《化学选修》课件

化学选修欢迎学习化学选修课程！本课程旨在拓展您的化学知识，从基础概念到前沿应用，全方位提升您的化学素养我们将探索化学与日常生活的密切联系，并学习化学在各领域的创新应用本课程涵盖无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等多个领域，通过理论学习与实验操作相结合的方式，培养您的科学思维和实验技能无论您是对化学感兴趣的初学者，还是希望深入研究的学生，这门课程都能满足您的学习需求让我们一起踏上这段化学探索之旅，发现微观世界的奥秘与魅力！化学与人类文明古代化学现代化学日常生活中的化学化学的起源可追溯到古代冶金和炼金从拉瓦锡建立现代化学基础，到门捷列从烹饪食物的化学反应，到清洁剂的去术古埃及人掌握了玻璃制造和染料提夫创立元素周期表，再到现代合成材料污原理，再到药物治疗疾病的机制，化取技术，而中国古代的火药发明则改变的发展，化学持续推动着人类文明进学无处不在，深刻影响着我们的日常生了人类历史进程步活体验和健康状况化学基本概念回顾物质与元素化合物原子结构物质是具有质量并占据空间的客观化合物是由两种或两种以上的元素原子由原子核和核外电子组成原存在元素是由相同质子数的原子按照一定比例化合而成的物质例子核由质子和中子构成，决定了元构成的纯净物，是化学上不能再分如水（H₂O）、二氧化碳素的种类；而核外电子的排布则决的基本单位目前已知的元素有（CO₂）等都是常见的化合物，它定了元素的化学性质和在周期表中118种，其中92种为自然界存在的们具有与组成元素完全不同的性的位置元素质原子的结构与性质道尔顿原子模型1803年，道尔顿提出原子是物质的基本粒子，不可再分的理论，奠定了现代原子理论基础汤姆孙模型1897年，汤姆孙发现电子，提出葡萄干布丁模型，认为原子是均匀带正电的球体，电子嵌在其中卢瑟福模型1911年，卢瑟福通过α粒子散射实验，提出行星模型，认为原子有一个带正电的核心，电子围绕其运动玻尔模型1913年，玻尔提出电子在固定轨道运动且能量量子化的理论，解释了氢原子光谱，进一步完善了原子结构模型元素周期表稀有气体最外层电子满足八电子规则，化学性质稳定卤族元素缺一个电子形成八电子结构，氧化性强碱金属和碱土金属最外层电子少，易失去电子，还原性强过渡金属元素d轨道电子填充，形成丰富的化合物周期表结构元素按原子序数排列，体现元素周期性变化规律离子与分子离子键水分子二氧化碳离子键是由金属原子失去电子和非金属原水分子（H₂O）是由两个氢原子和一个氧二氧化碳（CO₂）分子由一个碳原子与两子得到电子形成带相反电荷的离子，通过原子通过共价键结合形成的氧原子与每个氧原子通过双键连接而成碳原子提供静电引力结合形成的化学键典型例子是个氢原子共享一对电子，形成两个共价四个价电子，每个氧原子提供两个价电氯化钠（NaCl），其中钠离子（Na⁺）键由于氧的电负性大于氢，使水分子呈子，形成两个碳氧双键分子呈线性结和氯离子（Cl⁻）通过强烈的静电引力结现极性，导致其独特的物理和化学性质构，是一个非极性分子合在一起化学键与分子结构杂化轨道理论甲烷分子原子轨道混合形成能量相同、方向性强碳原子sp³杂化，形成四面体结构，键的杂化轨道角

109.5°VSEPR模型氨气分子价层电子对互斥理论，预测分子几何构氮原子sp³杂化，一对孤电子，形成三型角锥，键角107°物质的聚集状态固态分子排列紧密有序，具有固定形状和体积液态分子排列较松散，有固定体积但形状可变气态分子运动自由，无固定形状和体积物质的三种聚集状态之间可以相互转化当温度升高时，固态物质吸收热量，分子间作用力被部分克服，转变为液态（熔化）；继续加热，液态物质中的分子获得足够能量摆脱分子间引力，转变为气态（汽化）反之，当温度降低时，气态物质释放热量，分子运动减慢，转变为液态（液化）；进一步冷却，分子排列趋于规则，转变为固态（凝固）物质的量与阿伏加德罗常数物质的量（摩尔）摩尔质量物质的量是表示物质基本粒子多摩尔质量是指1摩尔物质的质少的物理量，单位是摩尔量，单位为g/mol例如，氢气（mol）一摩尔物质含有的粒（H₂）的摩尔质量为子数等于阿伏加德罗常数2g/mol，水（H₂O）的摩尔质（

