无机化学 思维导图
中心主题：无机化学
一级分支 1：化学原理基础
- 核心思想： 理解物质组成、结构、性质及其变化规律的基础。
- 二级分支 1.1：原子结构与元素周期律
- 核心概念： 原子是构成物质的基本单位,其结构决定了元素性质。
- 三级分支：
- 原子结构模型： 玻尔模型 vs. 量子力学模型 (波函数、概率云)
- 四个量子数：
- 主量子数 - 电子层
- 角量子数 - 亚层/能级
- 磁量子数 - 轨道空间取向
- 自旋量子数 - 电子自旋
- 核外电子排布： 能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则
- 元素周期表：
- 周期： 电子层数
- 族： 最外层电子数 (主族、副族、VIII族)
- 区： s区, p区, d区, ds区, f区
- 元素性质周期性：
- 原子半径
- 电离能
- 电子亲和能
- 电负性
- 二级分支 1.2：化学键与分子结构
- 核心概念： 原子间通过化学键结合成分子或晶体。
- 三级分支：
- 离子键： 电子得失，形成阴阳离子，静电引力。特点： 无方向性,无饱和性。
- 共价键： 电子共享。
- 价键理论： 原子轨道重叠，σ键 vs. π键。
- 杂化轨道理论： 解释分子空间构型 (sp, sp², sp³, dsp², sp³d, sp³d²...)。
- 价层电子对互斥理论： 预测分子空间构型 (电子对数决定构型)。
- 分子轨道理论： 原子轨道线性组合成分子轨道，成键轨道 vs. 反键轨道。
- 金属键： 金属原子和离子与“电子海”之间的作用力。
- 分子间作用力：
- 范德华力： 取向力、诱导力、色散力。
- 氢键： 特殊的强范德华力 (H-O, H-N, H-F)。
- 二级分支 1.3：化学热力学与动力学
- 核心概念： 判断反应方向和速率。
- 三级分支：
- 热力学第一定律： 能量守恒，焓变 (ΔH)。
- 热力学第二定律： 反应自发性，熵变 (ΔS) 和吉布斯自由能变 (ΔG = ΔH - TΔS)。
- 热力学第三定律： 绝对零度。
- 反应速率： 影响因素 (浓度、温度、催化剂、表面积)。
- 反应机理： 基元反应、反应速率方程、活化能。
一级分支 2：化学平衡
- 核心思想： 研究可逆反应达到动态平衡时的规律。
- 二级分支 2.1：酸碱平衡
- 核心概念： 质子转移。
- 三级分支：
- 酸碱理论：
- 阿伦尼乌斯理论 (H⁺和OH⁻)
- 布朗斯特-劳里理论 (质子给予体/接受体)
- 路易斯理论 (电子对接受体/给予体)
- 水的电离： Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0×10⁻¹⁴ (25°C)
- pH值： pH = -log[H⁺]
- 缓冲溶液： 能够抵抗少量酸碱而pH基本不变的溶液 (弱酸+其共轭碱)。
- 酸碱滴定： 中和反应,指示剂变色。
- 酸碱理论：
- 二级分支 2.2：沉淀-溶解平衡
- 核心概念： 难溶电解质的溶解与沉淀。
- 三级分支：
- 溶度积： Ksp = [A]ᵐ[B]ⁿ (平衡常数)
- 溶度积规则：
- Q < Ksp，不饱和,溶解。
- Q = Ksp，饱和,平衡。
- Q > Ksp，过饱和,沉淀。
- 沉淀的生成与溶解： 同离子效应、酸效应、配位效应。
- 二级分支 2.3：氧化还原平衡
- 核心概念： 电子转移。
- 三级分支：
- 基本概念： 氧化剂、还原剂、氧化态、半反应。
- 电极电势：
- 标准氢电极 (SHE) 作为基准。
- 标准电极电势 (E°)。
- 能斯特方程： E = E° - (RT/nF)lnQ (非标准状态下的电极电势)。
- 电动势： E°_cell = E°_cathode - E°_anode。
- 应用：
- 判断反应方向 (E > 0 自发)。
- 计算平衡常数 (ΔG° = -nFE°, lnK = nFE°/RT)。
- 元素电势图。
- 二级分支 2.4：配位平衡
- 核心概念： 中心离子与配位体通过配位键形成配合物。
- 三级分支：
- 配合物组成： 中心离子/原子、配位体、配位数、内界/外界。
- 命名： (配位体数)(配位体名称)(合)(中心离子名称)(中心离子氧化态)。
- 稳定常数： K_稳 (越大，配合物越稳定)。
- 配位平衡的移动：
- 沉淀生成 (与沉淀平衡竞争)。
- 酸碱反应 (与酸碱平衡竞争)。
- 氧化还原反应 (与氧化还原平衡竞争)。
