AQA · GCSE · 化学

All substances are made of atoms 原子 — the smallest part of an element that can exist. Each element has a chemical symbol (O, Na, …); about 100 elements exist, shown in the periodic table.

Compounds 化合物 form when elements combine chemically in fixed proportions; they are represented by formulae and can only be separated back into elements by chemical reactions. Chemical reactions always form one or more new substances, often with a detectable energy change. Equations: word equations and symbol equations with balanced formulae; (HT) balanced half-equations and ionic equations.

Mixtures 混合物: two or more elements or compounds not chemically combined; each substance keeps its properties. Separated by physical processes only — no new substances:

• filtration 过滤 — insoluble solid from liquid;
• crystallisation 结晶 — dissolved solid from solution;
• simple distillation 蒸馏 简单蒸馏 — liquid from dissolved solid (and solvents);
• fractional distillation 分馏 — liquids with different boiling points;
• chromatography 色谱法 — soluble substances in a mixture.

Development of the atom model: atoms were first thought to be indivisible spheres → the electron's discovery gave the plum pudding model 布丁模型 (ball of positive charge with negative electrons embedded) → the alpha-scattering experiment showed mass and positive charge concentrated in a central nucleus (nuclear model) → Bohr: electrons orbit at specific distances → protons identified in the nucleus → Chadwick: the neutron 中子. New evidence changes or replaces models.

In an atom protons = electrons, so no overall charge. Atomic number = protons; mass number = protons + neutrons. Atoms of the same element with different neutron numbers are isotopes 同位素. Atom radius ≈ 0.1 nm (1 × 10⁻¹⁰ m); the nucleus is less than 1/10 000 of that. Almost all mass is in the nucleus.

Relative atomic mass (Ar) averages over the isotopes' abundance — calculate it from percentage abundances. Electronic structure: electrons fill the lowest levels first — sodium is 2,8,1; represent the first twenty elements both as numbers and diagrams.

The table orders elements by atomic (proton) number 原子序数, so that elements with similar properties fall in groups (columns). For main-group elements, group position reflects outer-shell electrons 最外层电子 and similar chemical properties; helium has two outer electrons, while the other Group 0 elements have eight. Explain an element's position from its electronic structure; predict probable reactivity from position.

Development: early tables ordered by atomic weight — incomplete, with some elements misplaced. Mendeleev left gaps for undiscovered elements and sometimes changed the order; his predicted elements were found, supporting his table. Isotopes later explained why atomic-weight order was sometimes wrong.

Metals and non-metals: metals usually lose electrons to form positive ions; many non-metals gain electrons to form negative ions or share electrons in covalent bonds. Metals sit left and lower; non-metals right and upper. Know the characteristic physical and chemical differences, and link atomic structure to position.

Group 0 — noble gases: unreactive — stable outer-shell arrangements (8 outer electrons; helium 2), so they do not easily form molecules. Boiling points increase down the group (with relative atomic mass).

Group 1 — alkali metals: one outer electron. Reactions of Li, Na, K with oxygen, chlorine and water (e.g. 2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂). Reactivity increases down the group — the outer electron is lost more easily further from the nucleus.

Group 7 — halogens: seven outer electrons; non-metals, diatomic molecules (Cl₂, Br₂, I₂). Reactivity decreases down the group; melting and boiling points increase. A more reactive halogen displaces 置换 a less reactive one from a salt solution (chlorine displaces bromine from potassium bromide).

Compared with Group 1, the transition elements (exemplify with Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu) have higher melting points, densities, strength and hardness, and are less reactive with oxygen, water and halogens.

Typical properties: ions with different charges (Fe²⁺/Fe³⁺), coloured compounds, and use as catalysts 催化剂 (iron in the Haber process).

• 三种化学键维系物质结构：离子键（电子转移，带电离子）、共价键（共用电子对）和金属键（离域电子）。
• 结构取决于成键方式：巨型离子晶格、小分子、聚合物、巨型共价网络结构和金属晶格 — 每种结构均可预测其熔点和导电性。
• 碳的多种形态：金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯；纳米粒子（仅限化学范畴）将表面积转化为特殊性质。