6.02×10²³）量为18g/mol摩尔体积在标准状况下（

273.15K，

101.325kPa），1摩尔理想气体占据的体积为

22.4L这一常数对于气体计算至关重要化学反应与化学方程式化合反应两种或多种简单物质或化合物结合生成一种新物质的反应例如2H₂+O₂=2H₂O分解反应一种化合物分解为两种或多种较简单物质的反应例如2H₂O₂=2H₂O+O₂置换反应一种元素置换出化合物中的另一种元素的反应例如Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu复分解反应两种化合物相互交换组分生成两种新化合物的反应例如AgNO₃+NaCl=AgCl↓+NaNO₃反应热与能量变化反应速率与化学平衡510°C影响因素温度效应浓度、温度、压力、催化剂和表面积是影响反应一般而言，温度每升高10°C，反应速率约增加速率的主要因素2-4倍450°C硫酸制造接触法生产硫酸的最佳温度，平衡转化率约为98%化学平衡是指正反应和逆反应速率相等时，反应物和生成物浓度不再随时间变化的状态勒夏特列原理指出当平衡系统受到外界条件改变时，系统会向着减弱这种改变的方向移动，建立新的平衡以接触法制硫酸为例，SO₂与O₂反应生成SO₃的过程是可逆放热反应根据勒夏特列原理，升高温度不利于SO₃的生成，但能加快反应速率；增加压力有利于气体分子数减少的方向，促进SO₃生成；使用V₂O₅催化剂能显著提高反应速率而不改变平衡位置质量守恒与能量守恒质量守恒定律能量守恒定律实际应用拉瓦锡于1789年提能量既不会凭空产生，在化学反应中，质量守出在化学反应中，也不会凭空消失，只能恒体现为原子数守恒，反应物的总质量等于生从一种形式转变为另一反应前后各元素的原子成物的总质量这一种形式，或从一个物体数不变能量守恒则体定律是配平化学方程式传递给另一个物体化现为反应体系与环境之的理论基础，对于化学学反应中的能量变化遵间的能量交换，表现为计量学至关重要循这一基本规律热量、光、电等能量形式的相互转化酸碱理论与值pH阿伦尼乌斯理论11887年提出酸是在水溶液中电离出氢离子H⁺的物质；碱是在水溶液中电离出氢氧根离子OH⁻的物质2布朗斯特-洛里理论1923年提出酸是能够给出质子H⁺的物质；碱是能够接受质子的物质扩展了酸碱概念到非水溶液路易斯理论1923年提出酸是能够接受电子对的物质；碱是能够提供电子对的物质进一步扩展了酸碱概念pH值是表示溶液酸碱度的指标，定义为溶液中氢离子浓度的负对数pH=-log[H⁺]纯水中，pH=7，呈中性；pH7为酸性；pH7为碱性pH每变化1个单位，氢离子浓度变化10倍酸雨是pH值低于

