1.2　核心讲义

一、高中化学基础知识概述

（一）高中化学知识的主要内容

1．化学本体知识

（1）元素化合物知识

①无机元素化合物知识

主要包括钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的性质，氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，以及碱金属、卤族元素的性质递变规律。

②有机化合物知识

包括有机化合物的组成与结构、烃及其衍生物的性质与应用、有机物的转化与合成。

（2）概念原理知识

①物质结构与性质

即原子结构与元素性质、化学键与物质性质、分子间作用力与物质性质。

②化学反应

即化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡、溶液中的离子平衡。

2．化学方法知识

（1）一般科学研究方法

包括运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工，运用实验、假说、模型、比较和分类等科学方法进行科学探究等内容。

（2）化学学科思想方法

①化学实验方法

a．化学实验研究的一般过程和基本化学实验方法和技能；

b．运用实验进行物质分离与提纯、检验与测定、制备与合成以及进行反应规律研究的思路和方法。

②化学认识方式

是个体从化学视角对客观事物能动反映的方式。化学认识方式的两个基本构成要素：认识角度和认识方式类别。

3.STS知识

（1）含义

高中化学课程中的STS知识体现了化学科学与个人生活、工农业生产、社会发展以及科学技术之间的相互影响和相互联系，以及从历史、个人和文化的角度认识化学科学。

（2）编排

①集中编排方式主要在化学与生活、化学与技术模块采用，使学生在学习STS知识的过程中获取化学本体知识。

②分散编排的方式则在其他模块采用，使学生在学习化学本体知识的过程中获取STS知识。

（二）高中化学知识的结构体系

二、高中元素化合物知识的相关学科专业知识

（一）高中化学元素化合物知识体系及高考要求

1．知识体系

高中元素化合物知识体系：

新课程综合考虑多种因素，最终选择和确定了4种金属元素和4种非金属元素，以及它们的重要化合物的性质和应用作为课程内容，这与必修中的无机元素化合物内容要求一致。

（1）对于典型的单质及其化合物性质，应在一定的生产、生活的背景下，利用物质分类的思想和氧化还原规律进行学习；

（2）学习原子结构、元素周期律的相关知识后，要求能从原子结构视角认识某一主族元素可能具有的性质，并能形成元素性质之间相似性、递变性的认识；

（3）利用元素周期表和周期律的知识类推迁移到同族元素的其他单质及其化合物的性质。

2．高考考试要求

（1）化学基本概念和基本理论、物质结构和元素周期律

①掌握元素周期律的实质，了解元素周期表（长式）的结构（周期、族）及其应用；

②以第3周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系；

③以ⅠA和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。

（2）常见无机物及其应用

①常见金属元素（如Na、Al、Fe、Cu等）

a．了解常见金属的活动顺序；

b．了解常见金属及其重要化合物的主要性质及其应用；

c．了解合金的概念及其重要应用。

②常见非金属元素（如H、C、N、O、Si、S、Cl等）

a．了解常见非金属单质及其重要化合物的主要性质及应用；

b．了解常见非金属单质及其重要化合物对环境质量的影响。

（3）以上各部分知识的综合应用

（二）与高中元素化合物知识相关的学科专业知识

1．学习要求

（1）卤素

①掌握卤素单质及其主要化合物的重要性质、用途与制备方法；

②掌握应用元素周期律与物质结构初步理论分析归纳卤素单质及其主要化合物的共性，变化规律和氟的特殊性；

