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化学变化

AQA · GCSE · 化学 · 知识点 4

4.1

Chemical changes: reactivity, acids and electrolysis

  • 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。
4.1

金属的反应活性与置换反应(4.4.1.1–4.4.1.3)

教学大纲

金属的活泼性 (AQA 8462 陈述 4.4.1.1-4.4.1.4)。

  1. 回忆金属活动性顺序表,包括碳和氢的位置,以及与水和酸的反应规律。
  2. 解释反应性为形成正离子的倾向,并根据实验结果推断金属活动性顺序。
  3. 将提取方法与反应性联系起来:碳还原法与电解法的区别。
  4. (高中)利用OIL RIG规则写出置换反应和氧化还原反应的离子方程式。

来源:Cambridge International 教学大纲

带有碳和氢参考位置的活动性阶梯图。

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。

4.2

酸的反应与盐的制备(4.4.2.1–4.4.2.6)

教学大纲

酸的反应(AQA 8462 陈述 4.4.2.1-4.4.2.6)。

  1. 预测酸与金属、酸与碱反应的产物,并能根据酸和碱的名称命名生成的盐。
  2. 描述通过不溶性氧化物或碳酸盐制备RP1盐的方法。
  3. 使用pH标度、通用指示剂和pH计;写出中和反应的离子方程式。
  4. (化学)描述滴定方法(RP2),以及(高中)强酸与弱酸的区别及pH相差10倍数的规律。

来源:Cambridge International 教学大纲

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。

4.3

电解(4.4.3.1–4.4.3.3)

教学大纲

电解(AQA 8462 陈述 4.4.3.1-4.4.3.4)。

  1. 描述电解质、电极吸引及放电过程。
  2. 预测熔融二元化合物和水溶液电解的产物。
  3. 解释铝的提取工艺:冰晶石混合物的作用及阳极更换原因。
  4. (高中)写出两个电极上的配平半反应方程式。

来源:Cambridge International 教学大纲

一个电解池:Al3+ 离子移向阴极,O2− 移向阳极,以及半反应方程式。

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⁻
词汇 训练
English 中文 拼音
reactivity series/rɪəkˈtɪvɪti ˈsɪəriːz/ 活动性顺序 huó dòng xìng shùn xù
displacement/dɪˈspleɪsmənt/ 置换 zhì huàn
reduction/rɪˈdʌkʃn/ 还原 huán yuán
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ 氧化 yǎng huà
neutralisation/ˌnjuːtrəlaɪˈzeɪʃn/ 中和 zhōng hé
salt/sɒlt/ 盐 yán
electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ 电解 diàn jiě
cathode/ˈkæθəʊd/ 阴极 yīn jí
anode/ˈænəʊd/ 阳极 yáng jí
electrolyte/ɪˈlektrəlaɪt/ 电解质 diàn jiě zhì
half equation/hɑːf ɪˈkweɪʒn/ 半方程 bàn fāng chéng
titration/taɪˈtreɪʃn/ 滴定 dī dìng
4.3

Checklist before you call this topic done

  • 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。

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