高中化学全景思维导图

中心主题：高中化学

第一模块：基本概念与理论

这是化学的基石,贯穿整个高中学习。

• 化学基本概念

  • 物质的分类
    • 按成分：纯净物 (单质、化合物) vs. 混合物
    • 按性质：电解质 vs. 非电解质
    • 按状态：固、液、气
    • 按晶体类型：离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体
  • 物质的量
    • 核心物理量：n = m / M
    • 阿伏伽德罗常数 (N_A)
    • 摩尔质量 (M, g/mol)
    • 气体摩尔体积 (V_m, L/mol)：n = V / V_m (标准状况下 V_m = 22.4 L/mol)
    • 物质的量浓度 (c, mol/L)：c = n / V
    • 阿伏伽德罗定律及其推论
  • 氧化还原反应
    • 本质：电子转移（得失或偏移）
    • 特征：化合价升降
    • 概念：氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应、氧化性、还原性
    • 规律：升失氧还（化合价升高，失去电子，发生氧化反应，作还原剂）；降得还氧（化合价降低，得到电子，发生还原反应，作氧化剂）
  • 离子反应
    • 本质：溶液中离子浓度的减小
    • 离子方程式：书写步骤（写、拆、删、查）
    • 离子共存：判断条件（生成沉淀、气体、水、弱电解质；发生氧化还原反应；双水解反应）
  • 化学反应中的能量变化
    • 吸热反应 vs. 放热反应
    • 反应热 (ΔH)
    • 热化学方程式：书写要点（状态、ΔH 的正负与单位、方程式系数与 ΔH 的关系）
    • 燃烧热 vs. 中和热

• 物质结构

  • 原子结构
    • 构成：原子核 (质子 Z, 中子 N) vs. 核外电子 (e-)
    • 核外电子排布：原子轨道 (s, p, d, f)、电子层、能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则
    • 同位素：质子数相同，中子数不同的原子
  • 元素周期律与元素周期表
    • 周期律：原子核外电子排布的周期性变化 → 原子半径、主要化合价、金属性/非金属性、第一电离能等的周期性变化
    • 周期表结构：周期（横行）、族（纵列）
      • 主族 (IA, IIA ... VIIA, 0族)
      • 副族 (IB, IIB ... VIIB, VIII族)
      • 镧系、锕系
    • 递变规律：
      • 同周期：从左到右，半径减小，金属性减弱，非金属性增强，最高价氧化物对应水化酸性增强，碱性减弱。
      • 同主族：从上到下，半径增大，金属性增强，非金属性减弱，最高价氧化物对应水化碱性增强，酸性减弱。
  • 化学键
    • 离子键：阴阳离子通过静电作用形成（如 NaCl）
    • 共价键：原子间通过共用电子对形成
      • 分类：极性键 vs. 非极性键；单键、双键、三键
      • 参数：键长、键能、键角
    • 金属键：金属阳离子与自由电子间的相互作用
  • 分子结构与性质
    • 分子极性：极性分子 vs. 非极性分子（由键的极性和空间构型共同决定）
    • 分子间作用力
      • 范德华力：影响物质的熔沸点、溶解性等
      • 氢键：比范德华力强，影响熔沸点、溶解度（如 H₂O, NH₃, HF 的反常）
    • 晶体类型与性质比较
      • 离子晶体：离子键，高熔沸点，硬而脆，水溶液或熔融导电（如 NaCl）
      • 原子晶体：共价键，高熔沸点，硬度大，一般不导电（如 SiO₂, C（金刚石））
      • 分子晶体：分子间作用力，低熔沸点，软，不导电（如 H₂O, CO₂）
      • 金属晶体：金属键，熔沸点差异大，导电导热，有延展性（如 Fe, Cu）

• 化学反应速率与化学平衡

  • 化学反应速率
    • 定义：v = Δc / Δt
    • 影响因素：
      • 内因：反应物本身的性质
      • 外因：
        • 浓度：增大反应物浓度，速率加快
        • 压强：仅对气体反应有效，通过改变浓度影响速率
        • 温度：升高温度，速率加快（活化能理论）
        • 催化剂：同等程度改变正逆反应速率，缩短达到平衡时间
        • 接触面积：对固体或纯液体反应物影响速率
  • 化学平衡
    • 定义：可逆反应中，正逆反应速率相等，各组分浓度不再改变的状态。
    • 特征：逆、等、动、定、变
    • 平衡常数 (K)：
      • 表达式：K = [生成物]^系数 / [反应物]^系数
      • 意义：衡量反应进行的程度。K 越大，反应越完全。
    • 平衡移动原理（勒夏特列原理）：
      • 如果改变影响平衡的一个条件（浓度、压强、温度），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
      • 催化剂：不能使平衡移动。
    • 图像分析：速率-时间图、浓度-时间图、转化率-温度/压强图等。