③熟练应用元素电势图分析卤素及其主要化合物的氧化还原性能。

（2）氧族元素

①掌握氧、臭氧、氧化物及过氧化氢的制备、结构、性质和用途；

②掌握硫、硫的氢化物、硫的氧化物、硫的含氧酸及其盐的制备、结构、性质和用途；

③初步了解硒、碲化合物的一般性质。

（3）氮族元素

①掌握氮、氮的氢化物、氮的氧化物、氮的含氧酸及其盐的制备、结构、性质和用途；

②掌握磷及其重要化合物（氢化物、卤化物、氧化物、磷酸等）的结构、性质和用途；

③砷、锑、铋单质及化合物的性质递变规律；

④了解惰性电子对效应。

（4）碳、硅、硼

①掌握碳、硅、硼三种元素及其单质的共性、特性，以及相应的结构特征；

②掌握碳、硅、硼含氧化合物（氧化物、含氧酸及盐）的基本性质、结构特征，了解天然硅酸盐组成的复杂性和基本结构类型；

③掌握碳、硅、硼的氢化物、卤化物，以及碳化物、硅化物、硼化物的性质和结构特征。

（5）碱金属、碱土金属

①掌握ⅠA、ⅡA的单质，不同类型氧化物，氢氧化物及主要盐类的性质、用途及制备；

②掌握应用元素周期律，物质结构及电势图等基础理论，分析比较ⅠA、ⅡA金属单质与化合物的相似性及差异；

③初步掌握对角线规则及其应用。

（6）铝族、锗族

①掌握金属铝、氢氧化铝、氧化铝、铝盐的性质；

②了解锗、锡、铅及其化合物的性质和用途。

（7）铜族和锌族元素

①掌握铜、锌、银、汞的冶炼，性质和用途；

②掌握铜、银、锌、汞氧化物，氢氧化物及主要盐类的性质和用途；

③掌握Cu（Ⅰ）与Cu（Ⅱ）、Hg（Ⅰ）和Hg（Ⅱ）之间相互转化关系。

（8）过渡元素

①掌握过渡元素的价电子层构型的特点及其过渡元素通性的关系；

②掌握过渡元素钛、钒、铬、锰的单质和化合物的性质和用途；

③掌握铁、钴、镍单质及其重要化合物的性质结构和用途；

④一般了解铂系元素的性质，化合物和用途。

（9）镧系元素和锕系元素

①掌握镧系和锕系元素原子的电子层结构性质的关系；

②掌握镧系收缩的定义、实质及影响。

2．相关的学科专业知识

（1）氟、氯的代表物及相互转化；

（2）氧、硫的代表物及相互转化；

（3）氮、磷的代表物及相互转化；

（4）碳、硅的代表物及相互转化；

（5）锂、钠、钾、钙、镁的代表物及相互转化；

（6）铝的代表物及相互转化；

（7）铜、金的代表物及相互转化；

（8）某些过渡元素的代表物及相互转化。

三、高中有机化学知识的相关学科专业知识

（一）高中有机化学知识体系及高考要求

1．知识体系

（1）核心知识

烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸和酉等典型类别的有机化合物的性质和反应。

（2）核心知识之外

①上述有机物的结构、来源、制法及用途等相关知识；

②高分子有机物的性质、制法及用途等相关知识。

2．高考考试要求

（1）有机化合物的组成与结构

①能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式；

②了解常见有机化合物的结构。了解有机物分子中的官能团，能正确地表示它们的结构；

③了解确定有机化合物结构的化学方法和某些物理方法；

④了解有机化合物存在异构现象，能判断简单有机化合物的同分异构体；

⑤能根据有机化合物命名规则命名简单的有机化合物；

⑥能列举事实说明有机分子中基团之间存在相互影响。

（2）烃及其衍生物的性质与应用

①以烷、烯、炔和芳香烃的代表物为例，比较它们在组成、结构、性质上的差异；

②了解天然气、石油液化气和汽油的主要成分及其应用；

③举例说明烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用；

④了解卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯的典型代表物的组成和结构特点以及它们的相互联系；