一级分支 3：元素化学
- 核心思想： 按周期族分类,研究各族元素及其化合物的性质和反应。
- 二级分支 3.1：s区元素 (IA, IIA族)
- 特点： 活泼金属，强还原性,化合物多为离子型。
- 代表元素： H, Li, Na, K, Mg, Ca。
- 重要化合物： 氧化物、氢氧化物、盐 (如 NaCl, CaCO₃)。
- 二级分支 3.2：p区元素
- 特点： 种类最丰富，性质变化多样,非金属为主。
- 代表族：
- 卤素 (VIIA族)： 强氧化性，氢卤酸，含氧酸 (HClO, HClO₃)。
- 氧族 (VIA族)： H₂O, H₂O₂, 过氧化物,硫化物。
- 氮族 (VA族)： NH₃, 硝酸 (HNO₃),磷酸盐。
- 碳族 (IVA族)： 碳的同素异形体，硅酸盐，CO₂。
- 硼族 (IIIA族)： 缺电子性，硼砂，氢化物 (B₂H₆)。
- 二级分支 3.3：d区元素 (过渡金属)
- 特点： d轨道未充满，易形成配合物，多种氧化态,颜色。
- 代表元素： Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cr, Mn。
- 重要性质：
- 氧化态： 可变 (如 Fe²⁺/Fe³⁺, Mn²⁺/Mn⁴⁺/MnO₄⁻)。
- 配合物： [Fe(CN)₆]⁴⁻, [Cu(NH₃)₄]²⁺。
- 颜色： d-d跃迁导致 (如 [Cu(H₂O)₆]²⁺ 蓝色)。
- 磁性： 顺磁性 vs. 抗磁性。
- 重要化合物： 铁的氧化物和氢氧化物，铬酸盐/重铬酸盐,高锰酸盐。
- 二级分支 3.4：ds区元素 (IB, IIB族)
- 特点： 金属活泼性递减,易形成配合物。
- 代表元素： Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg。
- 重要性质：
- 铜： +1, +2价，蓝色Cu²⁺溶液。
- 银： +1价，AgCl沉淀,银镜反应。
- 锌： +2价,两性。
- 二级分支 3.5：f区元素 (镧系、锕系)
- 特点： f轨道填充，性质相似,放射性。
- 镧系： “稀土元素”，+3价为主,磁性发光材料。
- 锕系： 大多为放射性元素,核能应用。
一级分支 4：固体化学与材料化学
- 核心思想： 研究固体的结构、性质及其应用。
- 二级分支 4.1：晶体结构
- 核心概念： 原子/分子/离子在三维空间有序排列。
- 三级分支：
- 晶格类型： 简单立方、体心立方、面心立方等。
- 晶胞参数： a, b, c, α, β, γ。
- 晶格能： 气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量。
- X射线衍射： 测定晶体结构的主要方法。
- 二级分支 4.2：固体类型
- 三级分支：
- 离子晶体： 高熔点，硬，溶于极性溶剂 (如 NaCl)。
- 原子晶体： 高熔点，硬，不导电 (如 金刚石)。
- 分子晶体： 低熔点，软 (如 冰, 干冰)。
- 金属晶体： 金属光泽，导电导热,延展性好。
- 三级分支：
- 二级分支 4.3：重要无机材料
- 三级分支：
- 陶瓷： 耐高温，耐腐蚀 (如 Al₂O₃)。
- 合金： 金属混合物，改善性能 (如 钢, 黄铜)。
- 半导体： Si, Ge, GaAs。
- 沸石/分子筛： 催化剂,吸附剂。
- 三级分支：
一级分支 5：实验技术与方法
- 核心思想： 理论联系实际,掌握基本实验技能。
- 二级分支 5.1：基本操作
- 三级分支： 称量、滴定、过滤、蒸馏、萃取、重结晶。
- 二级分支 5.2：仪器分析
- 三级分支：
- 紫外-可见分光光度法： 测定有色物质浓度。
- 红外光谱： 分析分子官能团。
- 原子吸收/发射光谱： 测定元素含量。
- X射线衍射： 物相分析,晶体结构解析。
- 核磁共振： 分析分子结构 (¹H, ¹³C NMR)。
- 三级分支：
如何使用这份思维导图
- 构建框架： 在学习初期，以这份导图为骨架,了解无机化学的全貌。
- 填充细节： 随着学习的深入，在每个分支下添加具体的反应方程式、实验现象、数据、例外情况和典型例题。
- 关联记忆： 思考不同分支之间的联系，原子结构决定元素性质，进而影响其化学键类型和反应活性,配位平衡会与沉淀平衡相互竞争。
- 复习与回顾： 考试前，可以看着导图，尝试复述每个分支的核心内容,检验自己的知识掌握程度。
希望这份思维导图能帮助你更好地学习和掌握无机化学！
