高中化学必修第一册第三章物质的性质与转化知识清单

高中化学必修第一册第三章物质的性质与转化知识清单一、本章综述与核心思想——“价类”二维视角的建立【核心素养视角】本章是高中化学首个系统性地引入“物质分类”与“元素化合价”两个基本工具来研究元素化合物的章节。学习的重点不在于孤立地记忆铁、硫、氮的单质及化合物的性质，而在于建立起“类别通性”与“氧化还原特性”相结合的二维思维模型（简称“价类”二维图）。这是高考化学元素化合物知识考查的核心思想，也是后续学习元素化学的基础。【非常重要】【高频考点】本章以三个典型的变价元素——金属铁（Fe）、非金属硫（S）、非金属氮（N）为代表，通过研究它们的单质、氧化物、酸/碱、盐之间的转化关系，揭示了物质世界变化的内在规律。我们需要掌握的不仅是“是什么”的现象，更是“为什么”的原理以及“怎么用”的方法。二、第一节铁的多样性——变价金属的典型代表（一）铁的单质（Fe）【基础】1.物理性质：纯铁具有银白色金属光泽，质软，具有良好的导电、导热性和延展性。能被磁铁吸引（这是铁特有的物理性质，常用于鉴别）。【重要】2.化学性质——还原性的强弱取决于氧化剂的强弱：Fe在反应中通常失去电子，表现出还原性。但由于铁是变价元素，当遇到不同氧化剂时，产物不同。（1）与弱氧化剂反应（生成Fe²⁺）：当遇到氧化性较弱的氧化剂（如S、H⁺、Cu²⁺、I₂）时，铁被氧化为+2价。▲与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）反应：Fe+2H⁺===Fe²⁺+H₂↑（溶液由无色变为浅绿色）▲与盐溶液反应（如CuSO₄）：Fe+Cu²⁺===Fe²⁺+Cu（湿法炼铜的原理，铁表面析出红色铜）▲与硫单质反应（加热）：Fe+S==△==FeS（生成黑色固体，注意不是Fe₂S₃）（2）与强氧化剂反应（生成Fe³⁺）：当遇到氧化性很强的氧化剂（如Cl₂、Br₂、稀HNO₃）时，铁被氧化为+3价。▲与氯气反应：2Fe+3Cl₂==点燃==2FeCl₃（产生棕褐色的烟，溶于水得棕黄色溶液）（3）与氧气、水蒸气反应（生成Fe₃O₄）：▲铁丝在纯氧中燃烧：3Fe+2O₂==点燃==Fe₃O₄（黑色固体，不是Fe₂O₃）▲高温下与水蒸气反应：3Fe+4H₂O(g)==高温==Fe₃O₄+4H₂（这是置换反应，生成氢气，区别于常温下铁在潮湿空气中生锈）3.【易错点】铁与稀硝酸反应的产物复杂性：铁与稀硝酸的反应产物并非固定为Fe³⁺或Fe²⁺，取决于铁的用量。（1）当铁少量时（硝酸过量）：Fe+4HNO₃(稀)===Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O（生成Fe³⁺）（2）当铁过量时（铁过量）：3Fe+8HNO₃(稀)===3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O（生成Fe²⁺）（3）【解题要点】定量计算时，常涉及“铁与硝酸反应”后产物成分的判断，需利用数轴法或离子方程式2Fe³⁺+Fe===3Fe²⁺进行过量分析。【难点】【高频考点】（二）铁的氧化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄）【基础】1.俗名与颜色：（1）氧化亚铁（FeO）：黑色粉末，不稳定，在空气中受热易被氧化为Fe₃O₄或Fe₂O₃。（2）氧化铁（Fe₂O₃）：红棕色粉末，俗称铁红，常用作油漆、涂料的颜料。（3）四氧化三铁（Fe₃O₄）：黑色晶体，俗称磁性氧化铁，具有磁性。它不是简单氧化物，可写成FeO·Fe₂O₃，其中铁的价态为+2、+3。2.与酸反应：（1）FeO（碱性氧化物）：FeO+2H⁺===Fe²⁺+H₂O（溶液变浅绿色）（2）Fe₂O₃（碱性氧化物）：Fe₂O₃+6H⁺===2Fe³⁺+3H₂O（溶液变棕黄色，用于除铁锈）（3）Fe₃O₄：Fe₃O₄+8H⁺===2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O（同时生成两种离子）（三）铁的氢氧化物——Fe(OH)₂与Fe(OH)₃【重要】【热点】1.