⑤了解加成反应、取代反应和消去反应；

⑥结合实际了解某些有机化合物对环境和健康可能产生影响，关注有机化合物的安全使用问题。

（3）糖类、氨基酸和蛋白质

①了解糖类的组成和性质特点，能举例说明糖类在食品加工和生物物质能源开发上的应用；

②了解氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质，氨基酸与人体健康的关系；

③了解蛋白质的组成、结构和性质；

④了解化学科学在生命科学发展中所起的重要作用；

（4）合成高分子化合物

①了解合成高分子的组成与结构特点，能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体；

②了解加聚反应和缩聚反应的特点；

③了解新型高分子材料的性能及其在高新技术领域中的应用；

④了解合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献。

（二）与高中有机化学知识相关的学科专业知识

1．学习要求

（1）掌握各类有机化合物的命名及其立体化学、同分异构现象；

（2）掌握根据有机化合物性质及光谱性质推测其结构的一般方法；

（3）掌握各类重要有机反应的反应机制及立体化学特点；

（4）掌握各类有机化合物的结构、性能及二者之间的关系；

（5）掌握各类有机化合物互相转化的条件和规律，制备与合成；

（6）熟悉各类有机化合物的来源、用途及应用前景。

2．相关的学科专业知识

（1）有机化合物的结构测定及其与性质的关系

①有机化合物的结构测定

目前常用的结构测定方法有红外光谱（IR）、紫外光谱（UV）、核磁共振谱（NMR）和质谱（MS）等。

②有机化合物结构与性能的关系

a．碳碳双键和碳碳三键的结构与相应烯烃、炔烃的性质

b．基团间的相互作用对有机化合物性质的影响

第一，诱导效应

第二，共轭效应

③典型类别有机化合物的性质

a．丙烷与氯气反应的一氯代物的产物比例

b．烯烃与高锰酸钾的反应

c．醛、酮分子中的羰基加成反应

d．醛、酮分子中OL-H的反应的主要表现

④典型类别有机反应的反应规律

按照化学反应时共价键的断裂是均裂还是异裂，可把有机反应主要分为离子型反应和游离基反应两大类。

a．均裂

均裂是指在有机反应中，键均等地分裂成两个中性碎片的过程。原来成键的两个原子，均裂之后各带有一个未成对的电子，带有单电子的原子或原子团称为自由基或游离基，如下式所示：

b．异裂

异裂是指在有机反应中键非均等地分裂成两个带相反电荷的原子或原子团的过程，即原来成键的两个原子异裂之后，一个带正电荷，另一个带负电荷，如下式所示：

这种反应过程中有离子生成的反应，称为离子型反应。带正电荷的碳原子称为碳正离子，带负电荷的碳原子称为碳负离子。

四、高中化学反应原理知识的相关学科专业知识

（一）高中化学反应原理知识体系及高考要求

1．知识体系

2．高考考试要求

（1）化学反应与能量

①了解氧化还原反应的本质是电子的转移。了解常见的氧化还原反应；

②了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式；

③了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念；

④了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算；

⑤了解能源对人类生存和社会发展的意义，及化学在解决能源危机中的重要作用；

⑥了解原电池和电解池的工作原理，常见化学电源的种类及其工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式；

⑦理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。

（2）化学反应速率和化学平衡

①了解化学反应速率的概念及定量表示方法；

②了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用；

③了解化学反应的可逆性；

④了解化学平衡建立的过程、化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算；

⑤理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，并认识其一般规律；

⑥了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

（3）电解质溶液

①了解电解质的概念。了解强电解质和弱电解质的概念；

②了解电解质在水溶液中的电离，以及电解质溶液的导电性；

③了解弱电解质在水溶液中的电离平衡；

④了解水的电离，离子积常数；

⑤了解溶液pH的定义。了解测定溶液pH的方法，能进行pH的简单计算；

⑥了解盐类水解的原理、影响盐类水解程度的主要因素、盐类水解的应用；

⑦了解离子反应的概念、发生条件及常见离子的检验方法；

⑧了解难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质。

（二）与高中化学反应原理相关的学科专业知识

1．学习要求

（1）根据化学反应的特点理解不同类型的化学反应及其本质；

（2）认识常见的能量转化形式、本质及其应用；

（3）能正确书写热化学方程式并根据盖斯定律进行有关计算；

（4）了解化学热力学的四个最重要的状态函数：内能、焓、吉布斯自由能和熵；

（5）理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能进行简单计算，并讨论浓度、温度、压强对化学平衡的影响；

（6）了解速率方程和阿仑尼乌斯公式，了解活化能概念；

（7）理解水溶液中的离子平衡（电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡），并能用相应的平衡常数讨论离子平衡的移动、求算离子浓度；

（8）了解缓冲溶液；

（9）理解原电池和电解池的工作原理，正确书写电极反应和电池反应方程式，并以此解释金属发生电化学腐蚀的原因，了解金属腐蚀的危害和金属的防护措施；

（10）了解原电池的符号表征，了解电极电势、能斯特方程及其应用。

2．相关的学科专业知识

（1）化学热力学的四个状态函数

①内能（热力学能）

内能是系统内各种形式的能量的综合，包括系统中分子的动能、分子内电子运动的能量、原子核内的能量和分子间作用能等。通常关注内能的变化，定义△U=U_终态-U_始态，只要终态和始态一定，内能的变化量就是一定的。

若既向系统供热，又向系统做功，系统内容的增加就等于吸收的热量与环境向系统做的功之和：U=Q+W

②焓

焓的定义为：H=u+py

此定义式中，U是体系的内能，P是体系的压强，V是体系的体积。当一个体系的状态（物质的种类和物质的量、聚集态、温度、压强等）给定时，U、p、V都有确定的值，则焓也有确定的值。焓是化学家为了便于计算特定条件下的反应热而定义出的一个体系的热力学性质。

