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物质分类

(复习国中：8上 2-1 物质的三态与性质)

• 物质
  • 纯物质
    • 元素
    • 化合物
  • 混合物
    • 均匀混合物：葡萄酒、空气、高粱酒、18K金 (金混合银、铜、锌等其它金属，使硬度增加)
    • 不匀混合物：豆瓣酱、岩石、土壤
• 其中元素同素异形体是指由相同原子构成，但外观、性质、结构上不同
  • 碳：钻石、石墨、C₆₀ (芙、巴克球、富勒烯)、C₇₂、C₈₄、奈米碳管、木炭
  • 硫：斜方硫、单斜硫、弹性硫
  • 氧：氧、臭氧
  • 磷：黄磷 (白磷)、红磷、黑磷、紫磷

混合物的分离

(复习国中：8上 2-1 物质的三态与性质)

• 溶解与过滤
• 倾析：不溶物颗粒大、易沉淀。如倒掉洗米水
• 蒸馏：沸点差异大适用。如从鸡肉中取鸡精
• 结晶：溶剂减少、温度下降，溶质会析出。如甘蔗汁析出粗糖 (纯化后就是纯糖)
• 萃取：利用某物质对于两种互不相容的溶剂之溶解度差异，将某物质从溶解度小的溶剂移到溶解度大的溶剂。如用四氯化碳或环乙烷萃取出水中的碘
• 层析：溶液中多种成分在固定相的介质中随溶剂移动之速而分离。如滤纸层析法：色素利用酒精当溶剂在滤纸上分离开来 (与滤纸吸附力越大的物质，展开距离越短)
• 抽滤：利用压力差加快过滤速度
• 分馏：利用挥发性 (沸点)差异。如分离石油

重要定律

(复习国中：8上 6-3 物质结构与原子、8下 1-1 化学反应与质量守恒)

• 质量守恒定律
  • 拉瓦节 (近代化学之父)提出
  • 化学反应后，各物质质量总和不变

	元素	化合物	质量比	叙述
定比定律	2~多	1	固定比	普鲁斯特提出，一化合物不管从何而来，各成分元素的质量比恒为一定值
倍比定律	2	多	简单整数比	道耳顿提出，两种元素生成两种或多种化合物时，若某一元素质量相等，另一个元素会呈简单整数比

• 原子说
  • 道耳顿提出
  1. 原子不可分割 (后被推翻)
  2. 相同元素之原子的质量和性质相同 (后被推翻：同位素，化学性质相同，但质量和物理性质不同)
  3. 不同元素之原子的质量和性质不同 (后被推翻：同量素，不同元素具有相同质量，如¹⁶N、¹⁶O)
  4. 不同元素之原子可以简单整数比结合成化合物
  5. 化学反应后原子数量和种类均不变
  • 原子说可以解释：质量守恒定律 (第5点)、定比定律 (第2、4点)、倍比定律 (第2、4点)
• 气体化合体积定律
  • 给吕萨克提出
  • 同温同压下，化学反应中的反应物、产物中的气体物质，反应之体积呈简单整数比
  • 道耳顿的原子说撞壁，和第1点冲突到
  • 亚佛加厥完美解释，请见下
• 亚佛加厥定律 (分子说)
  • 亚佛加厥提出
  • 同温同压下，同体积的气体含有同数目的分子，分子由原子组成
  • 系数比=分子数比=莫耳数比=气体体积比 (复习国中：8下 1-3 反应式与化学计量)

原子量与分子量

(复习国中：8下 1-2 原子量、分子量与莫耳)

• 国际纯化学暨应用化学联合会 (IUPAC)以¹²C为标准，规定¹²C=12amu (atomic mass unit，原子质量单位)
• 平均原子量
  • 有同位素的元素其各同位素在自然界的存量百分比不同，有高有低，要加权计算才可以求出
  • 如³⁵Cl含量75%、³⁷Cl含量25%，则Cl的平均原子量为：35×75%+37×25%=35.5 (amu)，这就是我们平常看到的氯的原子量

莫耳

(复习国中：8下 1-2 原子量、分子量与莫耳)

• 定义：1莫耳为12克¹²C所含的原子个数，共有6.02×10²³ (国中学的是6×10²³)
• 亚佛加厥数 (N_A)：6.02×10²³
• $1amu={\frac {1}{N_{A}}}g=1.66\times 10^{-24}g$
• 莫耳体积：1莫耳物质的体积
  • 气体莫耳体积：
    • STP：0℃、1atm (标准温压)下为22.4升
    • NTP：25℃、1atm (常温常压)下为24.5升
• $mol={\frac {g}{amu}}={\frac {N}{6.02\times 10^{23}}}={\frac {V}{22.4(STP)}}={\frac {V}{24.5(NTP)}}=C_{M}\times V$
  • mol是莫耳，g是质量，amu是原/分子量，N是原/分子个数，V是体积，C_M是莫耳浓度

溶液

(复习国中：8上 2-2 水溶液、8下 3-3 酸和碱的浓度)

• 溶质是被溶解，产生状态变化的物质
• 以多者为溶剂，少者为溶质。但在有水的情况下，水永远当溶剂

浓度

• 重量百分浓度 (%)：溶质重 (克)除以溶液重 (克)再乘以100%，溶解度适用
• 体积莫耳浓度 (C_M)：溶质莫耳数 (mol)除以溶液体积 (升)，滴定适用
• 百万分点浓度 (ppm)：溶质重 (克)除以溶液重 (克)再乘以10⁶ppm，污染物浓度适用
  • 或是$Nppm={\frac {Ng}{10^{6}g}}\doteqdot {\frac {Nmg}{1kg}}\doteqdot {\frac {Nmg}{lL}}$ (分子皆是溶质，分母皆是溶液)
• 体积百分率 (V%)：溶质体积除以溶液体积再乘以100%，酒精浓度适用

稀释&配制

• 安全吸球：A是挤空气，S是吸溶液，E是排溶液，和分度吸量管搭配使用
• 容量瓶：刻度为50毫升，装溶液用
• 量筒：刻度为5毫升，秤量溶液用
• 滴定管：刻度为1毫升，滴定用，甚至也可秤量溶液

溶解度与溶解量

(复习国中：8上 2-2 水溶液)

• 饱和溶液：定温定量溶剂可溶解的溶质已是最大量，产生一个动平衡状态
• 不饱和溶液：加入溶质还能再溶解
• 过饱和溶液：已超过最大量，但没有沉淀，是不稳定状态，有扰动就会变成饱和溶液。
• 溶解度：定温定压下，饱和溶液的浓度
  • 任意比例互溶的物质溶解度无限大，例如酒精溶于水
• 同类互溶：有机物溶于有机溶剂，无机物溶于无机溶剂
  • 补充：说明清大溶尸案媒体乱报，用硝酸钾和盐酸制成的王水是无机溶液，身为有机物的人类不可能溶解
• 大部分固体都是温度越高溶解度越高
• 气体都是温度越低压力越高溶解度越高。压力对固体、液体溶解度成效不明显

原子

历史

(复习国中：8上 6-3 物质结构与原子) (连结物理：物理 1下 2-2 原子与原子核的组成)

• 古希腊：有人提出没有实验根据的理论
• 道耳顿：原子说
• 伏打：发明电池
• 法拉第：利用电池进行电解实验
• 汤姆森：发现电子、荷质比
  • 利用阴极射线管 (气体放电管、克鲁克斯管)证明阴极射线是带负电的粒子
  • 荷质比 (电量:质量)均为1.76×10⁸库仑/克
  • 认为电子是均匀分布在原子中 (葡萄干布丁模型)
• 密立坎：测出电子电量
  • 利用油滴实验测出电子电量为-1.60×10^-19库仑
  • 将其代入荷质比可求出电子质量
• 拉赛福：发现原子核
  • 利用α粒子散射实验，发现大部分的α粒子 (⁴He²⁺)直接穿过金箔，表示原子内部有很大的空白，质量聚集在一个带正电的核上
• 拉赛福：发现质子
  • 以α粒子撞击氮原子核
• 查兑克：中子
  • 以α粒子撞击铍原子核

构造

(复习国中：8上 6-3 物质结构与原子) (连结物理：物理 1下 2-2 原子与原子核的组成)

	电荷量	质量	荷质比	备注
电子	-1.60×10-19库仑	最轻	质子的1840倍，很大就是了
质子	+1.60×10-19库仑	其次	远小于电子
中子	0库仑 (不带电)	最重	0	只有氢 (1H)没有中子

• 公式：
  • 电子数=质子数 (电中性时)
  • 质量数=质子数+中子数
  • 中子数=质量数-质子数
• 同位素：原子序 (质子数)相同但质量数不同 (即中子数不同)的元素，彼此化性相同、物性不同

