定元素种类的是质子数（核电荷数）。
- 同种元素可以有不同的原子（同位素，如 ¹H、²H、³H，竞赛拓展）。
2.2 元素分类¶
| 类别 | 最外层电子 | 特点 | 实例 |
|---|---|---|---|
| 金属元素 | <4 | 易失电子 | Na、Mg、Fe |
| 非金属元素 | ≥4 | 易得电子 | O、Cl、S |
| 稀有气体元素 | 8（He为2） | 稳定结构 | He、Ne、Ar |
2.3 地壳中元素含量¶
- 含量最多的四种元素：氧（O）> 硅（Si）> 铝（Al）> 铁（Fe）。
- 含量最多的金属元素：铝（Al）。
- 含量最多的非金属元素：氧（O）。
3. 化学式与化合价¶
3.1 化学式¶
- 定义：用元素符号和数字表示物质组成的式子。
- 意义（以 H₂O 为例）：
- 宏观：表示水这种物质；表示水由氢、氧两种元素组成；
- 微观：表示一个水分子；表示一个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成。
3.2 化合价¶
规律：
1. 单质中元素化合价为 0；
2. 化合物中正负化合价代数和为 0；
3. 氧通常为 −2，氢通常为 +1；
4. 金属元素一般显正价，非金属元素一般显负价；
5. 有些元素有变价（如 Fe 有 +2、+3；Cu 有 +1、+2；Mn 有 +2、+4、+6、+7）。
常见元素化合价口诀：
一价钾钠氯氢银，二价氧钙钡镁锌
三铝四硅五价磷，二三铁二四碳
二四六硫都齐全，铜汞二价最常见
单质零价永不变
常见原子团化合价：
| 原子团 | 化合价 |
|—|—|
| OH⁻ | −1 |
| NO₃⁻ | −1 |
| SO₄²⁻ | −2 |
| CO₃²⁻ | −2 |
| NH₄⁺ | +1 |
| PO₄³⁻ | −3 |
3.3 化学式的书写与计算¶
根据化合价写化学式：
1. 正价前负价后（金属左非金属右）；
2. 交叉约简定个数；
3. 化合价代数和为零验证。
根据化学式计算：
- 相对分子质量 = 各元素相对原子质量 × 原子个数之和。
- 元素质量比 = 各元素相对原子质量 ×个数之比。
- 某元素质量分数 $= \dfrac{\text{该元素相对原子质量}\times\text{个数}}{\text{相对分子质量}} \times 100\%$。
4. 相对原子质量与相对分子质量¶
4.1 相对原子质量¶
- 定义：以一个碳-12 原子质量的 $\frac{1}{12}$ 为标准，其他原子质量与它之比。
- 近似公式：相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数。
- 单位为 1（无量纲）。
4.2 相对分子质量¶
- 化学式中各元素相对原子质量×其原子个数之和。
5. 物质的分类¶
5.1 物质分类系统¶
$$\text{物质} \begin{cases} \text{纯净物} \begin{cases} \text{单质} \begin{cases} \text{金属} \ \text{非金属} \ \text{稀有气体} \end{cases} \ \text{化合物} \begin{cases} \text{氧化物} \ \text{酸} \ \text{碱} \ \text{盐} \ \text{有机物（竞赛）} \end{cases} \end{cases} \ \text{混合物} \end{cases}$$
5.2 关键概念辨析¶
| 概念 | 定义 | 实例 |
|---|---|---|
| 纯净物 | 由一种物质组成 | 蒸馏水、氧气、铁 |
| 混合物 | 由两种或多种物质组成 | 空气、海水、溶液 |
| 单质 | 由同种元素组成的纯净物 | O₂、Fe、C |
| 化合物 | 由不同种元素组成的纯净物 | H₂O、CO₂、NaCl |
| 氧化物 | 由两种元素组成，其中一种是氧的化合物 | CuO、SO₂、Fe₂O₃ |