三种强化学键，均通过静电力解释：

• 离子键 — 金属原子将最外层电子转移给非金属原子：金属原子失去电子成为正离子；非金属原子获得电子成为负离子；第1/2族金属和第6/7族非金属形成的离子具有稀有气体的电子结构。用电子点叉图绘制电子转移过程；根据族序数推断离子电荷（第1族 → +1，第2族 → +2，第6族 → −2，第7族 → −1）。
• 共价键 — 非金属原子共用电子对。掌握H₂, Cl₂, O₂, N₂, HCl, H₂O, NH₃, CH₄的电子点叉图，以及小分子、聚合物重复单元和巨型共价结构的线条表示法。
• 金属键 — 由金属原子构成的巨型晶格中含有离域最外层电子，这些电子可在整个结构中自由移动；这种电子的共享形成了强韧的金属键。

了解模型的局限性：电子点叉图、球棍模型、2D和3D示意图均有简化 — 未显示作用力、键长固定、巨型结构仅画出小部分片段。根据晶格模型推导实验式；根据分子图推导分子式。

物质状态：固态、液态、气态；在熔点处发生熔化/凝固，在沸点处发生沸腾/冷凝。微粒理论（微小实心球体）解释了这些变化；微粒间作用力越强，熔点和沸点越高。（高阶内容）简单模型的局限性：未显示作用力、所有微粒均为球体、固体微粒形状单一。状态符号：(s), (l), (g), (aq)。

分子越大 → 分子间作用力越强 → 熔/沸点越高。合金比纯金属更硬，因为不同大小的原子使层发生扭曲，阻碍其滑动。

• 金刚石 — 一种在每种碳原子均形成四个共价键的巨型共价结构：极硬，熔点极高，不导电。
• 石墨 — 每种碳原子形成三个键，六元环层状结构且层间无共价键（质软、滑腻 — 作润滑剂）；每个原子有一个离域电子 → 像金属一样导电。
• 石墨烯 — 单层石墨：仅一个原子厚，强度大，导电 — 用于电子和复合材料。
• 富勒烯 — 由碳六边形（加5-或7-元环）构成的空心分子；巴克敏斯特富勒烯 C₆₀ 呈球形。碳纳米管 — 具有极大长径比的圆柱形富勒烯：用于纳米技术、电子学和材料科学。

纳米科学 = 结构尺寸1–100 nm（数百个原子）。纳米颗粒比细颗粒（PM2.5, 100–2500 nm）更小，细颗粒又比粗颗粒/粉尘（PM10, 1 × 10⁻⁵–2.5 × 10⁻⁶ m）更小。

表面积 : 体积：当立方体边长**减小10×**时，SA:V 增加10×。由于此高比值，纳米颗粒的性质可能与块体材料不同 — 用作催化剂（用量更少即可）、药物递送、化妆品、电子产品。关注点：其在体内及环境中的影响尚不完全清楚。

• 从电子和静电引力角度解释三种化学键；根据族序数确定离子电荷。
• 八种指定分子的点叉图；列举模型局限性。
• 凭记忆重建上述性质表 — 指出熔化时需克服哪些作用力。
• 金刚石、石墨、石墨烯与富勒烯的对比，键合方式与性质的关系。
• （化学）SA:V 的10倍规则；三种粒径范围及纳米颗粒的用途与关注点。

• 原子既不会凭空产生也不会消失：配平的化学方程式相当于质量账本，质量守恒定律确保了每一笔账目都平衡。
• 摩尔将克转换为粒子数量；摩尔数将化学方程式转化为反应质量的算术运算。
• 产率、原子经济性、浓度（仅限化学）和气体体积（高级题型）构成了定量分析工具包。

质量守恒 质量守恒: 没有原子会丢失或生成，因此生成物的总质量等于反应物的总质量。符号方程式在原子数量上是配平的；需区分化学式前的系数（表示单元数量）与下标（表示单元内的原子数）。

相对式量 (Mr) 相对分子质量 = 式中所示各元素相对原子质量之和。在配平的方程式中，ΣMr(反应物) = ΣMr(生成物)。 某元素的质量分数 = (Ar × 原子个数 ÷ Mr) × 100 %。

涉及气体的质量变化：金属 + 氧气 → 氧化物 增重；碳酸盐热分解 失去 逸出的CO₂ —— 一旦计入气体质量，质量守恒定律依然成立。

误差/不确定性：所有测量均存在误差；使用多次测量值围绕平均值的范围作为其估计值（并在计算中使用 平均值 ± 范围/2）。

摩尔 摩尔: 一摩尔物质的质量（以克为单位）在数值上等于其Mr。一摩尔包含阿伏伽德罗常数 阿伏伽德罗常数的粒子——即 6.02 × 10²³ ——这与任何物质的一摩尔所含的指定粒子（原子、分子、离子）数量相同。