电子

(连结物理：物理 1下 8-2 原子光谱)

• 前四壳层为K、L、M、N
• 电子距离原子核越近，能量越小 (能阶越低)
• 基态：所有电子均在最低可能能阶
• 吸能量后跃至激发态，但因不稳定而掉回来，届时产生特定频率的光 (像在爬楼梯，频率不连续)
• 不同能阶跃迁例子：极光、LED、萤光棒、日光灯、霓虹灯、烟火
• 氢原子光谱显示电子能阶的特性
• 壳层距离原子核越远，能容纳更多电子
  • 第n层最多能容纳2n²个电子，但M层 (n=3)当最外层时，实际上只能8个，而不是18个
• 基态时，先占有最低能量的壳层
• 第n周期的元素，最外壳层是第n层
• 最外壳层称为价壳层，其中的电子称为价电子
• A族元素除了氦以外，价电子数就是族数
• 同一族价电子数相同 (8A族除外)，化性相似
• 路易斯电子点式：将价电子点在元素符号 (不可使用中文)周围

周期表

(复习国中：8上 6-4 周期表)

• 早期门德列夫以原子量排列，但后来错误越来越多...
• 所以现代改依原子序排列 (因为莫斯利分析被阴极射线撞的重金属的X射线频率，发现了原子序)，共18族、7周期
• 族
  • 同族化性相似
  • A族 (典型元素、主族元素)
    • 同一族价电子数相同 (8A族除外)
  • B族 (过渡元素)
    • 均为金属
• 周期

离子

• 主族元素 (典型元素，1A~8A族)会利用得失价电子让自己的电子排列变成跟邻近的钝气 (8A族)一模模一样样
  • 为了呈现安定的状态；钝气最安定了
• 主族金属易形成阳离子，会失去电子
• 非金属易形成阴离子，会得到电子

族	1A 1	2A 2	3A 13	4A 14	5A 15	6A 16	7A 17	8A 18
范围	全	全	金属	-	非金属	非金属	全	全
得失电子	失1个	失2个	失3个	-	得3个	得2个	得1个	稳定
价数	+1	+2	+3	-	-3	-2	-1	稳定

族

(复习国中：8上 6-4 周期表)

• 碱金属 (1A族、第1族)
  • 活性大
  • 常温下和水起剧烈反应，产生氢气、碱性氢氧化物
  • 碱金属氧化物溶于水，产生碱性溶液
• 碱土金属 (2A族，第2族)
  • 铍 (Be)不与水反应；镁 (Mg)和沸水、高温蒸气反应，产生氢气；钙 (Ca)、锶 (Sr)、钡 (Ba)在常温下和水起反应，产生氢气
  • 碱金属氧化物溶于水，产生碱性溶液
• 卤素 (7A族，第17族)
  • 卤素氢化物溶于水，产生酸性溶液

比大小

• 原子大小
  • 同族：原子序越大，半径越大
  • 同周期：原子序越大，半径越小
• 离子大小
  • 同一元素：正价越大，半径越小；负价越大，半径越大
  • 同族：原子序越大，半径越大
  • 同电子数：原子序越大，半径越小

元素分类

• 依导电性
  • 金属：有光泽、延展性佳 (金最佳)、导电度佳 (银、铜最佳，汞最差。温度越高导电度越差)、导热度佳、形成阳离子、氧化物多碱性、最活泼的是Fr (因原子序大，最外层电子不易受束缚)
  • 非金属：石墨和碘有光泽、石墨导电度佳、钻石导热度佳、形成阴离子、氧化物多酸性、最活泼的是F₂
  • 类金属 (半导体元素)：硼 (B)、矽 (Si)、锗 (Ge)、砷 (As)、锑 (Sb)、碲 (Te)、钋 (Po)、At
    • 温度升高，导电性增大，掺入适当元素可提高导电度
• 依氧化物酸碱性
  • 酸性氧化 (多非金属)：溶于水呈酸性 (CO、NO不溶于水)
  • 碱性氧化 (多金属)：溶于水呈碱性
  • 两性元素：不溶于水，可溶于酸或碱中
    • 铬 (Cr)、镓 (Ga)、铝 (Al)、锌 (Zn)、锡 (Sn)、铍 (Be)、铅 (Pb)
    • 可溶于强酸、强碱，产生氢气
• 周期性

化学式

• 实验式 (简式)：最简整数比
  • 式量：实验式中各原子量之和
  • 只能用实验式表示：金属、离子化合物 (金属+非金属)、共价网状物 (如二氧化矽、碳 (钻石、石墨)、SiC、氮化硼)、聚合物
• 分子式：实际分子个数
  • 分子量：分子式中各原子量之和
  • 分子式不一定与实验式相同
• 结构式：用化学键连结各原子，多数不能表示分子形状
• 同分异构物：同分子式异结构式，例如乙醇和甲醚。具相同质量百分率组成
• 示性式：表示官能基 (表物质特性的原子或原子团)
• 质量百分率组成：元素原子量和÷分子量或式量×100%

求化学式

• 求实验式
  • 测定
    • 碳重=二氧化碳重÷44×12 (氢氧化钠后提取)
    • 氢重=水重÷18×2 (过氯酸镁先提取)
    • 氧重=总重-碳重-氢重
• 求分子式：实验式乘以n

化学反应式

• 状态
  • 气态(g)
  • 液态(ℓ)
  • 固态(s)
  • 水溶液(aq)
• 系数表示参与反应的莫耳数/个数比
• 完全反应：所有反应物能用的都变成产物
• 限量试剂：先被用完的那个

常见范例

• 有含碳酸根 (CO₃^2-)或碳酸氢根 (HCO₃^2-)的物质，遇到酸会产生CO₂
  • H+O：通常产生H₂O
• 酸+碱→盐+水 (酸碱中和)
• 有机化合物+O₂：C产生CO₂、H产生H₂O
• 碱金属+水：产生H₂
• 活性大的金属+酸：产生H₂

平衡

• 原子不灭、电荷不减、质量守恒

化学计量

• 系数比=分子数变化比=莫耳数变化比=同温同压下的气体体积变化比 (亚佛加厥定律)=同温同积下的气体压力变化比=水溶液、气体体积莫耳浓度变化比
• 步骤
  1. 化学反应式平衡
  2. 量值转换成莫耳数
  3. 找出限量试剂
  4. 求出
• 反应百分率/分解百分率：反应量 (分解量)÷原始量×100%
• 产量百分率 (产率)：实际产量÷理论产量×100%

化学反应中的能量

• 热含量 (H，焓)
  • 无法得知一物质的热含量，只能知道变化
• 温度越高、质量越大，热含量越大。热含量：气＞液＞固
• 反应后热含量-反应前热含量
  • 正数，吸热反应，X+热量→Y+Z，如电解、溶化、蒸发、大部分固体溶于水
  • 负数，放热反应，Y+Z→X+热量，如燃烧、凝结、凝固、气体溶于水、酸碱中和、稀释酸或碱
• 热量：会随著系数倍数增加或减少而与之做相同增减 (即同乘n)。逆写反应式要变相反数。无法作为判断反应速率或发生与否的依据，因为须高于活化能反应才得进行
• 莫耳生成热
  • 标准状态：25℃，1atm
  • 反应物为标准态元素，产物为1莫耳物质，ΔH即为莫耳生成热
    • 标准态元素：氮气 (N_2(g))、石墨 (C_(s))、氧气 (O_2(g))、斜方硫 (S_8(s))、白磷/黄磷 (P_4(s))
  • 标准态元素的莫耳生成热为0
• 莫耳燃烧热
  • 标准状态：25℃，1atm
  • 反应物为1莫耳物质加上O₂，为燃烧反应且完全燃烧，ΔH即为莫耳燃烧热
  • 不可燃物质的莫耳燃烧热为0
  • 非燃烧反应 (只是普通的吸热反应)
    • N_2(g)+O_2(g)→2NO_(g)
    • N_2(g)+2O_2(g)→2NO_2(g)
• 赫斯定律 (黑斯定律)
  • 反应热和反应物、产物的状态有关，无关反应途径
  • 定律来源为能量守恒定律
  • 以下公式适用于所有反应
    • 反应后热含量-反应前热含量
    • 产物生成热-反应物生成热
    • 反应物燃烧热-产物燃烧热

能量&能源

• 能量可互相转换且守恒
• 能源可分成再生和非再生

化石燃料

(复习国中：生科 9下 5-1 能源的演进与种类)