5.6的降水，主要由大气中的二氧化硫和氮氧化物与水反应形成硫酸和硝酸造成酸雨对生态系统、建筑物和人类健康都有严重危害，是一个全球性环境问题氧化还原反应基础氧化还原反应是电子转移的过程氧化是指失去电子的过程，还原是指得到电子的过程在氧化还原反应中，氧化剂得到电子被还原，还原剂失去电子被氧化铁锈的形成是典型的氧化还原反应铁在潮湿的空气中被氧气氧化，形成氧化铁（铁锈）4Fe+3O₂+2H₂O→2Fe₂O₃·H₂O在这个反应中，铁失去电子被氧化，氧得到电子被还原氧化还原反应在自然界和日常生活中无处不在，从燃烧、呼吸、光合作用，到电池、腐蚀、漂白等，都涉及电子的转移过程理解氧化还原反应对研究能量转换和化学变化具有重要意义电化学入门原电池电解池锂离子电池原电池是将化学能转化为电能的装置电解池是利用电能引起化学反应的装锂离子电池是当前最先进的二次电池之典型的原电池由两个不同的电极（阳极置外加电源使电子从阴极流向阳极，一充电时，锂离子从正极脱嵌，通过和阴极）浸入电解质溶液中组成在阳在阴极发生还原反应，在阳极发生氧化电解质溶液迁移到负极嵌入；放电时则极发生氧化反应，在阴极发生还原反反应相反这种摇椅式机制使电池能够反应，电子通过外电路从阳极流向阴极形复充放电数千次例如，氯化钠溶液电解时，阳极发生氧成电流化反应2Cl⁻-2e⁻→Cl₂；阴极发锂离子电池具有能量密度高、无记忆效例如，锌铜原电池中，锌电极上发生氧生还原反应2H₂O+2e⁻→H₂+应、自放电率低等优点，广泛应用于移化反应Zn→Zn²⁺+2e⁻；铜电极2OH⁻动设备和电动汽车等领域上发生还原反应Cu²⁺+2e⁻→Cu重要金属元素及其化合物钠Na钠是一种活泼的碱金属，在自然界主要以氯化钠形式存在于海水中钠极易与水反应释放氢气和热量2Na+2H₂O→2NaOH+H₂↑钠的重要化合物包括氢氧化钠（烧碱）和碳酸钠（纯碱），广泛用于肥皂制造、纺织和造纸等工业钙Ca钙是地壳中含量第五丰富的元素，主要以碳酸钙形式存在于石灰石、大理石中钙在生物体中形成骨骼和牙齿石灰（氧化钙）是重要的建筑材料；熟石灰（氢氧化钙）用于土壤中和酸性；硫酸钙（石膏）用于建筑和医疗领域铁Fe铁是人类最重要的金属之一，在工业、建筑和日常生活中应用广泛铁有多种氧化态，最常见的是+2价和+3价氧化铁（Fe₂O₃）是重要的铁矿石；四氧化三铁（Fe₃O₄）具有磁性；硫酸亚铁用作园艺肥料和水处理剂非金属元素及其应用氧O氮N地壳中含量最丰富的元素，占空气体积占空气体积的78%，化学性质稳定氮的21%氧气支持燃烧和呼吸，是生命气通过固氮作用转化为氨，进而制造肥2活动必需臭氧（O₃）在平流层形成料氮是蛋白质和核酸等生物分子的重臭氧层，吸收有害紫外线；在地表则是要组成元素氮的化合物如硝酸盐用作有害污染物肥料和炸药碳C硫S存在多种同素异形体金刚石、石墨、以硫化物和硫酸盐形式存在于矿物中3富勒烯等碳是有机化合物的基础元硫是重要的工业原料，用于生产硫酸、素二氧化碳作为温室气体，过量排放橡胶、农药等二氧化硫是主要大气污导致全球变暖染物之一，可导致酸雨形成水的化学常见无机盐及作用氯化钠NaCl硝酸钾KNO₃碳酸钙CaCO₃氯化钠俗称食盐，是最常见的调味品，也硝酸钾是重要的复合肥料，提供植物所需碳酸钙是石灰石、大理石和贝壳的主要成是人体必需的电解质在工业上，氯化钠的钾和氮营养历史上被用作黑火药的主分在工业上用于生产水泥、生石灰和纸是生产烧碱、纯碱和氯气的重要原料氯要成分在食品工业中作为防腐剂和保色张填料食品中作为钙补充剂和酸度调节化钠在道路除冰、食品保存和医疗生理盐剂硝酸钾还用于玻璃制造和某些医药制剂医药上用作抗酸剂和钙补充剂还用水制备中也有广泛应用剂中于橡胶、塑料和油漆的填料气体制备与性质1氢气制备氧气制备实验室中，氢气可通过活泼金实验室中，氧气可通过加热高属（如锌）与稀酸反应制备锰酸钾或过氧化氢在二氧化锰Zn+2HCl→ZnCl₂+催化下分解制备2KMnO₄H₂↑氢气是无色、无味、△→K₂MnO₄+MnO₂+易燃的气体，密度极小氢气O₂↑氧气是无色、无味的具有强还原性，可用于金属氧气体，支持燃烧，是最常见的化物的还原和氢化反应氧化剂二氧化碳制备实验室中，二氧化碳可通过碳酸盐与酸反应制备CaCO₃+2HCl→CaCl₂+H₂O+CO₂↑二氧化碳是无色、略有酸味的气体，不支持燃烧，密度大于空气，能溶于水形成碳酸区分与分离物质的方法蒸发结晶过滤从溶液中获取溶质的方法，通过加热蒸2发溶剂分离不溶性固体与液体的方法，利用滤纸或滤器蒸馏分离沸点不同液体的方法，基于物质沸3点差异色谱法5萃取基于物质在固定相和流动相中分配系数不同进行分离利用物质在不同溶剂中溶解度差异进行分离这些分离方法在化学实验和工业生产中具有广泛应用例如，茶叶中的咖啡因可通过有机溶剂萃取获得；石油中的各组分通过分馏塔进行蒸馏分离；药物纯化常使用重结晶和色谱法选择合适的分离方法需考虑物质的物理性质、纯度要求和经济因素典型无机合成反应氨的合成N₂+3H₂⇌2NH₃高压15-25MPa、中温400-500°C、铁催化剂纯碱工业制法NaCl+NH₃+CO₂+H₂O→NaHCO₃+NH₄Cl2NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂+H₂O硫酸工业制法S+O₂→SO₂2SO₂+O₂⇌2SO₃SO₃+H₂O→H₂SO₄哈伯法合成氨是现代化工的里程碑，为农业和工业提供了重要的氮源该过程中，高压有利于提高产率（根据勒夏特列原理），催化剂能加快反应速率，温度则需权衡速率和平衡的影响索尔维制碱法（纯碱法）实现了工业规模生产碳酸钠，该工艺的特点是对原料要求低，并能实现氨的循环使用，减少成本和环境影响硫酸作为工业之血，其生产工艺体现了现代化工的特点多步骤反应、催化转化和热量回收利用有机化合物分类芳香族化合物1含苯环结构，如苯、萘、蒽等含氧有机物醇、醚、醛、酮、羧酸等含氮有机物胺、酰胺、硝基化合物等烃类4烷烃、烯烃、炔烃和环烃有机化合物的分类基于分子结构和官能团官能团是决定有机化合物化学性质的原子或原子团，如羟基-OH、羰基C=O、羧基-COOH等不同官能团赋予化合物特定的物理和化学性质有机物的命名遵循国际纯粹与应用化学联合会IUPAC的命名规则，考虑了主链、取代基和官能团的优先顺序例如，CH₃CH₂OH命名为乙醇，其中-OH为主官能团，而CH₃CH₂CHO则命名为丙醛，其中-CHO为主官能团准确识别有机物的结构和官能团是有机化学学习的基础烃与卤代烃化合物结构式物理性质化学性质甲烷CH₄无色气体，熔点-可燃，氯化反应182°C乙烯C₂H₄无色气体，熔点-加成反应，聚合反169°C应乙炔C₂H₂无色气体，熔点-加成反应，三键活84°C性强氯乙烯CH₂=CHCl无色气体，沸点-聚合生成PVC14°C烃是只含碳氢两种元素的有机化合物，是有机物的基础烷烃相对稳定，主要发生取代反应；烯烃和炔烃含不饱和键，易发生加成反应卤代烃是烃的氢原子被卤素原子取代的化合物，具有更高的密度和沸点卤代烃在工业中有广泛应用聚氯乙烯PVC是由氯乙烯单体聚合而成的重要塑料，具有耐腐蚀、绝缘性好等特点，广泛用于建筑材料、电线电缆、医疗器材等领域然而，某些卤代烃如氯氟烃CFCs会破坏臭氧层，已被国际条约限制使用醇、酚、醚醇类酚类醚类醇含有羟基-OH连接在饱和碳原子上，酚含有羟基直接连接在苯环上，如苯酚醚含有-O-键连接两个烃基，通式为R-O-通式为R-OH醇的酸性比水强但比酚C₆H₅OH酚的酸性比醇强，能与碱R醚化学性质稳定，不与酸、碱、金属弱，能与活泼金属反应放出氢气醇与羧反应生成盐酚能与铁离子反应呈紫色，钠反应，但易燃乙醚沸点低，常用作溶酸发生酯化反应生成酯和水甲醇有毒，是酚的特征反应酚类化合物常用作消毒剂和麻醉剂，但使用时需注意安全四氢乙醇常用作消毒剂和溶剂剂、抗氧化剂和树脂原料呋喃是重要的有机溶剂乙醇是最常见的醇类，在医疗领域广泛用作消毒剂75%浓度的乙醇对细菌和病毒有良好的杀灭作用，通过破坏微生物的蛋白质结构发挥功效乙醇还是重要的溶剂和有机合成原料，用于生产醋酸、乙醛和乙醚等化合物醛、酮、羧酸醛类酮类羧酸醛含有羰基C=O，一个酮也含有羰基，但羰基碳羧酸含有羧基-COOH，氢原子直接连接在羰基碳连接两个烃基，通式为R-通式为R-COOH羧酸显上，通式为R-CHO醛易CO-R酮不易被氧化，酸性，能与碱、金属、醇被氧化为相应的羧酸，能不发生银镜反应丙酮是反应醋酸是最常见的羧发生银镜反应（与银氨溶重要的工业溶剂，用于指酸，用于食品调味和制造液反应生成银镜）和斐林甲油去除剂；苯酚是制造醋酸盐；柠檬酸存在于柑试剂反应（生成砖红色沉酚醛树脂的原料；丁酮用橘类水果中，是食品添加淀）甲醛用作防腐剂，作溶剂和有机合成原料剂；苯甲酸及其盐用作防乙醛是重要的有机合成中腐剂间体斐林试剂检测葡萄糖是利用醛基的还原性葡萄糖分子中含有醛基，能够还原斐林试剂中的Cu²⁺为Cu⁺，形成砖红色的氧化亚铜沉淀此反应常用于检测还原糖（含有游离醛基或能转变为含醛基的糖类）的存在相比之下，蔗糖不含游离醛基，不能直接与斐林试剂反应酯、油脂与肥皂酯类化合物羧酸与醇反应生成的化合物，通式为R-COO-R油脂甘油与高级脂肪酸的酯，分为固体脂肪和液体油脂皂化反应油脂与碱反应生成甘油和脂肪酸盐（肥皂）酯类化合物通常具有愉快的香味，许多水果的香气就是由酯类化合物产生的例如，香蕉的香味主要来自乙酸异戊酯，苹果的香味来自乙酸乙酯酯化反应是可逆的，在酸催化下，酯可以水解为相应的醇和羧酸油脂是由甘油和三个高级脂肪酸分子通过酯键连接形成的植物油中含有较多不饱和脂肪酸，常为液体；动物脂肪含有较多饱和脂肪酸，常为固体肥皂的清洁作用源于其分子结构疏水的碳氢链能溶解油脂污垢，亲水的羧酸根则能与水分子相互作用，使污垢乳化后被水冲走有机合成基础反应有机化学中的基础反应类型主要包括加成反应、取代反应和消去反应加成反应主要发生在含有不饱和键（如C=C、C≡C）的化合物中，如卤素、氢卤酸、水等加成到双键或三键上；取代反应通常发生在饱和化合物中，一个原子或原子团被另一个取代；消去反应则是从分子中移除原子或原子团，形成不饱和键的过程乙烯加成水生成乙醇是重要的工业反应在硫酸催化下，乙烯与水反应生成乙醇CH₂=CH₂+H₂O→CH₃CH₂OH这一反应遵循马氏规则，H⁺首先加成到双键的碳原子上，形成碳正离子，然后水分子进攻碳正离子形成乙醇工业上，该反应在高温高压条件下进行，是生产乙醇的重要方法之一高分子化合物加聚反应单体分子间通过加成反应形成高分子，如聚乙烯、聚氯乙烯反应条件引发剂、适