方程式作为摩尔比：Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂ 读作“1 mol Mg 与 2 mol HCl 反应 → 生成 1 mol MgCl₂ + 1 mol H₂”。已知任意一个质量，可计算其他所有质量：质量 → 摩尔数 → 比例 → 摩尔数 → 质量。

根据质量配平：将每个质量转换为摩尔数，除以最小值，消除分数得到整数。

限量反应物 限量反应物: 完全消耗的反应物限制了产物量；另一种反应物的过量确保反应完全。仅根据限量反应物的摩尔数计算产物量。

浓度 浓度: 所有层级单位均为 g/dm³ —— 给定体积内溶质的质量；（高级题型）还包括 mol/dm³：摩尔数 = 浓度 × 体积(dm³)，可根据需要变形公式。

百分比产率 产率 低于 100 % 的原因：反应是可逆的；分离过程中产物有损失；反应物发生了非目标副反应。

原子经济性 原子经济 衡量起始原料中有多少转化为了有用产物 —— 高原子经济性对可持续发展和成本控制至关重要：

(HT) 根据配平的方程式计算理论产量，再计算实际产率。

mol/dm³ 浓度的单位将摩尔数、质量和体积联系起来：摩尔数 = C × V；从滴定实验 滴定 中，已知两种溶液的体积及其中一种的浓度，即可求出另一种 —— 中和时酸的摩尔数等于碱的摩尔数（尊重方程式中的比例）。

相同温度和压力下，同体积的气体含有相同数量的摩尔 —— 等体积 = 等摩尔数。反应气体（及生成物）的体积直接遵循方程式的比例，例如 2 体积的氢气与 1 体积的氧气反应。

• 配平方程式；计算Mr和质量分数总和；解释涉及气体时的表观质量变化。
• (HT) 摩尔与质量换算、阿伏伽德罗常数、比例链、由质量配平、限量反应物。
• (Chem/HT) 产率及其三个原因；原子经济公式；滴定浓度；气体体积比。

• 金属失去电子的难易程度不同——活动性顺序将其排序，驱动置换反应并决定每种金属的提取方法。
• 酸提供H⁺；碱提供OH⁻；它们的反应生成盐——盐的名称由酸和碱读出。
• 电解迫使离子在电极上失去或获得电子——提取最活泼的金属并分解溶液。

活动性顺序（记住顺序）：钾、钠、锂、钙、镁、[碳]、锌、铁、[氢]、铜。活性 = 金属形成正离子的倾向。

• 与水反应：K、Na、Li、Ca 反应（冒泡，生成氢氧化物 + 氢气）；Mg 极慢；Zn/Fe/Cu 不反应。
• 与稀酸反应：Mg、Zn、Fe 反应 → 盐 + 氢气；Cu 不反应。
• 更活泼的金属从化合物中置换出较不活泼的金属：Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu。

提取：不活泼金属（金）以天然形式存在；碳以下的金属通过还原（失去氧）用碳提取；碳以上的金属需要电解。识别氧化（得氧）和还原（失氧）。

(HT) 电子层面的氧化还原：氧化是失去电子，还原是得到电子——OIL RIG。写出置换反应的离子方程式：Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu。

酸被碱（可溶性氢氧化物）和碱性物质（不溶性氧化物/氢氧化物）中和 → 盐 + 水；被金属碳酸盐中和 → 盐 + 水 + 二氧化碳。酸决定盐的负离子：盐酸 → 氯化物，硝酸 → 硝酸盐，硫酸 → 硫酸盐；碱性物质提供正离子。根据离子电荷预测产物并书写盐的化学式。

制备可溶性盐（RP1）：向温热稀酸中加入不溶性固体（金属氧化物/碳酸盐）直至不再溶解（过量固体证明反应完成），过滤除去过量固体，蒸发至结晶点并静置结晶；干燥晶体。

pH 标度：0–14，使用通用指示剂或pH 探头测量；7 中性，<7 acid, >7 碱性。酸给出 H⁺(aq)；碱给出 OH⁻(aq)。中和： H⁺ + OH⁻ → H₂O。

(Chem) 滴定（RP2）：准确测量强酸和强碱的反应体积——使用滴定管、移液管和指示剂；(HT) 计算 mol/dm³ 和 g/dm³ 中的浓度（主题 3.4 方法）。