• 煤
  • 由古代植物碳化所形成
  • 年代越久，碳含量越高，燃烧时放热越多、发烟越少 (烧到不是碳的东西就会发烟)
  • 煤矿分四种
    • 含碳量、放热量：泥煤＜褐梅＜烟煤＜无烟煤
    • 发烟量：泥煤＞褐梅＞烟煤＞无烟煤
  • 干馏 (化学反应)后产物
    • 挥发性成分：煤气 (H₂、CH4)、氨 (NH3)、煤溚 (含苯液体)
    • 非挥发性成分：煤焦 (C)
      • 加水可变成水煤气 (CO+H₂)
      • 加CaO可变成电石 (CaC₂)，再加水可变成乙炔 (C₂H₂)
      • 可作为燃料、还原铁矿 (炼铁时使用)
• 石油
  • 由古代动植物转换所形成，主要成分为烷 (碳氢化合物)
  • 分馏 (物理反应)，将混合物原油利用沸点分馏后产生较纯的混合物

含碳数	分馏温度	产物	用途	备注
1~4	＜20℃	石油气 (甲~丁烷)	燃料	天然瓦斯：甲烷 (CH4)、乙烷 (C2H6) 液化石油气：丙烷 (C3H8)、丁烷 (C4H10)
5~6	20~60℃	石油醚 (戊烷、己烷)	有机溶剂
5~12	20~200℃	汽油 (己烷、庚烷、辛烷)	汽油、有机溶剂
12~16	175~300℃	煤油	飞机燃料、灯油
15~18	250~400℃	柴油	大型车、火车燃料
18~40	＞350℃	蜡油	润滑油、蜡质	原油从此层进入分馏塔
＞40	黏稠残渣	重油沥青	发电厂燃料、柏油路	重油经过热裂解可产生品质较佳的汽油

• • 汽油
    • 震爆：导致损害引擎、降低引擎动力
    • 辛烷值：抵抗震爆的指数。标准：正庚烷为0，异辛烷为100
      • 碳数越多辛烷值越高，直键较支键高
      • 可低于0或高于100
    • 含铅汽油：添加四乙基铅 (Pb(C₂H₅)₄)以提高辛烷值，但会伤害触媒转化器 (铂钯铑合金，将CO、NO、NO₂转成CO₂、N₂、H₂O)、造成空气污染，所以用甲基第三丁基醚取代，变成无铅汽油
    • 92、95、98无铅汽油：抗震爆程度相当于92%、95%、98%的异辛烷 (但不是含有之)，辛烷值同92、95、98
• 天然气
  • 由古代动植物转换所形成，主要成分为烷 (碳氢化合物)
  • 可在天然气田、油田、煤矿层中提取
  • 主要是甲烷 (CH₄)、乙烷 (C₂H₆)，次有丙烷 (C₃H₈)、丁烷 (C₄H₁₀)
  • 无臭、无毒
  • 可作为燃料、制备氢气和甲醇 (CH₃OH)、氨、尿素 ((NH₂)₂CO)
• 热值：每单位质量或体积的燃料所能放出的热
  • 烷类碳数越少热值越高
  • 氢气的热值很高

化学电池

(复习国中：9下 1-4 电池)

• 氧化：得到氧；失去电子；价数 (氧化数)增加
• 还原：失去氧；得到电子；价数 (氧化数)减少
• 还原力 (氧化电位)：还原别人的能力；把自己氧化的能力 (活性)
• 构造
  • 电极
  • 化学上
    • 阳极：被氧化的电极
    • 阴极：被还原的电极
  • 物理上
    • 正极：电子流出的电极
    • 负极：电子流入的电极
• 盐桥：高浓度可溶盐类、多孔隔板，以维持电中性、形成通路

锌铜电池

1. 判断两极氧化电位，氧化电位大者失电子，氧化，为阳极；氧化电位小者得电子，还原，为阴极
2. 阳极解离 (阳极半反应)
3. 阴极之溶液解离
4. 阴极溶液离子和电子组合成阴极材质 (阴极半反应)
5. 盐桥解离，以维持电中性

步骤	锌铜电池
1	锌 (阳)＞铜 (阴)
2	Zn→Zn2++2e-
3	CuSO4→Cu2++SO42-
4	Cu2++2e-→Cu
5	KNO3→K+ (往阴极)+NO3- (往阳极)
全反应	Zn+Cu2+→Zn2++Cu

• 电荷流动
  • 外电路：电子
  • 内电路：离子
• 可简记 Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu
• 电极
  • 锌：阳极、负极，失去电子
  • 铜：阴极、正极，得到电子
• 锌减少之莫耳数等于铜增加之莫耳数
• 阴极改变不影响电压 (如铜改碳棒)；阳极改变影响电压 (如锌改铝电压增加)

常见电池

	名称	阴极	阳极	电解液	电压	介绍
一次电池	酸性干电池 (锰干电池、碳锌电池)	二氧化锰/碳棒	锌筒	氯化铵、氯化锌、二氧化锰、淀粉	1.5V	碳棒只是为了导出电流，不参与反应 放电一段时间后电压会降低
	碱性电池	二氧化锰、碳	锌粉、氢氧化钾	氢氧化钾、二氧化锰	1.5V	电压较稳、放电时间较长、不产生气体、低温保有原性能
	一次锂电池	二氧化锰	锂	LiClO4 (溶于有机溶液)	3V	即钮扣型电池
二次电池	锂离子电池	石墨 (含锂)	LiCoO2		3.7V	可重复充电多次 用于行动电话或笔记型电脑
	高分子锂离子电池			高分子凝胶状材料	3.6V
	铅蓄电池 (电瓶、铅酸电池)	二氧化铅	铅板	硫酸	2V	常串连6颗，电压12V 放电：电解液浓度下降、密度下降、pH值上升 充电：电解液浓度上升、密度上升、pH值下降
燃料电池	氢氧燃料电池	多孔性石墨板 (镀铂黑)		强碱性：KOH 质子交换膜型：高分子聚合物	0.7V	价格昂贵、无污染
		氧气	氢气

其它能源

(复习国中：9上 3-4 能量守恒定律与能源、生科 9下 5-1 能源的演进与种类)

核能

(连结物理：物理 1下 2-2 原子与原子核的组成)

• 质能守恒、质量数守恒、质子数守恒
• E=mc² (产生能量=损失质量×光速²)
  • E限用J (焦耳)；m限用kg (公斤)；c即3×10⁸
• 核分裂
  • 哈恩、迈特纳发现以慢中子撞击铀235原子核，会使之分裂，并释放巨大能量 (一公克即可产生9×10¹³焦耳)
  • 链锁反应：撞击后同时产生新元素和3个中子，那3个中子又去撞铀235...，如果刻意不控制，那就可制造原子弹
• 核融合
  • 恒星能量来源，需极高温高压
  • 原料
    • 氘：蕴含于海水
    • 氚：中子撞击锂原子核

再生能源

• 太阳能
  • 光化转换
  • 光电转换
    • 热发电
    • 光发电
  • 光热转换
• 生质能
• 风力能
• 地热能
• 水力能
• 海洋能
  • 潮汐发电
  • 波浪发电
  • 海洋温差发电
  • 海流发电
• 能源作物
  • 纤维、淀粉、糖料
  • 油料
  • 柴薪
  • 藻类

化学反应

常见反应

• 化合反应
  • 元素-元素、元素-化合物、化合物-化合物 结合，产生一种物质
  • A+B→AB
  • 2Mg_(s)+O_{2 (g)}→2MgO_(s)
• 分解反应
  • 一种化合物分解
  • AB→A+B
  • 2H₂O_{2 (aq)}→O_{2 (g)}+2H₂O_(ℓ) (通常有MnO₂催化)
  • CaCO_{3 (s)}→CaO_(s)+CO_{2 (g)}
  • CaCO_{3 (s)}→Ca_(s)+C_(s)+O_{3 (g)} (需要极高能量，通常不可能)
• 取代反应 (置换反应)
  • 化合物中一元素被取代
  • AB+C→AC+B
  • Cl_{2 (g)}+2NaBr_(aq)→Br_{2 (ℓ)}+2NaCl_(aq)
  • 失去电子活性 (离子化活性)大小：锂＞铷＞钾＞铯＞钡＞锶＞钙＞钠＞镁＞铝＞锰＞锌＞铬＞铁＞钴＞镍＞锡＞铅＞氢＞铜＞汞＞银＞铂＞金
    • 周期表中金属越往下，活性越大；非金属越往上，活性越大
  • 燃烧活性大小：钾＞纳＞钙＞镁＞铝＞碳＞锌＞铁＞锡＞铅＞氢＞铜＞汞＞银＞铂＞金
• 复分解反应 (复取代反应)
  • 两化合物分解再重新配对
  • 可能产生沉淀或气体
  • AB+CD→AC+BD
  • Zn_(s)+CuSO_{4 (aq)}→ZnSO_{4 (aq)}+Cu_(s)
• 燃烧反应
  • 有些反应也属于化合反应，但当一反应有起剧烈氧化还原反应并产生光、热时属之
  • A+O₂→AO₂
  • 2C₈H_{18 (ℓ)} (辛烷)+25O_{2 (g)}→16CO_{2 (g)}+18H₂O_(ℓ)