制备与现象：（1）Fe³⁺与碱反应：Fe³⁺+3OH⁻===Fe(OH)₃↓（红褐色沉淀）（2）Fe²⁺与碱反应：Fe²⁞+2OH⁻===Fe(OH)₂↓（白色沉淀）2.Fe(OH)₂的强还原性（核心考点）：Fe(OH)₂极易被空气中的氧气氧化，现象为：白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的Fe(OH)₃。反应方程式：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O===4Fe(OH)₃3.【实验探究】长时间观察到Fe(OH)₂白色沉淀的方法（即防氧化措施）：【难点】（1）驱氧：将蒸馏水煮沸（除去溶解氧），配制溶液时用该蒸馏水。（2）隔氧：在液面上滴加植物油或苯等有机物，隔绝空气。（3）无氧环境：用长胶头滴管将含Fe²⁺的溶液直接插入液面下的碱液中。（4）还原性保护：在Fe²⁺溶液中加入铁粉，防止Fe²⁺被氧化。（四）重要的盐——Fe²⁺与Fe³⁺的性质对比【非常重要】【高频考点】这是本章的核心，也是高考工艺流程题和实验题的命题基础。1.溶液颜色：（1）Fe²⁺：浅绿色（水合亚铁离子的颜色）。（2）Fe³⁺：棕黄色（水合铁离子的颜色）。2.特性反应——检验方法：（1）Fe³⁺的检验：▲加KSCN溶液：溶液变为血红色。反应：Fe³⁺+3SCN⁻===Fe(SCN)₃（络合物，不是沉淀）【首选方法】▲加NaOH溶液：产生红褐色沉淀。（2）Fe²⁺的检验：▲加KSCN溶液，无现象；再加入氯水（或H₂O₂），溶液变红。（原理：2Fe²⁺+Cl₂===2Fe³⁺+2Cl⁻）▲加NaOH溶液：产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变红褐色。▲【进阶方法】铁氰化钾检验：3Fe²⁺+2[Fe(CN)₆]³⁻===Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓（生成深蓝色沉淀，称为滕氏蓝）3.氧化性与还原性：（1）Fe²⁺的还原性（主要性质）：Fe²⁺处于中间价态，易被氧化为Fe³⁺。▲被Cl₂氧化：2Fe²⁺+Cl₂===2Fe³⁺+2Cl⁻▲被H₂O₂氧化：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺===2Fe³⁺+2H₂O（常用于Fenton反应及废水处理）▲被酸性条件下的O₂氧化：12Fe²⁺+O₂+6H₂O===8Fe³⁺+4Fe(OH)₃↓（Fe²⁺溶液久置变质的原因）（2）Fe³⁺的氧化性（主要性质）：Fe³⁺处于较高价态，易被还原为Fe²⁺甚至Fe。▲与铁反应（除亚铁盐溶液中的Fe³⁺）：2Fe³⁺+Fe===3Fe²⁺【重要应用】▲与铜反应（制作印刷电路板）：2Fe³⁺+Cu===2Fe²⁺+Cu²⁺【高频考点】▲与KI溶液反应：2Fe³⁺+2I⁻===2Fe²⁺+I₂（溶液变色，氧化性：Fe³⁺>I₂）▲与H₂S反应：2Fe³⁺+H₂S===2Fe²⁺+S↓+2H⁺（产生黄色浑浊）4.【易错辨析】：（1）FeCl₃溶液不可用于腐蚀银制品，但可用于腐蚀铜。（2）酸性条件下，NO₃⁻、MnO₄⁻等氧化性离子与Fe²⁞不能大量共存。（3）向FeBr₂溶液中通入Cl₂，由于还原性Fe²⁺>Br⁻，Cl₂先氧化Fe²⁺，后氧化Br⁻。【难点】三、第二节硫的转化——非金属氧化物的环境视角（一）硫单质（S）【基础】1.物理性质：俗称硫黄，黄色晶体，质脆，易溶于CS₂（二硫化碳），微溶于酒精，不溶于水。2.化学性质——氧化性与还原性：（1）氧化性（与变价金属反应，生成低价态硫化物）：S+Fe==△==FeS（黑色）；S+2Cu==△==Cu₂S（黑色，铜显+1价）（2）还原性（与氧气等强氧化剂反应）：S+O₂==点燃==SO₂（火焰淡蓝色，纯氧中为蓝紫色）（二）硫的氧化物——SO₂与SO₃1.