(HT) 强酸和弱酸：强酸（HCl, HNO₃, H₂SO₄）完全电离；弱酸（乙酸、柠檬酸、碳酸）部分电离。相同浓度下 → 酸越强 → pH 越低。每个 pH 单位下降使 [H⁺] 乘以 10。稀释/浓 = 单位体积内的物质的量——这是与强弱不同的维度。

电解质：熔融或溶解的离子化合物——离子自由移动，因此导电。正离子 → 阴极（负极）；负离子 → 阳极（正极）；离子作为元素被放电。

• 熔融二元化合物（溴化铅）：金属在阴极，非金属在阳极。
• 提取（铝）：熔融 Al₂O₃ + 冰晶石 的电解——该混合物降低熔点，节省能源；碳阳极被消耗（与产生的氧气反应），需更换。当金属过于活泼无法用碳还原时，采用电解法。
• 水溶液（RP3）：在阴极，若金属比氢活泼则生成氢气（否则金属析出）；在阳极生成氧气——除非存在卤素离子，此时生成卤素单质。

(HT) 半方程式 —— 用电荷平衡电子：

• 阴极：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu；2H⁺ + 2e⁻ → H₂
• 阳极：2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻；4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻

• 背诵含碳和氢的金属活动性顺序表；预测与水、酸及置换反应的产物。
• 提取方法：碳还原与电解的区别及原因；(HT) OIL RIG 原则配合离子方程式。
• 根据酸+碱命名盐类；按 RP1 方法操作；H⁺ + OH⁻ → H₂O。
• (化学) 滴定操作方法；(HT) 强酸弱酸对比及 pH ×10 规则。
• 熔融态和水溶液的电解产物；(HT) 两电极的半方程式。

• 放热反应释放能量——使周围环境升温；吸热反应吸收能量——使周围环境降温。
• 反应能量图显示活化能和总能量变化；(HT) 键能计算得出相同结论。
• 化学电池和燃料电池将反应能量转化为电能。

能量守恒：传递给环境的能量来自产物的能量储存。放热反应向外传递能量——环境温度升高（燃烧、多数氧化反应、中和反应；用途：暖手袋、自热罐）。吸热反应从环境吸收能量——温度下降（热分解、柠檬酸+碳酸氢钠；用途：运动冷敷包）。根据环境温度的变化判断反应类型；无需进行 ΔH 计算。

反应能量图：反应需要碰撞粒子具备至少活化能。绘制并解读能级图——反应物与产物的相对能量、从反应物能级指向峰值的活化能箭头、总能量变化以及中间的曲线。放热反应中产物位于反应物下方；吸热反应中产物位于反应物上方。

(HT) 键能：断裂反应物键需提供能量，形成产物键会释放能量：

• 放热反应——成键释放的能量多于断键所需的能量；
• 吸热反应——断键所需的能量多于成键释放的能量。

总变化 = Σ(断裂键的键能) − Σ(形成键的键能)。催化剂降低活化能——但不改变总能量变化。

RP4: 探究影响反应溶液温度变化的变量（如体积/浓度）—— 规划变量、测量 ΔT、绘图并得出结论。

原电池 包含发生化学反应以产生电能的化学物质。电压取决于 电极类型 和 电解质；简单原电池由电解液中的 两种不同金属 组成，其中 更活泼的金属 产生更高的电压（因为它更容易释放电子）。电池组 = 多个电池 串联 以获得更高电压。

不可充电（碱性）电池在反应物耗尽时停止工作；可充电电池 在通入外部电流时逆转其反应。

燃料电池：燃料（如 氢气）和氧气持续供应；燃料通过 电化学氧化 产生电势差。总反应：氢气 → 水。与可充电电池相比进行评估：使用时无污染物，可连续补充燃料；但氢气的储存、生产和成本是劣势。（HT）氢燃料电池的半反应方程式：

• 负极：2 H₂ → 4 H⁺ + 4e⁻ （或 2 H₂ + 4 OH⁻ → 4 H₂O + 4e⁻）
• 正极：O₂ + 4 H⁺ + 4e⁻ → 2 H₂O （或 O₂ + 2 H₂O + 4e⁻ → 4 OH⁻）

• 根据温度变化定义放热/吸热反应，各举两个例子和两个用途。
• 绘制两种反应曲线图，标出活化能和总能量变化。
• （HT）从正反两个方向计算键能总和；催化剂对反应曲线的影响。
• （化学）原电池电压影响因素；可充电与不可充电电池的区别；燃料电池方程式及评估。