沉淀反应

• 沉淀表
  • 可溶
    • NH₄⁺、H⁺、1A⁺ 遇到 任何阴离子
    • CH₃COO^-、NO₃^-、ClO₄^-(过氯酸根) 遇到 任何阳离子
  • 难溶 (沉淀)
    • Cl^-、Br^-、I^- 遇到 Hg₂²⁺(亚银)、Cu⁺(亚铜)、Ag⁺、Tl⁺(亚铊)、Pb²⁺
    • SO₄^2- 遇到 Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、Pb²⁺
    • CrO₄^2-(铬酸根) 遇到 Sr²⁺、Ba²⁺、Ag⁺、Pb²⁺
    • S^2-(硫负离子) 遇到 不是 NH₄⁺、1A⁺、H⁺、2A²⁺
    • C₂O₄^2-(草酸根) 遇到 不是 NH₄⁺、1A⁺、H⁺、Be²⁺、Mg²⁺
    • OH^- 遇到 不是 NH₄⁺、1A⁺、H⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺
    • CO₃^2-、SO₃^2-(亚硫酸根)、PO₄^3- 遇到 不是 NH₄⁺、1A⁺、H⁺
  • 微溶
    • CaSO₄
    • CaOH
    • CH₃COOAg
    • Ag₂SO₄
  • 先沉淀再溶解
    • PbCl₂因溶解度，可溶于热水
    • 碳酸盐、亚硫酸盐、硫化物、磷酸盐、草酸盐、金属氢氧化物会溶解于酸并释出气体
    • 两性元素Mⁿ⁺ (Cr³⁺、Ga³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Sn²⁺、Be²⁺、Pb²⁺)加碱液会形成沉淀XOH，但加过量强碱会产生氢氧错离子 (X(OH)₄^n-4)而溶于水中
    • Cr³⁺、Cd²⁺、Ag⁺、Co³⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺加碱液会形成沉淀XOH，但加过量氨水会产生氨错离子而溶于水中
  • 统整：《沉淀ing》唱、词：国立台湾师范大学附属高级中学，曲：五月天
• 沉淀物颜色
  • XCl：白，如AgCl、Hg₂Cl₂
  • XBr：淡黄，如AgBr
  • XI：黄，如AgI
  • XSO₄：白，如BaSO₄、SrSO₄、PbSO₄
  • XSO₃：白，如BaSO₃
  • XS：黑，如CuS、Ag₂S、HgS。例外为白色的ZnS (硫化锌)
  • XOH：色彩斑斓，如Al(OH)₃ (氢氧化铝；白)、Fe(OH)₃ (氢氧化铁；红棕)、Fe(OH)₂ (氢氧化亚铁；淡绿)、Cu(OH)₂ (氢氧化铜；淡蓝)
  • XCO₃：白，如CaCO₃、Ag₂CO₃
  • XC₂O₄：白，如CaC₂O₄、BaC₂O₄
  • XCrO₄：黄，如BaCrO₄、PbCrO₄。例外为砖红色的Ag₂CrO₄ (铬酸银)
  • XPO₄：白，如Ca₃(PO₄)₂
• 水合离子颜色
  • Cr³⁺：绿
  • Fe³⁺：褐
  • Co²⁺：淡红
  • Cu²⁺：蓝
  • Fe²⁺：绿
  • Ni²⁺：绿
  • Mn²⁺：淡红
  • MnO₄^-：紫
  • MnO₄^2-：绿
  • CrO₄^2-：黄
  • Cr₂O₇^2-：橙
• 应用
  • 离子分离
  • 硬水软化
    • 硬水：含Ca²⁺或Mg²⁺的水
    • 加入碳酸钠 (Na₂CO₃)可产生沉淀CaCO₃和MgCO₃
  • 工业制取镁
    1. 加强碱至浓缩海水中，产生沉淀Mg(OH)₂
    2. 加入盐酸，产生氯化镁 (Mg₂Cl)
    3. 电解熔融态氯化镁 (Mg₂Cl_(ℓ))，阴极产生镁 (Mg_(ℓ))
  • 检验二氧化碳

电解质

(复习国中：8下 3-1 电解质)

• 电解质溶于水解离，负离子与氢端相连，正离子与氧端相连
• 溶于水但不解离则不导电 (如蔗糖)
• 分子化合物
  • 其中的酸、氨为电解质
  • 酸：H-、-COOH
  • 碱：NH₃、胺
  • 仅水溶液态 (aq)可导电，固态 (s)、熔融态 (ℓ)不导电
• 离子化合物
  • 均为电解质
  • 碱：金属氢氧化物
  • 盐：NH₄ (铵根)或金属 与 非金属或酸根
  • 水溶液态 (aq)、熔融态 (ℓ)可导电，固态 (s)不导电
• 补充：金属 (不属于电解质)
  • 固态 (s)、熔融态 (ℓ)可导电，气态 (g)因离子距离过远、水溶液态 (aq)不存在，因此皆不导电
• 阿瑞尼斯提出电解质解离说 (电离说)
  • 通直流电时，阳离子往负极 (阴极)，阴离子往正极 (阳极)
  • 解离/游离/电离：电解质在水中溶解 (或处于熔融态)可以释放出阳 (正)离子、阴 (负)离子
  • 电解质水溶液必为电中性
    • 每个正、负离子所带的电量不一定相等
    • but，正离子总电量必等于负离子总电量
• 净离子反应式：将旁观离子 (两边同时存在的离子)从化学反应式中删去
• 强电解质：几乎完全解离
  • 强酸：HCl、HClO₄、HI、HBr、HNO₃、H₂SO₄
  • 强碱：NaOH等钠、钾、铷、铯、钙、锶、钡的氢氧化物
  • 盐类 (易溶于水者)：NaCl_(aq)
• 弱电解质：部分解离
  • 弱酸：CH₃COOH、H₂CO₃
  • 弱碱：NH₄OH

酸碱反应

(复习国中：8下 3-1 电解质)

• 酸
  • [H⁺]＞[OH^-]
  • 与活性大的金属反应，产生氢气
  • 许多酸与碳酸盐类 (含HCO₃^-、CO₃^2-的化合物)反应，产生CO₂，为先沉淀再溶解的例子。如清除锅垢
  • 如乙酸 (醋酸；CH₃COOH)、甲酸 (蚁酸；HCOOH)、柠檬酸、乙酰柳酸 (阿斯匹灵；常搭配碱性胃药服用)、硫酸 (H₂SO₄)、硝酸 (HNO₃)、盐酸 (HCl)、磷酸 (H₃PO₄)
• 碱
  • [OH^-]＞[H⁺]
  • 有涩味、滑腻感
  • 如氢氧化镁+氢氧化铝+碳酸钙 (制酸剂；胃药；Mg(OH)₂+Al(OH)₃+CaCO₃)、碳酸氢纳 (小苏打；焙用碱；NaHCO₃；NaOH+H₂CO₃)、碳酸纳 (苏打；洗涤碱；Na₂CO₃；NaOH+H₂CO₃)、氢氧化纳 (NaOH)、氨水 (NH_{3 (aq)}；NH₄OH)
• 阿瑞尼斯提出酸碱学说
  • 只适用于水溶液
  • 定义 (为绝对定义，非其它学说之相对定义)
    • 酸：在水中产生H⁺
    • 碱：在水中产生OH^-
• 通常非金属氧化物溶于水为酸性，金属氧化物溶于水为碱性，CO、NO、CuO不溶于水呈中性
• 命名
  • 不含氧酸：常温下为气态，溶于水成为酸
    • HF、HCl、HBr、HCN、H₂S
    • H_nY_(g)/Y化氢：氟化氢、氯化氢、溴化氢、氰化氢、硫化氢
    • H_nY_(aq)/氢Y酸：氢氟酸、氢氯酸 (俗名盐酸)、氢溴酸、氢氰酸、氢硫酸
  • 含氧酸
    • H_nYO_m/Y酸：H₂SO₄/硫酸、H₃PO₄/磷酸、HNO₃/硝酸 (不叫氮酸)、H₂CO₃/碳酸、HClO₃/氯酸、H₂MnO₄/锰酸、H₂CrO₄/铬酸、H₂Cr₂O₇/二铬酸
    • 下跟最高氧化数有关

Y的含氧酸	过酸 过Y酸	正酸 Y酸	亚酸 亚Y酸	次酸 次Y酸
硫的含氧酸	-	H2SO4	H2SO3	-
氮的含氧酸	-	HNO3	HNO2	-
磷的含氧酸	-	H3PO4	H3PO3	H3PO2
氯的含氧酸	HClO4	HClO3	HClO2	HClO
锰的含氧酸	HMnO4	H2MnO4	-	-