当温度、无氧环境缩聚反应两种或多种单体通过缩合反应形成高分子，同时失去小分子（如水）例如聚酯、聚酰胺（尼龙）高分子应用塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯）、合成纤维（尼龙、涤纶）、橡胶（天然橡胶、合成橡胶）、生物高分子（蛋白质、多糖）涤纶是由对苯二甲酸与乙二醇通过缩聚反应制得的聚酯纤维其结构中含有酯键和苯环，使涤纶具有优异的物理和化学性质强度高、耐热性好、弹性好且不易皱，耐多种化学品腐蚀这些特性使涤纶广泛应用于服装制造、家居纺织品、工业用布和复合材料等领域高分子材料的发展极大地改变了人类生活方式，但也带来了环境问题不可降解塑料的大量使用导致白色污染，微塑料污染引起全球关注近年来，可降解塑料和塑料回收技术得到快速发展，为解决塑料污染问题提供了新思路糖类与蛋白质糖类蛋白质糖类是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物和聚合物的总称根据分蛋白质是由α-氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子蛋白质结子结构复杂程度可分为构分为四个层次•单糖最简单的糖类，如葡萄糖、果糖、半乳糖•一级结构氨基酸的排列顺序•双糖由两个单糖脱水缩合形成，如蔗糖、麦芽糖、乳糖•二级结构肽链局部区域形成的规则构象，如α-螺旋、β-折叠•多糖由多个单糖分子脱水缩合形成的高分子化合物，如淀粉、纤维素、糖原•三级结构整个肽链在空间的折叠方式•四级结构多个肽链之间的相互作用关系食品检测实验中，斐林试剂和双缩脲反应是常用的鉴别方法斐林试剂（含Cu²⁺的碱性溶液）与还原糖（如葡萄糖）加热反应，生成砖红色沉淀，可用于区分还原糖和非还原糖双缩脲反应是蛋白质的特征反应，蛋白质与碱性硫酸铜溶液反应呈紫色，这是由于肽键与Cu²⁺形成配合物的结果核酸和生物大分子DNA结构RNA结构遗传信息传递脱氧核糖核酸DNA是由脱氧核苷酸组成核糖核酸RNA通常为单链结构，由核遗传信息从DNA传递到蛋白质的过程包括的双螺旋结构每个核苷酸包含一个脱氧糖、磷酸和碱基（腺嘌呤A、尿嘧啶U、鸟转录和翻译两个主要步骤在转录过程核糖、一个磷酸基团和一个含氮碱基（腺嘌呤G或胞嘧啶C）组成主要有三种类中，DNA的一条链作为模板合成嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G或胞嘧啶型信使RNAmRNA、转运mRNA；在翻译过程中，mRNA上的密C）两条链通过碱基互补配对（A-T、RNAtRNA和核糖体RNArRNA，分别码子被tRNA识别，按照遗传密码表翻译G-C）形成双螺旋参与基因表达的不同阶段成对应的氨基酸序列，形成蛋白质化学实验基础技能常用仪器规范操作烧杯用于液体的盛放和溶液配液体倾倒时，标签朝向手心；制；试管用于小量试剂的反试管加热时，口部不应对着应；量筒用于测量液体体积；人；测量液体体积时，视线应滴管用于液体转移；移液管用与液面的最低点保持水平；使于精确量取液体；酒精灯作为用滴管时，不应将滴管放入试加热源使用时应注意选择合剂瓶中；固体药品取用后，应适大小和材质的器皿立即盖紧瓶盖安全注意事项实验前阅读安全指南，穿戴适当防护装备（实验服、护目镜、手套）；了解灭火器、洗眼器位置；不闻、不尝任何化学药品；酸碱溅到皮肤应立即用大量水冲洗；遵循酸入水原则稀释浓酸定量分析常用方法滴定分析法滴定分析是利用已知浓度的标准溶液（滴定剂）与待测组分进行定量反应，根据反应达到终点时消耗的滴定剂体积计算待测组分含量的方法常见的滴定类型包括酸碱滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定和络合滴定滴定分析要求选择合适的指示剂，准确判断终点重量分析法重量分析是通过称量待测组分转化成的沉淀或挥发物的质量，计算出样品中待测组分含量的方法重量分析的关键步骤包括沉淀的形成（要求沉淀完全、纯净）、沉淀的过滤和洗涤（去除杂质）、沉淀的干燥或灼烧（转化为稳定的化合物）数据处理实验数据处理包括有效数字的运算、误差分析和实验结果的表达在化学计算中，乘除法结果的有效数字取决于参与运算的数据中有效数字最少的一个；加减法结果的小数位数取决于参与运算的数据中小数位数最少的一个溶液的配制与稀释常见化学实验案例铁的鉴别与检验是常见的定性分析实验Fe²⁺离子可与红血盐K₃[FeCN₆]反应生成蓝色沉淀Turnbull蓝；与KSCN反应则生成血红色的[FeSCN]²⁺络合物Fe³⁺离子可与黄血盐K₄[FeCN₆]反应生成蓝色沉淀普鲁士蓝；与KSCN反应生成血红色的[FeSCN]²⁺络合物这些显色反应的灵敏度高，是铁离子检测的重要手段氧气的实验室制备常采用高锰酸钾加热分解或过氧化氢在二氧化锰催化下分解的方法制得的氧气通常用向上排水法收集（因氧气密度大于空气）氧气性质演示实验包括使带火星的木条复燃（氧气助燃性）；使红磷、硫、铁丝等在氧气中剧烈燃烧（放出强光和大量热）；与氢气混合点燃发生爆炸（产生水）这些实验直观展示了氧气的化学性质描述性实验设计75实验设计步骤关键注意事项问题提出、查阅资料、提出假设、实验方案设计、安全第