• 速率是每秒的数量——从表格、图表和切线中读取；碰撞理论 碰撞理论 解释了所有改变速率的因素。
• 可逆反应达到动态平衡 动态平衡；（HT）勒夏特列原理预测每种条件如何使其移动。
• 工业上优化速率和产率——采用折中条件。

计算速率：反应速率 反应速率 = 消耗的反应物量 ÷ 时间，或生成的产物量 ÷ 时间 —— 单位为 g/s 或 cm³/s（HT 还包括 mol/s）。解读产物-时间图表（起始陡峭，随反应物耗尽而变平）；绘制切线 切线 并利用其斜率作为该时刻的瞬时速率（HT 需计算）。

影响速率的因素：浓度（溶液）、压强（气体）、表面积（固体）、温度、催化剂 催化剂s。RP5：通过 (a) 测量产生的 气体体积 和 (b) 观察 颜色/浑浊度 变化来探究浓度的影响——提出假设、控制变量、重复实验。

碰撞理论：只有当粒子碰撞能量 至少等于活化能 活化能 时才会发生反应。提高浓度/压强使粒子 拥挤 —— 碰撞更频繁；较小的固体颗粒提高 表面积与体积比 —— 暴露表面积增加，碰撞更频繁；提高温度赋予粒子 更多能量 —— 碰撞次数增加 AND 超过活化能的碰撞比例增加。

催化剂：改变速率但本身 不被消耗；每种反应有其特定的催化剂；酶 是生物催化剂。催化剂提供一条 活化能较低的替代路径 —— 可通过加快反应速度但不出现在方程式中来识别它。其反应曲线保持相同的总能量变化，但有一个 较低的能量峰：

可逆反应 可逆反应：产物可以逆向反应生成反应物 —— 用 ⇌ 箭头表示。若正向为放热反应，则逆向为 吸热反应，转移 等量 的能量。

平衡：在封闭系统中，当正逆反应速率相等时达到平衡——浓度不再改变，但两个反应仍在进行（动态）。

(HT) 勒夏特列原理：处于平衡状态的系统会对任何变化作出响应以抵消该变化：

• 反应物浓度↑ → 生成更多产物（反之亦然）；
• 压强↑ → 平衡向气体分子数较少的一侧移动；
• 温度↑ → 平衡向吸热方向移动（放热方向则↓）。

催化剂不改变平衡位置——它只是加快达到平衡的速度。工业上选择折衷条件以平衡速率、产率、安全性和成本（例如主题10中的哈伯法）。

• 从表格中获取速率，从图线的陡峭程度，以及(HT)从切线斜率。
• 用碰撞理论解释五个因素中的每一个，说明碰撞频率和能量发生了什么变化。
• 催化剂对能级图的影响；催化剂不被消耗；酶。
• ⇌ 符号；平衡即速率相等；(HT) 使用勒夏特列原理预测所有三种条件变化；折衷条件的合理性。

• 原油——古代浮游生物生物量——分离为馏分；烷烃 (CₙH₂ₙ₊₂) 燃烧作为燃料；裂解将大分子转化为小烷烃和活性烯烃 (CₙH₂ₙ)。
• 烯烃、醇和羧酸（仅限化学）是具有可预测反应的官能团家族。
• 聚合物——加成（烯烃单体）和(HT)缩聚——以及自然界自身的：蛋白质、淀粉、纤维素、DNA。

原油是岩石中的有限资源——主要是被埋藏在淤泥中的古代生物量（主要是浮游生物）的遗骸。它是主要含碳氢化合物（仅含氢和碳）的混合物，主要是烷烃，通式 CₙH₂ₙ₊₂：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷（需掌握所有表示法下的名称和分子式）。

分馏：各馏分包含碳原子数相似的分子；通过在不同高度的塔板中进行蒸发和冷凝来分离——小分子在顶部（低沸点），大分子在底部。馏分提供燃料（汽油、柴油、煤油、重燃油、液化石油气）和石化产品的原料——溶剂、润滑剂、聚合物、洗涤剂。

性质随分子大小变化：分子越大 → 沸点越高，粘度越高，易燃性越低——将每个馏分与其用途相匹配。

裂解：将大碳氢化合物分解为更小、更有用的分子——催化裂化（高温+催化剂）或蒸汽裂化（高温+蒸汽）。产物：较小的烷烃（燃料）+ 烯烃（聚合物原料）。烯烃更具反应活性：它们能使溴水褪色（橙色→无色）——这是烯烃的测试。根据给定的分子式配平裂解方程式。