二氧化硫（SO₂）【非常重要】【高频考点】（1）物理性质：无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水（1：40）。（2）化学性质——“三性一可”：▲酸性氧化物的通性（与水、碱、碱性氧化物反应）：SO₂+H₂O⇌H₂SO₃（亚硫酸，二元中强酸，使紫色石蕊变红，但不褪色）SO₂+2NaOH===Na₂SO₃+H₂O（常用NaOH溶液吸收SO₂，防止污染）▲还原性（核心性质，SO₂中S为+4价，可被氧化为+6价）：使氯水褪色：SO₂+Cl₂+2H₂O===4H⁺+SO₄²⁻+2Cl⁻（漂白作用失去，生成硫酸）使酸性KMnO₄溶液褪色：5SO₂+2MnO₄⁻+2H₂O===5SO₄²⁻+2Mn²⁺+4H⁺（体现还原性）▲氧化性（较弱）：2H₂S+SO₂===3S↓+2H₂O（产生黄色浑浊，用于H₂S和SO₂的鉴别）▲漂白性（特性）：原理：SO₂与有色物质结合生成不稳定的无色物质。对象：品红溶液（使品红褪色，加热后颜色恢复，这是鉴别SO₂的特征反应）。与活性炭（吸附）、HClO/Na₂O₂/H₂O₂（强氧化性漂白，不可逆）的漂白原理不同。【易错点】（3）【易错辨析】：▲SO₂使溴水、KMnO₄褪色是还原性，不是漂白性。▲SO₂通入石蕊试液只变红不褪色（酸碱指示剂不被其漂白）。▲SO₂和CO₂的鉴别：不能用澄清石灰水（都变浑），应用品红、酸性KMnO₄或溴水。【重要】2.三氧化硫（SO₃）：常温下为无色固体（冰状晶体），易升华。标准状况下为固态，是酸性氧化物，与水反应：SO₃+H₂O===H₂SO₄（剧烈放热）（三）硫酸（H₂SO₄）——浓硫酸的特性【非常重要】1.稀硫酸：具有酸的通性（H⁺的性质）。2.浓硫酸——三大特性：（1）吸水性：吸收游离的水分子。常用作干燥剂（可干燥H₂、O₂、CO₂、SO₂、HCl等，但不能干燥碱性气体NH₃和还原性气体H₂S、HI、HBr）。【基础】（2）脱水性：将化合物（有机物）中的氢、氧原子按2：1的比例脱去，留下碳（炭化）。如蔗糖脱水：C₁₂H₂₂O₁₁—浓H₂SO₄→12C+11H₂O（3）强氧化性：【高频考点】▲与金属反应（除Au、Pt外）：常温下，浓硫酸使Fe、Al发生“钝化”（氧化膜致密，属化学变化）。加热时，能与大多数金属反应，但不生成H₂。Cu+2H₂SO₄(浓)==△==CuSO₄+SO₂↑+2H₂O（酸既表现氧化性又表现酸性）▲与非金属反应（如C）：C+2H₂SO₄(浓)==△==CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（只表现氧化性）（四）硫酸根（SO₄²⁻）的检验【基础】【热点】1.检验方法：待测液—加足量稀盐酸酸化，无沉淀—加BaCl₂溶液→产生白色沉淀，则证明有SO₄²⁻。2.【解题要点】必须先加稀盐酸酸化，目的是排除CO₃²⁻、SO₃²⁻、PO₄³⁻、Ag⁺等的干扰（因为BaCO₃、BaSO₃也溶于酸，而Ag⁺会与Cl⁻生成沉淀）。（五）酸雨及其防治【STSE考点】1.成因：主要是SO₂和氮氧化物（NOₓ）的排放。2.转化：SO₂→H₂SO₃→H₂SO₄（或SO₂→SO₃→H₂SO₄）3.防治：燃煤脱硫、开发新能源、尾气处理等。四、第三节氮的循环——生命元素的多种面孔（一）氮气（N₂）与氮的固定【基础】1.氮气：无色无味气体，占空气体积的78%。结构稳定（N≡N三键键能大），化学性质稳定，常作保护气。2.氮的固定：将游离态氮（N₂）转化为化合态氮的过程。（1）自然固氮：高能固氮（闪电，N₂+O₂==放电==2NO）、生物固氮（豆科植物根瘤菌）。（2）人工固氮：工业合成氨（N₂+3H₂高温高压催化剂2NH₃，哈伯法）。【重要】（二）氨（NH₃）——唯一的碱性气体【非常重要】【高频考点】1.物理性质：无色、有刺激性气味的气体，密度小于空气，极易溶于水（1：700，形成喷泉实验的基础）。易液化（液氨作制冷剂）。2.