一、变量控制、操作规范、结果可重复、适实验操作、数据收集与分析、结论与验证当对照3评估维度科学性（理论基础）、可行性（设备、材料）、创新性（思路、方法）实验方案书写模板通常包括以下部分实验题目、实验目的、理论基础、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤、注意事项、数据记录表格、结果分析与讨论设计实验时应注意控制变量原则，即在一次实验中只改变一个变量，保持其他条件相同，以确保结果的可靠性例如，设计探究温度对反应速率影响的实验时，可选择较慢的反应（如大理石与稀盐酸反应），通过测量单位时间内产生气体的体积来表示反应速率实验中应控制大理石的粒度、盐酸浓度和体积等条件不变，仅改变温度，以10°C为间隔设置多个温度点（如20°C、30°C、40°C等），记录数据并分析反应速率与温度的关系绿色化学与可持续发展绿色化学原则环境友好反应废物预防、原子经济性、使用水相反应取代有机溶剂、超临更安全的溶剂、设计能效高的界二氧化碳作为绿色溶剂、无化学品和过程、使用可再生原溶剂反应、微波和超声波辅助料、避免化学衍生物、催化反合成、生物催化反应这些方应优于计量反应这些原则旨法减少了有毒有害物质的使用在从源头减少污染，提高资源和排放，降低了环境影响利用效率清洁生产案例传统硫酸法制备钛白粉产生大量废酸和废渣，而氯化法工艺实现了氯气的循环利用，大幅减少废弃物；环己酮的绿色合成路线采用生物酶催化，避免了使用强氧化剂，减少了危险废物产生材料化学进展锂硫电池碳纳米管石墨烯锂硫电池使用金属锂作为阳极，硫作为阴极碳纳米管是由碳原子以sp²杂化连接形成的石墨烯是单层碳原子组成的二维材料，是目材料与传统锂离子电池相比，锂硫电池理管状纳米材料，直径为纳米级，长度可达微前已知最薄、强度最高的材料它具有优异论能量密度可达500Wh/kg，是锂离子电米至厘米它具有优异的机械性能（强度是的电学、光学、热学和力学性质室温下电池的3-5倍，且硫资源丰富，价格低廉然钢的100倍）、良好的导电性和导热性碳子迁移率可达200,000cm²/V·s，导热而，锂硫电池面临的挑战包括硫的绝缘纳米管在电子器件、复合材料增强、药物递系数高达5000W/m·K石墨烯有望应性、多硫化物穿梭效应导致容量衰减快、锂送系统和传感器等领域有广泛应用潜力用于柔性电子器件、高性能电池、复合材料枝晶生长安全隐患等和生物医学等领域医药化学应用年8500+15已上市药物研发周期全球现有八千多种药物活性成分获批使用，主要靶一种新药从发现到上市平均需要10-15年时间，投向人体200多种蛋白质入10-20亿美元