• • 碱
    • M(OH)_n
    • 金属只有一种价数：氢氧化M。如NaOH/氢氧化钠、KOH/氢氧化钾、Ca(OH)₂/氢氧化钙
    • 金属拥有多种价数：氢氧化M+氢氧化亚M并用 或 氢氧化M(价数)。如：
      • Fe(OH)₃/氢氧化铁 或 氢氧化铁(III)、Fe(OH)₂/氢氧化亚铁 或 氢氧化铁(II)
      • Sn(OH)₄/氢氧化锡 或 氢氧化锡(IV)、Sn(OH)₂/氢氧化亚锡 或 氢氧化锡(II)
• 分类：依在水中可以解离的H⁺或OH^-数量
  • 酸 (H⁺即质子)
    • 单质子酸 (一元酸)
    • 多质子酸 (多元酸)
      • 二质子酸 (二元酸)
      • 三质子酸 (三元酸)
  • 碱
    • 一元碱
    • 多元碱
      • 二元碱
      • 三元碱
• 水的解离
  • 25℃时，水中[H⁺]=[OH^-]=10^-7 M
    • 离子积常数 (K_w)=[H⁺]×[OH^-]=10^-14 M²
• 离子积常数 (K_w)只会被温度影响
  • 温度提高，乘积也变大
  • 定温时：加入酸，[H⁺]变大、[OH^-]变小；加入碱反之
• 四大公式
  • [H⁺]×[OH^-]=10^-14 M²
  • pH=-log[H⁺]：如[H⁺]=10^-3，则pH=3
  • pOH=-log[OH^-]：如[OH^-]=2×10^-5，则pOH=5-log2≒4.7
  • pH+pOH=14
• 酸碱中和
  • 酸+碱→盐+水+热
  • H⁺的莫耳数=OH^-的莫耳数
  • 中和热：应用很少，因酸碱中和的放热常常过热
  • 莫耳中和热
    • 产物的水为1莫耳，ΔH即为莫耳中和热
• $mol={\frac {g}{amu}}=M\times L$
  • mol是莫耳，g是质量，amu是原/分子量，L是溶液体积，M是莫耳浓度
• 酸碱指示剂：本身即为一种有机弱酸或有机弱碱

酸碱指示剂	变色范围	酸	中	碱
甲基橙	3.2~4.4	红或黄	黄	黄
广用	4.0~10.0	红-橙-黄	绿	蓝-紫
甲基红	4.2~6.3	红或黄	黄	黄
石蕊	4.5~8.3	红	不变色	蓝
溴瑞香草酚蓝 (BTB)	6.0~7.6	黄	不变色	蓝
酚红	6.8~8.4	黄	不变色	红
酚酞	8.2~10.0	无	无	紫红
茜素黄R	10.1~12.0	黄	黄	黄或红

• • 天然指示剂：如紫高丽菜汁、红洋葱汁、红凤叶汁

氧化还原反应

(复习国中：8下 2-2 氧化与还原)

• 氧化：得到氧；失去电子；氧化数增加
• 还原：失去氧；得到电子；氧化数减少
• 氧化数
  • ≠价数
  • 规则顺序
    1. 元素态 氧化数=0
    2. 离子态 氧化数=电荷数 (价数)
    3. 化合物 第一系列
       • F 氧化数=-1
       • 1A、Ag 氧化数=+1
       • 2A、Sn 氧化数=+2
       • Al、Sc 氧化数=+3
    4. 化合物 第二系列
       1. H 氧化数=+1
       2. O 氧化数=-2
    5. 化合物 其它的用算的。总氧化数=物质电荷数，故电中性的总氧化数为0；离子的总氧化数为价数
• 氧化还原反应判断法
  • 氧化数发生改变
  • 有元素参与
  • 有氧气参与
  • 漂白、生锈、光合作用、呼吸作用、电池充放电、电解、燃烧、烟火
  • 非氧化还原：酸碱中和、沉淀反应
• 自身氧化还原：H₂O₂将1莫耳拿去氧化、1莫耳拿去还原，还原产生H₂O，氧化产生O₂

• 氧化剂：准备要被还原的物质，可以氧化别的物质；氧化数减少者
  • 氧气、氯 (易变成Cl^-，降低氧化数)、臭氧、漂白水 (含次氯酸钠)、双氧水、过锰酸钾、二铬酸钾
• 还原剂：准备要被氧化的物质，可以还原别的物质；氧化数增加者
  • 维他命C&E (抗氧化剂)、二氧化硫、氢气、焦炭 (含碳)、一氧化碳 (易变成CO₂，增加氧化数)

• 补充：对氧活性：X＞Y＞Z
  • 最强氧化剂：ZO (最会失去氧；最讨厌氧；最难以与氧结合)
  • 最强还原剂：X (最会氧化；最喜欢氧；最容易与氧结合)
    • 活性：XO＜YO＜ZO

物质构造与特性

• 路易斯电子点式
  • (复习高中：1上 2-2 原子中的电子排列)
  • 共用价电子
• 八隅体法则
  • 钝气 (惰性气体)的化学性质安定
  • 原子可借由共用价电子或得失价电子让自己的电子数跟附近的钝气一样，以变安定，变成八隅体 (若变的与氦同则为二隅体)
  • 共用价电子：非金属-非金属结合
  • 得失价电子：金属-非金属结合
• 化学键
  • 只有钝气为单原子，无化学键
  • 两个原子间的相互吸引力，使两原子稳定聚在一起
  • 化学反应：化学键重新排列组合，破坏&建设

化学键

化学键	离子键	共价键		金属键
组成	金属原子+非金属原子	非金属原子		金属阳离子、电子海
物质	离子固体	分子	网状固体	金属固体
方向性	无	有	有	无
键能 (KJ/mol)	150~400 (3)	150~400 (3)		50~150 (1)
结合方式	库仑静电力	共用价电子 (原子核与共用电子对的引力)		金属阳离子与电子海的引力

固体	离子固体	分子固体	共价网状固体	金属固体
化学键	离子键	共价键		金属键
组成粒子	阴离子、阳离子	分子	原子	阳离子、自由电子
化学式	实验式 (简式)	分子式	实验式 (简式)	实验式 (简式)
熔点	高 (第二高)	低	高 (第一高)	皆有 (第三高)
延展性	无	无	无	有
性质	硬、易碎	柔软、易变形	坚硬 (3D网状排列者)	硬软皆有
导电性(s)	无	无	无 (石墨有)	有
导电性(ℓ)	有	无	无	有
导电性(aq)	多有	少有 (酸碱有)	无	无 (不存在)
水溶性	多可溶	多难溶	不溶	不溶

• 离子团与其它元素结合是用离子键，离子团内的元素自己是用共价键
• 熔点 (mp)
  1. 共价网状固体熔化时要破坏共价键 (C_(s)，钻石)
  2. 离子固体熔化时要破坏离子键 (NaCl_(s))
  3. 金属固体熔化时要破坏金属键 (Cu_(s))
  4. 分子固体熔化时只要破坏分子间的吸引力 (H₂O_(s))

离子键

• 金属原子 (含NH₄⁺)+非金属原子 (含酸根、OH^-)
  • 金属原子失去价电子，非金属原子得到价电子
• 以库仑静电力形成离子键
• 氯化钠 (NaCl_(s))
  • 以面心立方堆积
    • 配位数为6
    • 单位距离为1的有6颗
• 化学性质 (化性)由电子数决定
• 离子化合物 (离子固体)
  • 以实验式 (简式)表示
  • 熔点、沸点高
  • 多易溶于水
  • 为电解质，水溶液态 (aq)、熔融态 (ℓ)可导电，固态 (s)不导电
  • 延性、展性差

共价键

• 非金属原子以共用价电子形成共价键
• 键结电子对 (bp)：共用的价电子
• 孤电子对 (lp)：又称未键结电子对，未共用价电子
• 未成对电子对：奇数颗价电子
• 以氯 (Cl₂)为例，bp+lp=4对 (昔称8颗)
• 原则上共用价电子都是使用外层电子，但CsF₃，Cs却使用了1颗外层电子和2颗内层电子
• 键级
  • 单键：σ键×1
  • 双键：σ键×1、π键×1
  • 参键：σ键×1、π键×2。如氮气、乙炔、氰化氢、一氧化碳
• 路易斯结构式
  1. 算出价电子个数，再换成对数
  2. 画中心原子、外围原子，并分别画上单键
  3. 剩下的电子对数给外围电子，满足八隅体
  4. 剩下的电子对数给中央电子
  5. 若中央电子无法满除八隅体，则利用多键 (双键、参键)解决
• 共振：有一单键可以放在不同地方形成双键，故有多种表示法。如CO₃^2-、SO₂、NO₃^2-、SO₃、NO₂
• 不符合八隅体的粒子
  • 价电子个数为奇数者：NO、NO₂
  • 铍、硼等弱金属：BeCl₂、BCl₃、BF₃
  • 第三周期以上的5A、6A、7A可超过八隅体：PF₅、PCl₅、SF₆
• 种类
  • 一般共价键：两原子各提供一电子形成共价键 (单键)
    • 极性共价键：两不同原子结合，某A电子把电子拉较近，略带负电荷 (偏负)，某B则略带正电荷 (偏正)
    • 非极性共价键：两相同原子结合
  • 配位共价键：一原子提供两电子形成共价键 (单键)。如NH₄⁺
• 键结量