烯烃 CₙH₂ₙ 含有 C=C 双键——不饱和（与同碳数的烷烃相比少了两个氢）。成员：乙烯、丙烯、丁烯、戊烯。一个官能团的反应决定了整个家族的化学反应：

• 燃烧——但产生浓烟火焰（不完全燃烧）；
• 与氢气反应→烷烃（镍催化剂）；与水蒸气反应→醇类（蒸汽，磷酸催化剂）；与卤素反应→二卤代烷（溴水测试）。

醇类 –OH：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇。反应：与钠反应（冒气泡，产生氢气）；在空气中燃烧（清洁燃烧——作燃料）；溶于水；被氧化（空气/氧化剂）→ 羧酸。用途：燃料、溶剂、酒精饮料。发酵：糖 + 酵母 → 温暖、无氧条件下的乙醇溶液。

羧酸 –COOH：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。与碳酸盐反应（冒泡，生成CO₂），溶于水（弱酸性——高中知识：仅部分电离，因此pH值高于强酸），与醇类反应→ 酯（乙酸乙酯）+ 水。

加成聚合 加成聚合: 许多单体 单体 (烯烃，含C=C) 结合成一种聚合物 — 由乙烯制得聚乙烯，由丙烯制得聚丙烯。重复单元含有单体的全部原子 — 不生成其他物质。绘制：单体 → 打开双键的重复单元。

(高中知识) 缩聚反应: 每个单体带有两个官能团；连接时脱去一个小分子 — 通常是水。两种不同的单体，每种各带两个相同的基团：例如乙二醇 + 己二酸 → 聚酯。氨基酸（H₂N…COOH）发生缩聚→ 多肽；一条链中含不同氨基酸→ 蛋白质（甘氨酸为例）。

天然高分子化合物: DNA — 两条由四种核苷酸组成的聚合物链构成的双螺旋；蛋白质（氨基酸单体）、淀粉（糖类）、纤维素（糖类）。

• 烷烃命名/化学式 C1–C4；馏分顺序及沸点、粘度、可燃性趋势。
• 裂化条件、产物及配平方程式；溴水测试中的颜色变化。
• (化学) 烯烃官能团及其三种加成反应；醇类的四种反应 + 发酵 发酵条件；羧酸的三种反应。
• 从单体推导加成聚合物及逆向过程；(高中知识) 缩聚原理及聚酯；DNA核苷酸 + 其他三种天然高分子化合物的单体。

• 化学中纯净物 纯净物指单一元素或化合物 — 熔点和沸点可证明其纯度；配方 配方s是有意调配的混合物。
• 色谱法根据物质在两相间的分配进行分离 — Rf值用于鉴定斑点。
• 气体检验（H₂, O₂, CO₂, Cl₂）及（仅限化学）离子检验 — 焰色反应、氢氧化物沉淀 沉淀s、碳酸盐、卤化物、硫酸盐 — 构成分析人员的工具包。

纯净物 — 单一元素或化合物，未与其他物质混合。纯净物在特定、尖锐的温度下熔化和沸腾；混合物则在一定范围内熔化 — 利用熔点/沸点数据区分二者。（日常用语中“纯”意为未掺假 — 如纯牛奶 — 含义不同。）

配方 — 设计而成的有用产品混合物，各组分按精确比例配制以实现特定功能：燃料、清洁剂、油漆、药品、合金、肥料、食品。根据给定信息识别其中一种。

色谱法 色谱法 — 包含固定相 固定相（滤纸）和流动相 流动相（溶剂）；分离取决于各物质在两相间的分配 — 与固定相结合更强的物质移动距离更短。测量：

不同化合物在不同溶剂中具有不同的Rf值 — 可用于鉴定；纯净化合物在任意溶剂中均只呈现一个斑点。

焰色试验（阳离子）：锂 — 深红色；钠 — 黄色；钾 — 淡紫色；钙 — 橙红色；铜 — 绿色。在混合物中，某些颜色会掩盖其他颜色。

金属氢氧化物（氢氧化钠溶液）：Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 生成白色沉淀——但仅 Al(OH)₃ 溶于过量 NaOH；Cu²⁺ 蓝色、Fe²⁺ 绿色、Fe³⁺ 棕色沉淀。