0.01%成功率每10,000个合成的化合物中，仅有1个最终成为上市药物药物的结构与作用机理密切相关药物分子通常包含药效团（与靶点相互作用的基团）和药姓团（影响药物理化性质的基团）例如，β-内酰胺类抗生素（如青霉素）中的β-内酰胺环是关键药效团，它与细菌细胞壁合成酶结合，阻断细菌细胞壁的合成，导致细菌死亡勃林格制药是全球领先的制药公司之一，以呼吸系统和心血管药物闻名其开发的噻托溴铵（Spiriva）是一种选择性长效抗胆碱能支气管扩张剂，用于治疗慢性阻塞性肺疾病该药物通过选择性阻断M3受体，减少支气管平滑肌收缩，改善患者肺功能勃林格制药的成功在于其注重基础研究与临床需求相结合，以及严格的化学合成和药物筛选流程前沿科技分子机器2基础研究分子马达分子穿梭机诺贝尔奖1980年代初，Jean-Pierre1999年，Bernard Feringa发明2000年，J.Fraser Stoddart开2016年，Sauvage、StoddartSauvage首次合成了互锁结构分了第一个单向旋转的分子马达，控发了分子穿梭机，可沿轴向往返运和Feringa因在分子机器领域的杰子，为分子机器奠定基础制分子运动方向动，类似机械滑块出贡献获诺贝尔化学奖分子机器是能够执行特定机械运动的分子装置，其尺寸通常在几纳米至几十纳米之间与宏观机器相比，分子机器面临更多布朗运动干扰，需要特殊设计以实现定向运动典型的分子机器包括分子开关、分子马达、分子泵和分子肌肉等分子马达是分子机器的重要代表，其工作原理通常基于光照或化学刺激引起的构型变化例如，Feringa设计的分子马达由两部分组成，在紫外光照射下发生顺反异构，随后通过热弛豫过程完成单向旋转这种单向旋转的实现是分子机器领域的重大突破，为未来开发纳米机器人和智能材料奠定了基础化学与新能源燃料电池氢能燃料电池是将化学能直接转化为电能的装氢能被视为理想的清洁能源，燃烧产物仅为置氢氧燃料电池工作原理阳极H₂分解水现代氢气制备方法包括水电解、天然气为电子和质子，电子经外电路流向阴极，质重整和生物质制氢等储存和运输是氢能利1子通过质子交换膜迁移到阴极与O₂和电子用的关键挑战反应生成水储能技术太阳能转化大规模储能是可再生能源广泛应用的关键太阳能电池将光能转化为电能，钙钛矿太阳流体电池、压缩空气储能、抽水蓄能和热储能电池是新兴技术，效率可达25%以上能等技术可解决可再生能源的间歇性问题人工光合作用系统模拟植物光合作用，直接新型电池材料和超级电容器也在快速发展利用太阳能将CO₂和水转化为燃料食品与日化中的化学食品添加剂表面活性剂食品添加剂是为改善食品品质和保存性能而加入食品的物质常表面活性剂是一类分子结构含有亲水基和亲油基的化合物，能降见的食品添加剂包括低液体表面张力根据电离特性可分为•防腐剂如山梨酸钾、苯甲酸钠，抑制微生物生长•阴离子表面活性剂如十二烷基硫酸钠SDS，常用于洗涤剂•抗氧化剂如维生素E、BHT，防止食品氧化变质•阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵，具有杀菌作•着色剂如胭脂红、焦糖色，改善食品外观用•甜味剂如阿斯巴甜、甜菊糖，提供甜味但热量低•非离子表面活性剂如聚氧乙烯醚，温和不刺激•增稠剂如黄原胶、果胶，改善食品质地•两性表面活性剂如甜菜碱，在不同pH下表现不同性质洗涤剂中的表面活性剂通过降低水的表面张力，增强水对污垢的渗透能力；其分子的亲油端与油脂污垢结合，亲水端与水分子相互作用，形成胶束将污垢包裹并分散在水中，达到清洁效果现代洗涤剂还添加了酶（分解蛋白质和油脂污渍）、螯合剂（软化水质）、荧光增白剂（提高白度）和香料等成分，以提高洗涤效果和用户体验环境保护与化学污水处理化学法固体废物处理大气污染防治化学沉淀法利用化学试剂与污水中的污染物固体废物处理遵循减量化、资源化、无害脱硫技术通常采用碱性物质（如石灰石）吸反应生成沉淀去除，如向含重金属废水中加化原则焚烧处理能有效减少废物体积，收二氧化硫，生成硫酸盐；脱硝技术主要采入氢氧化钠生成金属氢氧化物沉淀氧化还并可回收热能；但需控制二噁英等有害物质用选择性催化还原法SCR，使用氨气在催原法利用强氧化剂（如氯气、臭氧、高锰酸的产生填埋处理需设计防渗层和渗滤液收化剂作用下还原氮氧化物为氮气；除尘技术钾）氧化有机污染物，或用还原剂（如亚硫集系统，防止污染地下水资源回收利用如包括静电除尘、袋式除尘等；挥发性有机物酸盐）还原六价铬等有害物质离子交换法塑料再生、金属回收、废纸再利用等，减少VOCs处理采用吸附、催化燃烧等技术和膜分离技术也是重要的化学处理方法资源消耗和环境影响化学与生活安全家庭化学品分类安全使用原则急救方法清洁剂（洗衣粉、洗洁精、漂白剂）、阅读标签和说明书；按照推荐剂量使皮肤接触立即用大量清水冲洗；眼睛消毒剂（酒精、漂白水）、杀虫剂（敌用；不混用不同化学品（如漂白剂与酸接触用流动水冲洗至少15分钟；误敌畏、菊酯类）、化妆品、药品、涂料性清洁剂混合会释放氯气）；保持通食不要催吐，立即就医并带上产品标（油漆、稀释剂）、电池等这些产品风；使用适当防护装备；远离儿童和食签；吸入迅速离开现场，呼吸新鲜空中含有多种化学物质，使用不当可能造品；正确存放（避光、密封、原容气；灼伤用冷水冲洗，不要使用油脂成健康风险或安全隐患器）；过期产品妥善处理类物质严重情况立即就医习题讲解与易错点自主学习与资源推荐在线学习平台中国大学MOOC提供高质量化学课程；学堂在线有北京大学、清华大学的化学专业课程；中国知网、万方数据库可查阅化学研究文献；化学自习室App提供元素周期表和化学计算工具；科学网和科学松鼠会有科普文章高质量参考书《基础有机化学》（邢其毅）系统介绍有机化学基础；《无机化学》（武汉大学）内容全面，习题丰富；《化学奥秘》（P.W.阿特金斯）用生动语言解释复杂概念；《化学与社会》（刘祖亮）介绍化学与日常生活的联系；《物理化学》（傅献彩）讲解热力学和动力学基本原理期刊杂志《化学教育》面向中学化学教育；《大学化学》适合大学生阅读；《中国化学》发表重要研究成果；《化学世界》介绍化学新进展和应用；《化学通报》报道化学研究新动态；《科学世界》和《环球科学》有优质化学科普内容实验探究课题举例自拟实验设计模板包括研究题目、研究目的、理论基础、实验原理、实验材料与仪器、实验步骤、数据记录与处理、误差分析、结论与讨论、参考文献好的实验设计应具备科学性（理论基础扎实）、创新性（问题或方法有新意）、可行性（设备和材料易获取）和规范性（操作流程清晰）经典实验课题与拓展