族	价电子数	元素	键结量 (单键数)
1A	1	Li、Na、K	1
2A	2	Be、Mg、Ca	2
3A	3	B、Al	3、4
4A	4	C、Si	4
5A	5	N、P	3、4
6A	6	O、S	2、3
7A	7	F、Cl	1

• 键能：打断化学键的能量。H-H键能为436 kJ/mol，代表形成会放出436kJ，破坏须吸收436kJ
• 键长：两原子的核距离。H-H键长为74pm (0.74Å)
• 键级 (键数)：CO₂为2级，CO₃^2-为1又1/3级 (凡共振，就会不是整数)
• 同键级时，原子半径越小，键长越短，键能越大
• 键级越大，键长越短，键能越大
• 分子固体
  • 分子间引力弱，熔点、沸点低
  • 大部分皆不可导电 (无法解离)，只有酸碱 (NH₃)的水溶液态 (aq)可导电
  • 延性、展性无，硬度小、易碎
  • 以分子式表示
• 网状固体
  • 钻石/金刚石 (C)
    • 三维立体网状，由小正四面体组成
    • 全单键，键级为1
    • 折射率大
    • 导电性差
    • 导热性极佳：借由碳原子振动
    • 熔点高、硬度大
    • 最硬的天然物质
  • 石墨 (C)
    • 二维平面网状，由小六角形组成
    • 有单键、双键共振，，键级为1又1/3
    • 熔点高、硬度小
    • 具导电性，可当电极，因为碳原子的部分价电子 (非定域电子)像金属自由电子般移动 (未定域化)
    • 沿平面方向为良导体，沿垂直方向为绝缘体
  • [分子固体]巴克球/佛氏球/富勒烯/球烯 (C₆₀)
    • 12个五角环、20个六角环
  • [不属于分子固体、网状固体]奈米碳管 (C)
    • 将一层碳卷成中空圆柱，两端为半个巴克球
  • 石墨烯 (C)
    • 单层石墨
    • 导热性佳、坚固易脆
    • 导电性极佳
  • 矽 (Si)
    • 结构类似钻石 (由小正四面体组成)
    • 半导体
  • 二氧化矽/石英/水晶/玛瑙 (SiO₂)
    • 结构类似钻石 (由小正四面体组成)
    • 硬度大、绝缘体
  • 碳化矽/金刚沙 (SiC)
    • 结构类似钻石
  • 硼 (B)
    • 由小二十面体组成
  • 氮化硼 (BN)

金属键

• 金属阳离子与电子海 (很多自由电子)的引力形成金属键
• 合金也能用金属键结合
• 金属特性
  • 延性、展性佳。第一名：金
  • 大部分为银白色
  • 导热性佳
  • 导电性佳。第一名：银
  • 温度升高，导电度下降 (半导体：温度升高，导电度上升)
• 金属用途：铸造器物、饰品、还原剂、血压计、灯丝、合金

有机化合物

(复习国中：8下 第5章 有机化合物)

• 烃类：只含有碳、氢
  • 依有无苯
    • 脂肪烃
      • 链状烃
        • 烷类：C_nH_2n+2 (n≧1)
        • 烯类：C_nH_2n (n≧2)
        • 炔类：C_nH_2n-2 (n≧2)
      • 脂环烃 (n≧3)
        • 环烷：C_nH_2n
        • 环烯：C_nH_2n-2
    • 芳香烃：含苯环
  • 依C的键级
    • 饱和烃：均单键，如烷类、环烷
    • 不饱和烃：有多键，可再加氢，如烯、炔、芳香烃
  • 含一个...
  • CC双键：少2个H
  • 环：少2个H
  • CC参键：少4个H
  • 苯环：少8个H
• 同分异构物：分子式同，结构不同，物性化性都不同
  • 结构异构物
    • 碳键异构物
    • 位置异构物
    • 官能基异构物
  • 立体异构物
    • 几何异构物 (顺反异构物)：同侧一样即无顺反 (a≠b且d≠e才有顺反)
    • 镜像异构物 (左右旋异构物)

饱和烃

• 烷类
  • C_nH_2n+2 (n≧1)，均为单键
  • 无色无味不溶于水
  • 常温常压，1~4个碳为气体，5~17个碳为液体，18个碳以上为固体
  • 熔点、沸点随著碳数增加而上升。例外为丙烷的熔点低于甲烷、乙烷
  • 天然气：甲烷 (CH₄)、乙烷 (C₂H₆)
  • 液化石油气 (加压液化，燃烧时为气体)：丙烷 (C₃H₈)、丁烷 (C₄H₁₀)
  • 瓦斯、打火机油 (加压液化，燃烧时为气体)：丁烷 (C₄H₁₀)
  • 蜡烛、地板蜡：石蜡，含十八烷 (C₁₈H₃₈)~五十烷 (C₅₀H₁₀₂)，烷类因此又称石蜡烃
  • 异构物 (括号内为学名)
    • 如丁烷 (C₄H₁₀)：正丁烷 (丁烷)、异丁烷 (2-甲基丙烷)
    • 如戊烷 (C₅H₁₂)：正戊烷 (戊烷)、异戊烷 (2-甲基丁烷)、新戊烷 (2,2-二甲基丙烷)
  • 命名
    • 前10个以天干命名，以后则用数字
    • 俗名
      • 正：直链异构物
      • 异：有一个支键
      • 第三个异构物 (只适用于戊烷、己烷)
  • IUPAC系统命名法
    • 最长链当母体 (载体)
    • 最靠近取代基的一端之最低号标明取代基位置
    • 有两个等长链时，取代基较多者为主链
    • 数字数字间用“,”
    • 数字国字间用“-”
    • 数字为位置，国字为个数
    • 中文先写甲基，再写乙基 (英文是先写ethyl(乙基)，再写methyl(甲基)，按字母序)
• 环烷
  • C_nH_2n (n≧3)，均为单键
  • 无色无味不溶于水
  • 只有一处出现一个支键，不须加上“1-”，但出现两个则要加“1,1-”
  • 位置由有支键处起算
  • C-C单键不可旋转，可能会有顺反异构物

不饱和烃

• 烯类
  • C_nH_2n (n≧2)，有含双键
  • 仅有乙烯为平面分子，其馀为立体 (因为有CH₃)
  • 含有双键的最长链为主链，双键所在位置需标号 (若3个C以下不需编号，即乙烯、丙烯)
  • 标号从最靠近双键的该端标起，取代基 (支链)就顺应此标号写
    • 双键连结2、3，要标2 (以小为主)
  • 两个双键就称二烯
  • CC双键不得旋转，故可能有顺反异构物
  • 乙烯、丙烯为植物贺尔蒙，可催熟水果
  • 烯类可制成塑胶 (高分子聚合物)，如聚乙烯、聚丙烯
• 环烯
  • C_nH_2n-2 (n≧3)，有含一双键
  • 不需标号，但有取代基 (支链)时就需从取代基起算，至于顺逆时针就依是否为最小数
• 炔类
  • C_nH_2n-2 (n≧2)，有含一参键
  • 含有参键的最长链为主链，参键所在位置需标号 (若3个C以下不需编号，即乙炔、丙炔)
  • 标号从最靠近参键的该端标起，取代基 (支链)就顺应此标号写
    • 参键连结2、3，要标2 (以小为主)
  • 两个参键就称二炔
  • 无顺反异构物
  • 乙炔
    • 焊接金属
    • 聚乙炔加入碘或钠，可制导电塑胶
  • 丙炔：火箭燃料
  • 1-丁炔：易燃气体
  • 2-丁炔：挥发性液体
• 环炔
  • C_nH_2n-4 (n≧8)