- 氧化物一定是化合物，但含氧化合物不一定是氧化物（如 H₂SO₄ 含氧但由三种元素组成，不是氧化物）。
- 纯净物有固定组成和性质；混合物各组分保持各自性质。
6. 竞赛拓展¶
6.1 同位素（竞赛）¶
- 质子数相同但中子数不同的同种元素的不同原子互称同位素。
- 如氢的三种同位素：氕(¹H)、氘(²H 或 D)、氚(³H 或 T)。
- 同位素的化学性质几乎相同（质子数和电子数相同）。
6.2 元素周期表初步（竞赛拓展）¶
- 周期：横行，按原子序数（=质子数）递增排列。
- 族：纵列，最外层电子数相同，化学性质相似。
- 周期表有 7 个周期、16 个族（7 主族 + 7 副族 + 第Ⅷ族 + 0 族）。
- 原子序数 = 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数。
十、化学竞赛方法与解题技巧¶
1. 化学实验方法¶
1.1 混合物的分离与提纯¶
物理方法：
| 方法 | 原理 | 适用 | 实例 |
|---|---|---|---|
| 过滤 | 溶解性差异 | 不溶固体与液体分离 | 泥沙与水 |
| 结晶 | 溶解度随温度变化差异 | 可溶固体混合物分离 | KNO₃ 与 NaCl 分离 |
| 蒸馏 | 沸点差异 | 液态混合物分离 | 石油分馏（竞赛） |
| 磁选 | 磁性差异 | 铁与非铁物质分离 | 铁粉与硫粉 |
化学方法：
| 方法 | 原理 | 实例 |
|---|---|---|
| 加热分解法 | 杂质受热分解 | 除 NaCl 中 Na₂CO₃（不行，改用加酸法） |
| 沉淀法 | 杂质转化为沉淀过滤 | 除 NaCl 中 BaCl₂ → 加 Na₂SO₄ |
| 气化法 | 杂质转化为气体 | 除 NaCl 中 Na₂CO₃ → 加稀 HCl |
| 置换法 | 用活泼金属置换 | 除 FeSO₄ 中 CuSO₄ → 加铁粉 |
| 酸碱溶解法 | 利用酸碱溶解性差异 | 除 Cu 中 CuO → 加稀硫酸（Cu 不溶） |
1.2 气体的净化与干燥¶
除杂顺序：先除杂后干燥（除杂可能带出水蒸气）。
常见除杂试剂：
| 杂质气体 | 除杂试剂 | 原理 |
|---|---|---|
| CO₂ | NaOH 溶液 | $2\text{NaOH}+\text{CO}_2\to\text{Na}_2\text{CO}_3+\text{H}_2\text{O}$ |
| HCl 气体 | 水或 NaHCO₃ 溶液 | 溶解吸收；$\text{NaHCO}_3+\text{HCl}\to\text{NaCl}+\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2\uparrow$ |
| 水蒸气 | 浓硫酸/无水 CaCl₂ | 吸水干燥 |
| CO | 通过灼热 CuO | $\text{CO}+\text{CuO}\xrightarrow{\Delta}\text{Cu}+\text{CO}_2$ |
| O₂ | 通过灼热铜网 | $2\text{Cu}+\text{O}_2\xrightarrow{\Delta}2\text{CuO}$ |
干燥剂选择原则：
- 酸性气体（CO₂、SO₂、HCl）用酸性干燥剂（浓硫酸）。
- 碱性气体（NH₃）用碱性干燥剂（碱石灰）。
- 中性气体（H₂、O₂、CO）可用任何干燥剂。
- 不能用浓硫酸干燥 NH₃（反应）；不能用碱石灰干燥 CO₂（反应）。
2. 推断题解题策略¶
2.1 寻找”题眼”（突破口）¶
特殊颜色：
- 蓝色溶液 → Cu²⁺；浅绿色 → Fe²⁺；黄色 → Fe³⁺；紫色 → KMnO₄。
- 蓝色沉淀 → Cu(OH)₂；红褐色沉淀 → Fe(OH)₃；黑色固体 → Fe₃O₄/CuO/MnO₂/C/铁粉。
- 白色不溶酸沉淀 → BaSO₄ 或 AgCl。
- 蓝色晶体 → CuSO₄·5H₂O。
特殊反应：
- 生成气体（CO₂/H₂/NH₃/O₂）。
- 产生沉淀（颜色辨认）。
- 燃烧现象（火焰颜色、产物特征）。