第二模块：无机化学元素及其化合物

这是化学知识的血肉,是理论的应用和体现。

• 金属及其化合物

  • 钠及其化合物
    • Na：强还原性，与 O₂, H₂O, 盐溶液 反应
    • Na₂O vs. Na₂O₂：过氧化钠的强氧化性与供氧性 (2Na₂O₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂↑)
    • NaOH：强碱，与 CO₂, 酸, 盐 反应
    • Na₂CO₃ vs. NaHCO₃：溶解性、热稳定性、与酸反应速率和量的比较
  • 铝及其化合物
    • Al：两性，与 O₂, 酸, 强碱 反应 (2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂↑)
    • Al₂O₃ 和 Al(OH)₃：两性氧化物/氢氧化物，既能与强酸反应，也能与强碱反应
    • Al(OH)₃ 的制备：可溶性铝盐与弱碱（如氨水）反应
  • 铁及其化合物
    • Fe：变价金属，与 O₂, Cl₂, 酸, 盐溶液 反应（产物与氧化剂强弱有关）
    • Fe²⁺ vs. Fe³⁺ 的转化：
      • Fe²⁺ → Fe³⁺：加氧化剂（如 Cl₂, Br₂, HNO₃, KMnO₄）
      • Fe³⁺ → Fe²⁺：加还原剂（如 Fe, Cu, I⁻, SO₂）
    • Fe(OH)₂ vs. Fe(OH)₃：制备、颜色、稳定性
    • Fe³⁺ 的检验：KSCN 溶液变血红色
  • 铜及其化合物
    • Cu：不活泼金属，与 O₂, 强氧化性酸 反应
    • CuO：碱性氧化物，与 酸, CO, H₂ 反应
    • Cu(OH)₂：不溶性弱碱，受热分解，溶于强酸和强碱
  • 其他金属
    • 镁：燃烧发出耀眼白光，与 CO₂ 反应
    • 锌：两性金属，实验室制氢气的常用原料
    • 过渡元素：颜色、催化性、配合物等特性

• 非金属及其化合物

  • 氯及其化合物
    • Cl₂：黄绿色、有毒气体，强氧化性。
      • 与 H₂O (歧化反应)：Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO
      • 与 NaOH (歧化反应)：Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O (制漂白液)
      • 与 Ca(OH)₂：2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O (制漂白粉)
    • HClO：强氧化性，漂白、杀菌，不稳定性
    • Cl⁻ 的检验：加 AgNO₃ 和稀 HNO₃，产生白色沉淀
  • 硫及其化合物
    • S：淡黄色固体，与 O₂, Fe, Cu 反应
    • SO₂：有刺激性气味，有毒，酸性氧化物，还原性，漂白性（品红褪色）
    • SO₃：酸性氧化物，与水反应生成 H₂SO₄
    • H₂SO₄：
      • 稀硫酸：酸的通性
      • 浓硫酸：吸水性、脱水性、强氧化性（与 Cu, C 等反应）
    • SO₄²⁻ 的检验：加 BaCl₂ 和稀 HNO₃，产生白色沉淀
  • 氮及其化合物
    • N₂：稳定，三键能大
    • NH₃：无色、有刺激性气味，极易溶于水，碱性，还原性
      • 检验：湿润的红色石蕊试纸变蓝
      • 实验室制法：Ca(OH)₂ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O
    • HNO₃：
      • 不稳定性：见光或受热分解
      • 强酸性：酸的通性
      • 强氧化性：与金属（除 Au, Pt 外）、非金属 (C, S)、Fe, Cu 等反应
    • NO vs. NO₂：NO 无色，难溶于水，易被氧化；NO₂ 红棕色，有毒，与水反应 (3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO)
  • 硅及其无机非金属材料
    • Si：半导体材料，与 F₂, HF, 强碱 反应
    • SiO₂：原子晶体，酸性氧化物，不溶于水，与 HF, 强碱, 碱性氧化物 反应
    • 硅酸盐工业：水泥、玻璃、陶瓷的生产原理和成分
    • 硅酸盐材料特性：耐高温、抗腐蚀、绝缘性好

第三模块：有机化学基础

• 有机物基本概念
  • 特点：多数共价化合物，熔沸点低，难溶于水，易燃，反应复杂、速率慢、副反应多。
  • 分类：
    • 按碳链：烷、烯、炔、芳香烃
    • 按官能团：卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯等
  • 同系物：结构相似，分子组成相差 n 个 CH₂ 原子团的物质。
  • 同分异构体：分子式相同，结构不同的化合物。
    • 类型：碳链异构、官能团位置异构、官能团类别异构。
    • 书写方法：减碳成链，移动支链。
  • 命名：系统命名法（选主链，编号，定官能团）。
• 烃
  • 烷烃：饱和烃，通式 CₙH₂ₙ₊₂，代表物：甲烷 (CH₄)。