化学性质：（1）与水反应：NH₃+H₂O⇌NH₃·H₂O（一水合氨，弱碱，能使酚酞变红）⇌NH₄⁺+OH⁻（2）与酸反应：NH₃+HCl===NH₄Cl（产生白烟，用于相互检验）（3）还原性（催化氧化）：4NH₃+5O₂==催化剂△==4NO+6H₂O（工业制硝酸的第一步）3.实验室制法：【实验热点】（1）原理：2NH₄Cl+Ca(OH)₂==△==CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O（固+固加热）（2）干燥：只能用碱石灰，不能用浓H₂SO₄、CaCl₂（CaCl₂与NH₃形成配合物）。（3）收集：向下排空气法。（4）验满：湿润的红色石蕊试纸变蓝（或用玻璃棒蘸浓盐酸靠近瓶口，白烟）。（三）铵盐（NH₄⁺）的性质【基础】1.不稳定性：受热易分解。NH₄Cl==△==NH₃↑+HCl↑（遇冷又结合成NH₄Cl，不是升华）；NH₄HCO₃==△==NH₃↑+CO₂↑+H₂O2.与碱反应：NH₄⁺+OH⁻==△==NH₃↑+H₂O（用于NH₄⁺的检验和NH₃的制备）（四）氮的氧化物——NO与NO₂【重要】1.NO：无色气体，有毒，不溶于水。常温下易与O₂反应：2NO+O₂===2NO₂（只能用排水法收集）2.NO₂：红棕色刺激性气味气体，有毒，易溶于水并与水反应：3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO（既是氧化剂又是还原剂，此反应是工业制硝酸的基础，也是喷泉实验的变式）3.【热点计算】NO、NO₂、O₂混合溶于水的计算，常利用总反应方程式：4NO₂+O₂+2H₂O===4HNO₃；4NO+3O₂+2H₂O===4HNO₃。【难点】（五）硝酸（HNO₃）——强氧化性的酸【非常重要】1.物理性质：无色易挥发刺激性气味液体，常用浓硝酸约69%，98%以上为发烟硝酸。2.不稳定性：见光或受热分解：4HNO₃==光或热==4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（所以浓硝酸呈黄色，因溶有NO₂，需避光保存）3.强氧化性（核心性质）：（1）与金属反应（除Au、Pt、某些稀有金属外）：▲常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化。▲与Cu反应（浓硝酸）：Cu+4HNO₃(浓)===Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O（剧烈，生成红棕色气体）▲与Cu反应（稀硝酸）：3Cu+8HNO₃(稀)===3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O（较缓，生成无色气体，遇空气变红棕色）（2）与非金属反应（如C）：C+4HNO₃(浓)==△==CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O（3）【解题要点】硝酸与金属反应，一般不生成H₂。在计算中，常用“氮守恒”（即HNO₃起酸性和氧化性作用）和“电子守恒”法解题。【高频考点】五、本章核心解题模型与思想（一）“价类”二维转化图的运用【核心方法】1.横向转化：通过复分解反应（非氧化还原）实现，如：酸性氧化物→酸→盐。2.纵向转化：通过氧化还原反应实现，化合价升降，如：NH₃→N₂→NO→NO₂→HNO₃。3.【解题步骤】推断题中，拿到未知元素，首先标化合价，其次看类别，预测性质。这是解决无机推断题的“金钥匙”。【非常重要】（二）物质的检验与鉴别思路1.特征反应法：利用焰色反应、SCN⁻（Fe³⁺）、品红（SO₂）、湿润石蕊试纸（NH₃）等特征现象。2.互斥法：鉴别多种物质时，先考虑物理性质（颜色、气味），再考虑化学性质差异。3.离子检验的干扰排除：如SO₄²⁻检验先加盐酸；Fe²⁺检验先加KSCN后加氯水。（三）涉及本章的计算题型归纳【难点】1.金属与硝酸反应的计算：常用技巧是原子守恒（氮守恒）、电子守恒、电荷守恒。（1）起酸性作用的HNO₃：以NO₃⁻形式存在于盐中。（2）起氧化剂作用的HNO