- 电解水：正氧负氢，体积 1:2。
特殊条件：
- 通电 → 水的电解。
- 高温 → 碳还原金属氧化物、CaCO₃ 分解。
- 催化剂 → KClO₃ 或 H₂O₂ 分解制 O₂。
2.2 推断题解题步骤¶
- 读题找”题眼”（特殊现象、颜色、条件）；
- 从题眼出发正推或逆推其他物质；
- 用”代入验证法”检验各物质推断是否自洽；
- 按题目要求写出化学方程式和结论。
3. 实验探究题策略¶
3.1 科学探究的基本环节¶
提出问题 → 猜想/假设 → 设计实验 → 进行实验 → 收集证据 → 分析论证 → 评估反思 → 交流讨论。
3.2 实验方案设计要点¶
- 控制变量法：只改变一个变量，其他条件相同。
- 对比实验（空白对照）：设置对照组。
- 取样操作：”少量”取样，不浪费药品。
- 注意排除干扰：如检验 CO₃²⁻ 前需先排除 SO₃²⁻ 干扰（竞赛）。
3.3 常见探究主题¶
猜想与验证：
- 反应后溶液中溶质成分探究（是否有剩余酸/碱/盐）。
- 反应后固体成分探究（有剩余金属/氧化物）。
- 变质问题探究（NaOH 是否变质、变质程度如何）。
NaOH 变质探究（竞赛经典题）：
- 变质原因：$2\text{NaOH}+\text{CO}_2\to\text{Na}_2\text{CO}_3+\text{H}_2\text{O}$
- 检验是否变质：加稀盐酸，有气泡 → 已变质（含 Na₂CO₃）。
- 检验是否完全变质：加 BaCl₂ 溶液（沉淀 Na₂CO₃），过滤后滤液加酚酞，变红 → 还有 NaOH（部分变质）；不变色 → 完全变质。
- 除杂方法：加适量 Ba(OH)₂ 或 Ca(OH)₂ 溶液（不引入新杂质）。
4. 综合计算题型¶
4.1 金属与酸反应的综合计算¶
- 判断过量：比较金属与酸的摩尔关系（竞赛用化学方程式质量比判断）。
- 产生 H₂ 量的决定因素：
- 金属足量 → 取决于酸的量；
- 酸足量 → 取决于金属的量（及化合价和相对原子质量）。
- 天平问题（竞赛）：一边放金属+酸，两边反应后比较质量变化（增重差 = 金属质量 − 逸出 H₂ 质量）。
4.2 溶液反应综合计算¶
- 酸碱中和反应后溶液pH判断。
- 反应后溶质成分分析（可能有未反应的反应物 + 生成物）。
- 沉淀质量与溶液浓度联合计算。
4.3 多步反应与工业流程计算¶
- 沿流程图逐步分析物质转化。
- 利用关系式法简化多步反应计算。
- 注意中间产物的转化率和纯度。
5. 竞赛常用数据与常数¶
5.1 常见相对原子质量¶
| 元素 | Ar | 元素 | Ar | 元素 | Ar |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | C | 12 | N | 14 |
| O | 16 | Na | 23 | Mg | 24 |
| Al | 27 | S | 32 | Cl | 35.5 |
| K | 39 | Ca | 40 | Fe | 56 |
| Cu | 64 | Zn | 65 | Ag | 108 |
| Ba | 137 | — | — | — | — |
5.2 常见化学式与颜色速查¶
| 物质 | 颜色 | 物质 | 颜色 |
|---|---|---|---|
| CuO | 黑色 | Fe₂O₃ | 红棕色 |
| Fe₃O₄ | 黑色 | Cu | 紫红色 |
| Fe(OH)₃ | 红褐色 | Cu(OH)₂ | 蓝色 |
| FeCl₃ 溶液 | 黄色 | FeCl₂/FeSO₄ 溶液 | 浅绿色 |
| CuSO₄ 溶液 | 蓝色 | KMnO₄ 溶液 | 紫红色 |
| CuSO₄·5H₂O | 蓝色晶体 | CuSO₄（无水） | 白色粉末 |
| MgO | 白色 | CaCO₃ | 白色 |
| BaSO₄ | 白色 | AgCl | 白色 |
本文档覆盖初中化学竞赛全部核心知识模块与竞赛拓展，配合竞赛方法与解题技巧及常用数据附录，建议结合历年真题练习巩固。祝竞赛顺利！