①维生素C含量测定，可拓展为不同水果比较或加热对含量的影响；

②自制环保电池，可拓展为不同电解质浓度或电极材料对电池性能的影响；

③染料提取与织物染色，可拓展为不同媒染剂对色牢度的影响；

④水质硬度测定与软化，可拓展为不同软化方法效果比较；

⑤塑料回收与再利用，可拓展为改性方法研究这些课题既联系生活实际，又能培养科学研究能力期末总复习要点基础理论原子结构、化学键、周期律、物质结构与性质关系化学反应反应类型、热力学、动力学、平衡原理、反应规律有机化学结构特点、命名规则、典型反应、官能团性质实验技能操作规范、现象观察、数据处理、结果分析重点掌握的知识点

①元素周期表与元素性质规律；

②化学计量学计算（物质的量、溶液浓度、气体状态方程式）；

③化学平衡与电离平衡（酸碱平衡、沉淀溶解平衡）；

④氧化还原反应与电化学（电极电势、电池原理）；

⑤有机物的结构与性质（同分异构体、官能团反应）高频考点提醒

①氧化还原反应配平与计算；

②平衡移动方向判断；

③电解质溶液pH计算；

④有机物结构式书写与命名；

⑤实验现象解释与方案设计复习策略建议先系统梳理知识点，建立知识网络；然后重点攻克难点；最后通过做题巩固，特别是综合性题目做题时注意答题规范和书写清晰课程回顾与展望能力培养前沿了解实验设计与操作、数据分析、科学思维方新能源、新材料、生物化学、环境化学等法热点领域基础夯实生活应用系统掌握元素周期表、化学反应规律、物食品安全、环境保护、家庭化学品使用等质结构与性质关系实际问题3通过本门课程的学习，我们不仅掌握了化学的基本理论和实验技能，更理解了化学与我们日常生活的密切联系从原子结构到分子反应，从无机物到有机物，从基础理论到前沿应用，我们系统地构建了化学知识体系，培养了科学思维方法和解决问题的能力化学学科正在快速发展，未来将有更多激动人心的发现等待我们探索能源化学、材料科学、药物化学、环境化学等领域充满机遇与挑战希望同学们保持对化学的热爱与好奇，不断学习新知识，关注科技前沿，将所学知识应用于解决实际问题，为人类社会的可持续发展贡献力量化学的魅力在于探索微观世界的奥秘，而这探索之旅才刚刚开始！。