芳香烃

• 芳香族化合物
  • 有些具有芳香味，含有苯或苯的衍生物
  • 如香草精、柳酸钾酯/冬青油 (绿油精成分)、苯甲酸、多氯联苯、戴奥辛
• 芳香烃
  • 只有含C、H的芳香族化合物
  • 如苯 (C₆H₆)、甲苯 (C₇H₈)、对二甲苯、联苯 (C₆H₆)、萘 (C₁₀H₈)、蒽 (C₁₄H₁₀)、菲 (C₁₄10₆，即蒽中间的苯飞起来)，后三者为并基
• 苯
  • 为平面六角形结构
  • 共振，其中有三个边是双键，故有两种可能，通常简化成苯环
  • 历史
    • 法拉第从鲸鱼油中分离出苯
    • 米契里赫将安息香胶和灰石的混合物中制成苯
    • 克古列梦到蛇咬自己尾巴，想出了苯环
• 萘 (焦油脑，C₁₀H₈)
  • 白色晶体，有色、有味
  • 难溶于水，可溶于乙醇、乙醚等有机溶剂
  • 升华为气体
  • 制成萘丸，可驱虫、防腐 (但有时会被假装成樟脑丸贩售)
• 苯 (安息油，C₆H₆)
  • 无色、有味
  • 挥发性液体，凝固时为无色晶体
  • 难溶于水，可溶于乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳等有机溶剂
  • 能溶解脂肪、树脂、橡胶等有机化合物
  • 会诱发白血病，故常以甲苯取代
  • 易燃
  • 制造塑胶、染料、清洁剂、杀虫剂、药物
• 甲苯 (C₇H₈)
  • 无色、有味
  • 挥发性液体
  • 性质与苯相似
  • 制造燃料、炸药，做为油漆溶剂
• 烷基苯
  • 取代基为烷基
  • 如(1-)甲(基)苯、(1-)乙(基)苯
• 异构物
  • 1,2-二甲(基)苯：邻二甲苯
  • 1,3-二甲(基)苯：间二甲苯
  • 1,4-二甲(基)苯：对二甲苯
• 其它取代基
  • 乙烯(基)苯 同 苯(基)乙烯，两者取决于用谁当母体
  • 2,4,6-三硝基(-1-)甲(基)苯 (TNT)：甲基优先编号

官能基

类别	官能基	酸碱性
卤烃	卤素	中
烷	烷基	中
烯	烯基	中
炔	炔基	中
醇	羟基	中
酚		酸
醚	醚基	中
不适用	羰基	不适用
醛	醛基	中
酮	酮基	中
酸	羧基	酸
酯	酯基	中
胺	胺基	碱
酰胺	酰胺基	中

• 除了羰基外，不可出现官能基中又有另一官能基的情况，如羧基里不可再圈出羟基
• 醇&醚
  • 同碳数的醇和醚互为同分异构物 (C_nH_2n+2O)
  • 醇：含有羟基
    • [一元醇]甲醇 (木精，CH₄O/CH₃OH)
      • 极毒，导致失明或死亡
      • 做为燃料、有机溶剂，制造甲醛，工业酒精成分之一
      • 与水任一比例互溶
    • [一元醇]乙醇 (酒精，C₂H₆O/C₂H₅OH)
      • 从谷物、水果发酵
      • 做为溶剂、消毒剂、燃料、酒
      • 不含水的乙醇称为绝对酒精
      • 与甲醇、汽油、染料混合可得工业酒精
      • 体积百分75%乙醇溶液为外用酒精
      • 与水任一比例互溶
      • 检验法：和钠反应产生氢气
    • [一元醇]2-丙醇 (异丙醇，C₃H₈O/C₃H₇OH)
      • 做为溶剂、消毒剂
      • 体积百分75%异丙醇溶液为外用酒精
      • 与水任一比例互溶
    • [二元醇]乙二醇 (C₂H₄(OH)₂/CH₂OHCH₂OH)
      • 有机溶剂、汽车水箱防冻剂、达克纶、塑胶原料
      • 飞机外部除冰 (微毒，故常用丙二醇、丙三醇代替)
      • 与水任一比例互溶
    • [三元醇]丙三醇 (甘油，C₃H₅(OH)₃/CH₂OHCHOHCH₂OH)
      • 皂化反应的产物
        • 油脂+氢氧化钠→肥皂 (脂肪酸钠盐)+甘油 (丙三醇)
      • 甜味、吸水性强
      • 甜味剂、保湿剂、硝化甘油、树脂原料
      • 飞机外部除冰
      • 与水任一比例互溶
  • 醚
    • 烃基-O-烃基
    • 二甲醚 (甲醚，C₂H₆O/CH₃OCH₃)
      • 甲醇脱水而得
      • 与乙醇为同分异构物
      • 无色、清香气体
      • 可溶于水、乙醇、丙酮
      • 燃料、冷媒
    • 二乙醚 (乙醚，C₄H₁₀O/CH₃CH₂OCH₂CH₃)
      • 与丁醇为同分异构物
      • 液体
      • 有机溶剂、麻醉剂
      • 难溶于水，用于萃取
      • 挥发性，易爆炸
• 醛&酮
  • 同碳数的醛和酮互为同分异构物 (C_nH_2nO)
  • 均含有羰基
  • 甲醛 (HCHO)
    • 平面分子
    • 毒性，刺激味气体
    • 易溶于水、乙醚、丙酮、苯
    • 制造树脂，如尿素甲醛树脂 (黏著剂)
    • 37%饱和水溶液即为福马林 (防腐剂)
    • 和三聚氰胺聚合制成美耐皿
  • 丙酮 (CH₃COCH₃)
    • 立体分子，立体部分在于CH₃
    • 毒性，挥发性液体
    • 易溶于水、有机溶剂
    • 去光水
• 羧酸&酯
  • 同碳数的羧酸和酯互为同分异构物 (C_nH_2nO)
  • 羧酸
    • 甲酸 (蚁酸，HCOOH)
      • 腐蚀性
      • 蚂蚁、蜜蜂含有
      • 皮肤接触会红肿
      • 含有醛基
      • 与水任意互溶
    • 乙酸 (醋酸，CH₃COOH)
      • 食用醋含5%乙酸
      • 树脂、纤维素工业原料
      • 与水任意互溶
      • 含水量不满1%的醋酸为冰醋酸，熔点16.6℃
    • 苯甲酸 (安息香酸，C₆H₅COOH)
      • 难溶于水
      • 白色晶体
      • 食物防腐剂
      • 与氢氧化纳反应可制成苯甲酸钠 (食物防腐剂)
  • 酯
    • 酯化反应：羧酸+醇→酯+水 (C_ㄅH_ㄆCOOH+C_ㄇH_ㄈOH→C_ㄅH_ㄆCOOC_ㄇH_ㄈ+H₂O)
    • 乙酸甲酯 (CH₃COOCH₃)
      • 乙酸+甲醇
      • 有机溶剂
    • 乙酸乙酯 (CH₃COOC₂H5)
      • 乙酸+乙醇
      • 有机溶剂
      • 水果酒含有
    • 乙酸异戊酯 (CH₃COOC₅H11/CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂)
      • 乙酸+异戊醇
      • 有机溶剂
      • 香味剂
      • 香蕉、葡萄等含有
• 胺
  • 甲胺 (甲基胺，CH₃NH₂)
    • 鱼腥味 (加酸可缓解)
    • 气体
    • 易溶于水，水溶液为碱性
    • 化工原料
  • 乙胺 (乙基胺，CH₃CH₂NH₂)
    • 氨气味
    • 气体
    • 易溶于水，水溶液为碱性
    • 化工原料
  • 二甲胺 (二甲基胺，(CH₃)₂NH)
  • 三甲胺 (三甲基胺，(CH₃)₃N)
  • 莱克多巴胺 (瘦肉精，C₁₈H₂₃NO₃)
• 酰胺
  • 甲酰胺 (HCONH₂)
    • 无色液体
    • 易溶于水，水溶液为中性
    • 制造磺胺消炎药
    • 婴儿地垫含有
  • N,N-二甲基甲酰胺 (HCON(CH₃)₂)
  • N-甲基乙酰胺 (CH₃CONHCH₃)

结合生物

(连结生物：生物 1下 1-2 细胞的构造)