碳酸盐：加入稀酸——产生气泡；该气体使澄清石灰水变浑浊。

卤化物：加入稀硝酸和硝酸银——AgCl 白色、AgBr 奶油色、AgI 黄色沉淀。

硫酸盐：加入稀盐酸和氯化钡——生成白色 BaSO₄ 沉淀。

(HT) 火焰发射光谱法: 仪器绘制线状发射光谱；谱线的位置用于鉴定金属，其强度反映浓度。相较于焰色试验的优点：非常灵敏、适用于混合物、快速。

• 通过熔点区分纯物质与混合物；列举五种配方。
• 根据色谱图计算 Rf 值；解释为何纯化合物只出现一个斑点。
• 四种气体检验及其结果。
• (化学) 焰色反应颜色；加过量铝时的氢氧化物颜色变化；碳酸盐/卤化物/硫酸盐的试剂及沉淀颜色；(HT) 光谱法的优点。

• 早期大气源于火山活动——其中的 CO₂ 随蒸汽冷却汇入海洋；光合作用（藻类、植物）提升了氧气含量并埋藏了碳。
• 温室气体——CO₂ 和甲烷——捕获辐射；人类活动使其浓度升高，导致全球气候变化 全球气候变化。
• 燃料产生的污染物——CO、SO₂、NOₓ、颗粒物——每种均有其来源、化学反应及后果。

理论：早期大气无法确切知晓——证据来自古老冰层中封存的气体以及当今其他行星的大气。强烈的火山活动释放了气体：主要是二氧化碳，伴有水蒸气、氮气以及少量甲烷和氨气——几乎没有或完全没有氧气。

水蒸气凝结形成海洋；CO₂溶解其中并固定于碳酸盐沉积物（贝壳）中。约2.7十亿年间，藻类和植物进行光合作用，吸收CO₂并释放氧气——氧气含量上升，CO₂下降；大量碳以化石燃料 化石燃料s形式被埋藏。氮气化学性质不活泼，逐渐积累成为现代大气的主要成分：约占五分之四 N₂，五分之一 O₂，以及氩气和约0.04%的CO₂。

温室气体 温室气体 —— 二氧化碳、甲烷和水蒸气 —— 吸收并重新发射温暖地球向太空辐射的部分长波红外辐射，使地表温度高于无此效应时的水平。全球气候变化假说认为，温室气体浓度升高会导致平均气温上升。

人为原因：森林砍伐（吸收CO₂减少）、燃烧化石燃料（排放更多CO₂）、牲畜/水稻种植及垃圾填埋场（产生甲烷）。课程大纲中讨论的后果包括：冰川融化、海平面上升、降雨模式改变及极端天气事件增多。科学共识建立在同行评审证据之上——需根据给定数据解读随时间变化的温度、CO₂和甲烷含量。

燃料燃烧会释放：

• 一氧化碳 (CO) —— 氧气不足时发生不完全燃烧 不完全燃烧产生的有毒气体；会与血红蛋白结合，降低氧气输送能力；
• 碳颗粒物（烟尘）—— 同样源于不完全燃烧；会加剧呼吸系统疾病并导致全球变暗现象；
• 二氧化硫 (SO₂) 和 氮氧化物 (NOₓ) —— 源自燃料杂质或发动机高温下氮气的反应；会导致酸雨 酸雨（破坏树木、湖泊和建筑物）——可通过碱液（如氧化钙）中和从烟道气中去除；
• NOₓ 也会在发动机高温下由N₂ + O₂生成，并参与光化学烟雾的形成。

完全燃烧（氧气充足）仅产生CO₂和水。

• 演化序列及其证据与不确定性；当今大气的组成比例。
• 基于波长的温室效应机制；四种人为成因；科学共识与数据解读。
• 每种污染物：来源、完全/不完全燃烧、影响及一种缓解措施。

• 资源的使用、再利用和回收；饮用水 饮用水 —— 经过过滤和杀菌的淡水，或海水淡化后的海水 —— 是首要必需品。
• 生命周期评估 生命周期评估s 分阶段衡量产品的环境成本；减量化-再利用-回收可降低每个阶段的影响。
• （化学）腐蚀 腐蚀 防护、合金、陶瓷/聚合物/复合 复合材料s，以及哈伯法 哈伯法 中的妥协化学工艺。

人类利用地球资源获取热量、住所、食物和交通；有限资源（矿石、化石燃料）经加工用于能源和材料生产；可再生资源则可自然补充。可持续发展 可持续发展指在满足当代需求的同时，不损害后代满足其需求的能力。