    性质：取代反应（如卤代）。

  • 烯烃：含碳碳双键，通式 CₙH₂ₙ，代表物：乙烯 (C₂H₄)。
    • 性质：加成反应（如 Br₂, H₂, H₂O）、加聚反应。
  • 炔烃：含碳碳三键，通式 CₙH₂ₙ₋₂，代表物：乙炔 (C₂H₂)。

    性质：加成反应、加聚反应。

  • 苯及其同系物：代表物：苯 (C₆H₆)。
    • 结构：平面正六边形，大π键。
    • 性质：取代反应（硝化、卤代）、加成反应（与 H₂）。
• 烃的衍生物
  • 官能团决定化学性质
    • 卤代烃 (-X)：水解反应（生成醇）、消去反应（生成烯烃）。
    • 醇 (-OH)：消去反应（邻碳有H）、氧化反应（生成醛或酮）、酯化反应。
    • 酚 (-OH，连在苯环上)：弱酸性、与 Br₂ 水（三溴苯酚白色沉淀）、显色反应（遇 Fe³⁺ 紫色）。
    • 醛 (-CHO)：还原性（银镜反应、与新制 Cu(OH)₂ 反应）、催化加氢。
    • 羧酸 (-COOH)：酸性、酯化反应。
    • 酯 (-COO-)：水解反应（酸性或碱性条件下）。
• 生命中的基础有机化学物质
  • 糖类：单糖（葡萄糖，果糖）、二糖（蔗糖，麦芽糖）、多糖（淀粉，纤维素）。
  • 油脂：高级脂肪酸的甘油酯，油脂的皂化反应和氢化反应。
  • 蛋白质：氨基酸通过肽键连接成多肽链，性质：两性、盐析、变性、颜色反应（双缩脲反应）。
• 合成高分子材料
  • 三大合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶。
  • 加聚反应：如聚乙烯 (nCH₂=CH₂ → [-CH₂-CH₂-]ₙ)。
  • 缩聚反应：如酚醛树脂、聚酯。

第四模块：化学实验与计算

• 化学实验基础
  • 常用仪器及使用：试管、烧杯、量筒、容量瓶、滴定管、分液漏斗、坩埚、酒精灯等。
  • 基本操作：
    • 加热、溶解、过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏、结晶、滴定。
    • 仪器的洗涤、气密性检查。
  • 气体的制备、净化、干燥、收集和检验
    • 制备装置：固固加热型、固液不加热型、固液加热型。
    • 净化与干燥：洗气瓶、干燥管/U型管，除杂原则：不减少被提纯物，不引入新杂质。
    • 收集方法：排水法（难/不溶水）、向上排空气法（密度大于空气）、向下排空气法（密度小于空气）。
  • 物质的检验与鉴别
    • 常见离子检验：H⁺, OH⁻, Cl⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻, Fe³⁺, NH₄⁺ 等。
    • 常见气体检验：O₂, H₂, CO₂, Cl₂, SO₂, NH₃, NO, NO₂ 等。
• 化学计算
  • 基本计算
    • 有关物质的量的计算 (n, m, M, V, N, c)
    • 溶液浓度的计算：质量分数、物质的量浓度的换算 (c = 1000ρω / M)
  • 综合计算
    • 化学方程式计算：过量计算、多步反应计算、关系式法。
    • 混合物计算：平均值法、十字交叉法、差量法。
    • 工业生产计算：产率、转化率、利用率。
    • 化学平衡计算：三段式法，求 K 或各组分浓度。
    • 滴定计算：c(酸)·V(酸) = c(碱)·V(碱) (一元强酸强碱中和)。

如何使用这份思维导图

1. 打印出来：将此框架打印成一张大海报，贴在书桌前，时常回顾。
2. 填充细节：在每个分支下，用不同颜色的笔写下具体的方程式、现象、特例和注意事项，在“铝的两性”下，写出 Al + NaOH 和 Al₂O₃ + NaOH 的方程式。
3. 建立联系：用箭头或虚线连接不同模块的知识点，将“物质的量”与“化学平衡计算”连接，将“氧化还原”与“电解池”连接。
4. 个性化定制：根据你的薄弱环节，添加更多内容，你总是记不住同分异构体的书写，就在“同分异构体”分支下多写几个例子和书写技巧。
5. 考前复习：考前以这张图为纲，快速回顾整个知识体系，查漏补缺。

希望这份详细的思维导图能帮助你构建清晰、系统的化学知识网络，祝你学习进步！