• 糖类 (碳水化合物)
  • 多羟基醛或多羟基酮及其衍生物
  • 单糖
    • 六碳糖 (C₆H₁₂O₆)：六个碳原子，如葡萄糖、果糖、半乳糖 (三者互为同分异构物)
    • 五碳糖 (戊糖)：五个碳原子，如核糖 (RNA，C₅H₁₀O₅)、去氧核糖 (DNA，C₅H₁₀O₄)
  • 双糖 (C₁₂H₂₂O₁₁)：麦芽糖 (2葡萄糖)、蔗糖 (葡萄糖+果糖)、乳糖 (葡萄糖+半乳糖) (三者互为同分异构物)
  • 多糖：寡糖 (低聚糖，3~10个单糖)、淀粉、纤维素、肝糖 (后三者均为聚合物)
  • 单糖×2-H₂O→双糖
  • 淀粉水解：淀粉→糊精→麦芽糖→葡萄糖
  • 单糖
    • 葡萄糖
      • 白色晶体
      • 易溶于水
      • 光合作用、糖类水解产物
      • 能量来源
    • 果糖
      • 白色晶体
      • 易溶于水
      • 蜂蜜、果实含
      • 甜度最高
    • 半乳糖
      • 白色晶体
      • 易溶于水
      • 乳汁含有
      • 乳糖水解产物
      • 婴儿头脑发展重要物质
  • 双糖
    • 蔗糖
      • 葡萄糖+果糖
      • 白色晶体
      • 易溶于水
      • 甘蔗、甜菜含
      • 制造红糖、白砂糖
    • 麦芽糖 (饴糖)
      • 2葡萄糖
      • 无色晶体
      • 易溶于水
      • 麦芽含
      • 淀粉水解产物
      • 制造糖果
    • 乳糖
      • 葡萄糖+半乳糖
      • 无色晶体
      • 易溶于水
      • 乳汁含
      • 制造药丸糖衣
  • 多糖
    • 寡糖 (低聚糖)
      • 3~10个单糖
      • 具甜味
      • 不易被人体分解、吸收
      • 能促进肠道好菌生长
    • 淀粉
      • 200~4000个
      • 种子、块根含
      • 光合作用产物
      • 与碘液 (I₂，碘分子)反应成深蓝色 (与I^-，碘离子反应就不会)
    • 纤维素
      • 2000~26000个
      • 细胞壁、棉花、木材、麻含
      • 光合作用产物
      • 人体的酶无法消化
      • 做为酒精、再生能源 (因水解产生葡萄糖)
      • 制造纸、炸药
    • 肝糖 (动物性淀粉)
      • 10000~120000个
      • 肌肉、肝脏含
      • 体内过量葡萄糖会转换成肝糖，不足时会转换回去
• 蛋白质 (胺基酸)
  • 胺基酸：含有胺基、羧基的有机化合物
  • α-胺基酸：胺基、羧基接在同一个碳上。最简单的α-胺基酸为甘胺酸 (2-胺基乙酸)，另外来有麸胺酸 (2-胺基戊二酸)、麸胺酸一纳 (味精)
  • 蛋白质
    • 由α-胺基酸缩合的聚合物
    • 最小的蛋白质为胰岛素
    • 生命的基石
    • 结构
      • α-螺旋结构：有分子内氢键，为毛皮、蹄角、羽毛等结构
      • β-褶板结构：仅分子间氢键，为蚕丝等结构
• 脂肪 (脂肪酸)
  • 脂肪酸：羧酸。依是不是只有单键分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸 (不饱和脂肪酸有顺反异构物，故还有顺式脂肪酸、反式脂肪酸)
  • 脂肪
    • 3脂肪酸+1甘油酯化而成的化合物脂肪酸甘油酯 (三酸甘油酯，C₃H₅(RCOO)₃)
    • 中性，多为混合物，但不是聚合物
    • 饱和脂肪
      • 固体，性质稳定
      • 动物性脂肪含，例外为棕榈油
    • 不饱和脂肪
      • 液体，性质不稳定
      • 植物性脂肪含
      • 在镍催化下加氢制造成饱和脂肪，但反应过程会产生反式脂肪
      • 顺式脂肪：自然界的大部分不饱和脂肪
      • 反式脂肪：人造奶油、乳玛琳、酥油等人工食品，可能导致糖尿病、心脏病
• 核酸 (核苷酸)
  • 核糖：戊糖，五碳糖，分为核糖 (C₅H₁₀O₅)、去氧核糖 (C₅H₁₀O₄)
  • 核苷酸：由磷酸、戊糖、含氮碱基结合
  • 核酸：核苷酸聚合物，分为核糖核酸 (RNA)、去氧核糖核酸 (DNA)
  • (连结生物：生物 2上 4-3 遗传物质)
  • 含氮碱基：
    • 腺嘌呤(A)
    • 鸟粪嘌呤(G)
    • 胞嘧啶(C)
    • 胸腺嘧啶(T)：DNA独家专有
    • 尿嘧啶(U)：RNA独家专有
  • 含氮碱基配对 (A-U/T、C-G)原则

生活中的化学

• 化学：实验室里少量研究
• 化工：工厂里大量制造，将实验室研究成果放大规模，易发生事故
• 水的处理
  • 硬水：含Ca²⁺或Mg²⁺的水
  • 害处
    • 锅垢降低热传导 (锅垢可用酸去除)
    • 降低肥皂效果，失去作用
  • 检验：肥皂水检验，没有起泡且有沉淀，为硬水
  • 软化
    • [净化]煮沸法：钙镁离子产生沉淀后过滤
    • [净化]苏打法：钙镁离子产生沉淀后过滤，可能造成水碱性太强
    • [净化]阳离子交换法：天然泡沸石或阳离子交换树脂吸附钙镁离子
    • [纯化]蒸馏：得纯水
• 自来水
  1. 静置：曝气，增加溶氧，加速微生物分解有机物质 (化学变化)
  2. 凝聚：加入硫酸铝、明矾，微粒沉降
  3. 过滤：活性碳吸附有机物质 (物理变化)
  4. 消毒
     • 臭氧消毒：利用强氧化力来杀菌，费用高
     • 氯气消毒：利用强氧化力来杀菌，但会产生三氯甲烷致癌
     • 次氯酸钠、次氯酸钙消毒
• 空气污染
  • 硫氧化物：二氧化硫、三氧化硫和与水反应成亚硫酸、硫酸，造成酸雨 (pH＜5.6)
  • 碳氧化物：一氧化碳中毒、二氧化碳吸收红外光造成温室效应
  • 氮氧化物：二氧化氮引起肺炎，一氧化氮、二氧化氮破坏臭氧层，氮氧化物形成光烟雾
  • 烃类：苯、联苯致癌，醛形成光烟雾
  • 氟氯碳化物
  • 悬浮微粒
  • 触媒转换器：由铂、铑、钯制成，可将烃类、一氧化碳、氮氧化物转化成水、二氧化碳、氮气 (为表面化学的范畴：用固体当催化剂，虽不能均匀，但可以回收再利用)
• 水污染
  • 优养化：氮、磷污染，藻类大量繁殖
  • 有机化合物污染测定
    • 生化需氧量 (BOD)：细菌分解有机物质消耗的氧气
    • 化学需氧量 (COD)：化学反应有机物质消耗的氧气
    • 值越大污染越严重
  • 解决
    • 曝气
    • 加活性污泥，用微生物分解有机物质
• 土壤污染
• 热污染 (废热)：排放热气、热水，使温度上升影响生物生存
• 5R
  • 减量：如禁塑胶吸管
  • 再使用
  • 新生土地
  • 能源回收
  • 物料回收
• 绿色化学
  • 从过程消除污染
  • 合理使用资源，符合永续发展
  • 提高能源效率，如使用微波炉、超音波取代化石燃料 (瓦斯炉)
• 原子经济
  • 目标产物质量÷反应物质量×100%
  • 若有副产物 (不是目标产物的产物)就会降低原子经济
  • 原子经济100%，不产生副产物
  • 也可将副产物应用，成为目标产物以提高原子经济
• 奈米技术
  • 1奈米=1×10^-9公尺
  • 定义：长、宽、高中有至少一方向为1~100奈米
  • 性质和传统块材 (微米以上)差异大
  • 表面积大，表面原子活性大于内部原子
  • 自然界
    • 莲花出淤泥而不染
    • 羽毛浸水不湿
    • 壁虎四肢黏附力
  • 奈米碳管：石墨卷曲，质量轻，强度大
  • 奈米二氧化钛光触媒：照紫外光时可杀菌、净化空气
• 材料化学
  • 光电化学电池：有阳光时太阳能转成电能，产物为氢气、氧气；无阳光时用氢气、氦气作为燃料，产物为水
  • 导电聚合物：如聚乙炔，CC单键和CC双键交替的塑胶，加入碘或钠。可卷曲，具有半导体导电度、发光性
  • 精密陶瓷
  • 液晶：有机化合物，可用电场控制液晶分子排列，影响光穿透性，本身不发光。可制液晶显示器 (LCD)，光源为背后的LED灯
• 生物技术

<高中化学结束 (第一类组)>

参考文献

• 《高中互动式教学讲义．基础化学(一)全》，翰林出版，2016年8月版
• 《普通高中基础化学(一)全一册》，翰林出版，2010年4月初版，2016年8月四版
• 《高中无敌讲义．基础化学(二)全》，翰林出版，2017年8月版
• 《普通高中基础化学(二)全一册》，翰林出版，2011年2月初版，2017年8月五版