饮用水 —— 饮用安全：溶解盐分和微生物含量低 —— 但并非纯水（含有溶解物质）。

在英国，新鲜雨水通过以下步骤变为饮用水：选择水源 → 滤池 → 杀菌（使用氯气、臭氧或紫外线）。在淡水资源稀缺地区，海水淡化 —— 采用蒸馏或反渗透技术 —— 需要大量能量。

废水（污水）处理：格栅拦截与除砂 → 沉淀（污泥+出水）→ 污泥厌氧消化 → 出水好氧生物处理。从地下水制取饮用水最容易，从废水处理较难，从海水处理最困难（能耗最高）。

(HT) 替代金属提取——铜矿石稀缺：植物采矿（植物吸收金属化合物；收获、焚烧成灰、提取）和生物浸出（细菌产生含金属化合物的浸出液）可避免搬运大量岩石。

生命周期评估（LCA）阶段：原材料的提取与加工；制造与包装；使用与操作；处置——包括每个阶段的运输。能源、水资源、资源消耗及废弃物是可量化的；污染物影响需要价值判断——因此LCA并非纯粹客观，选择性LCA可能被滥用（如广告宣传）。比较塑料购物袋与纸购物袋。

减少、再利用、回收：金属、玻璃、建筑材料、黏土陶瓷及大多数塑料均源自有限的原材料；回收可减少采矿/采石的影响并节约能源——例如将玻璃粉碎后重熔；废钢加入高炉可减少铁矿石开采。部分产品（如玻璃瓶）被重复使用；另一些则被回收制成不同产品；分离工作取决于最终产品的要求。

腐蚀——材料与环境发生化学反应而被破坏（例如：铁 + 氧气 + 水 → 铁锈）。预防措施：涂油、刷漆、涂层（镀锌，提供牺牲保护——即使划伤，锌也会代替铁先腐蚀）以及合金化（不锈钢）。铝通过自身的保护性氧化层来抗腐蚀。

合金：青铜（铜 + 锡）、黄铜（铜 + 锌）；金首饰添加银/铜/锌合金化——纯度以克拉计（24 = 100 %；18 = 75 %）。钢铁——铁 + 碳（+ 其他金属）：高碳钢强但脆；低碳钢较软，易于成型；不锈钢（含Cr, Ni）坚硬且耐腐蚀；铝合金密度低（用于飞机）。

陶瓷、聚合物、复合材料：钠钙玻璃（沙子 + 碳酸钠 + 石灰石）、硼硅酸盐玻璃（沙子 + 三氧化二硼——熔点更高）；黏土陶瓷（陶器、砖块——湿态成型后烧制）。聚合物的性质取决于单体和反应条件——低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）均由乙烯制成。热塑性聚合物受热熔化（链状结构，可回收）；热固性聚合物受热不熔化（具有交联结构）。复合材料——由基体/粘合剂包裹增强体（纤维/碎片）组成；需了解实例（玻璃纤维、混凝土、碳纤维）。

哈伯法合成氨：N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ —— 氮源来自空气，氢源来自天然气（甲烷 + 水蒸气）[或电解水]。反应条件：铁催化剂，约450 °C，约200 个大气压；该反应是可逆的 —— 冷却混合物使氨气液化并被分离出来；未反应的 N₂/H₂ 被循环利用。

(HT) 高压有利于生成氨（气体分子数减少），但成本高且不安全；低温有利于放热的正向反应，但速率慢——因此所选条件是速率、产率和成本之间的折衷。对每个条件的变化应用勒夏特列原理进行分析。

氮磷钾（NPK）肥料——含有氮、磷、钾化合物的配方，用于促进植物生长：氨 → 硝酸（奥斯特瓦尔德法）；氨 + 硝酸 → 硝酸铵；氯化钾/硫酸钾从矿中开采；磷酸岩经酸处理制成过磷酸钙。根据给定数据（原材料、能源成本、产率百分比——例如实验室与工业级硫酸铵制备路线的差异）评估肥料的工业生产。

• 饮用水与纯水的区别；英国的水处理流程；海水淡化及其成本；污水处理步骤的顺序。
• (HT) 完整描述植物采矿和生物浸出的全过程。
• LCA的四个阶段及客观性局限；减少-再利用-回收的例子及其原因。
• (化学) 腐蚀防护方法（包括牺牲阳极保护法）；命名合金及其成分；热塑性与热固性聚合物的区别；基体与增强体。
• (化学/HT) 哈伯法的反应条件及其基于平衡的折衷解释；NPK化合物及其来源。