③吉布斯自由能

吉布斯自由能是一个状态函数，其变化量为封闭系统在等温等压条件下向环境可能做的最大有用功。吉布斯自由能的变化量可用于判断一个封闭系统内是否自发。吉布斯自由能的变化量AG=-nFE。

④熵

从微观的角度看，熵（S）是微观状态的混乱度的度量，熵越大，系统的微观粒子越混乱。熵是状态函数。

（2）进一步认识“活化能”

总反应活化能只是反应速率的温度系数，即改变相同的温度，活化能E高的，反应速率变化大。例如，总反应H₂+CL₂=2HCL，总反应实验活化能为147 kJ·mol^-1，这并不意味着吸收了147 kJ·mol^-1能量后，H₂+CL₂就立即反应生成HCL了。总反应活化能只是基元反应活化能的综合结果。

总反应H₂+CL₂=2HCL E_a/kJ·mol^-1 　147

基元反应CL₂→2CL　 243

　  CL+H₂→HCL+H　 25.1

H+CL₂→HCL+CL  8.4

CL+CL→CL₂

在全部反应中，只有使CL₂吸收243 kJ·tool能量后生成2CL，反应才能启动并进行下去，而总反应活化能E=147 kJ·tool，只是各基元反应活化能的某种数学关系综合的结果。

（3）由电极电势判断氧化还原反应的方向

由于电对的电极电势可以衡量相应氧化剂和还原剂的强弱，因此利用电极电势可以判断氧化还原反应进行的方向。

五、高中化学物质结构与性质的相关学科专业知识

（一）高中化学物质结构与性质知识体系及高考要求

1．知识体系

（1）原子、分子、离子；

（2）化学键；

（3）分子的几何形状，三维化学；

（4）动力学理论；

（5）化学反应；

（6）能和熵。

2．高考考试要求

（1）了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布；

（2）了解原子核外电子的运动状态；

（3）了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。

（二）与高中化学物质结构与性质知识相关的学科专业知识

1．学习要求

（1）联系原子核外电子运动的特征，了解波函数、四个量子数和电子云的基本概念，了解s、P、d波函数和电子云的角度分布示意图；

（2）掌握周期系元素的原子的核外电子分布的一般规律及其与长式周期表的关系，明确原子（及离子）的外层电子分布和元素按s、P、d、ds、f分区的情况。联系原子结构了解元素的某些性质的一般递变情况；

（3）了解共价键的价键理论基本要点以及键长、键角和键能的概念。

（4）了解分子电偶极矩的概念及其应用于区分极性分子与非极性分子，并联系杂化轨道理论（s-p型）说明一些典型分子的空间构型；

（5）在明确化学键、分子间力（以及氢键）的本质及特性的基础上，了解晶体结构及其对物质性质的影响。

2．相关的学科专业知识

（1）原子结构

①四个量子数

a．主量子数

常用符号n表示。它可以取非零的任意正整数，它决定电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近，并且是决定电子能量高低的主要因素。n=1时，电子离核的平均距离最近，能量最低。n愈大，电子离核的平均距离愈远，能量愈高，也称为电子层数。对氢原子来说电子的能量完全由主量子数决定。

b．角量子数

常用符号l表示。它的取值受主量子数的限制，它只能取小于n的正整数并包括零。按光谱学的习惯，l=0时，用符号s表示，l=1时，用P表示，l=2时，用d表示，l=3时用f表示等。角量子数决定原子轨道的形状。在多电子原子中，轨道角动量量子数也是决定电子能量高低的因素。

c．磁量子数

常用m表示。它的取值受轨道角动量量子数的限制。即m可以等于0、±l、±2……等整数。磁量子数决定原子轨道在空间的伸展方向，但它与电子的能量无关。

（2）核外电子分布的三个原理

原子中电子的分布可根据光谱数据来确定。各元素原子中电子的分布规律基本上遵循三个原理，即泡利（Pauli）不相容原理、最低能量原理以及洪特（Hund）规则。

①泡利不相容原理

一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子。

②最低能量原理

表明核外电子分布将尽可能优先占据能级较低的轨道，以使系统能量处于最低。

③洪特规则

在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数目最多时，原子的能量最低。

（3）微粒间的作用力

①价键理论的发展

a．现代价键理论

现代价键理论以相邻原子之间电子相互配对为基础来说明共价键的形成。主要有下列两点：

第一，原子所能形成的共价键数目受到未成对电子数的限制，共价键具有饱和性。因此，某原子所能提供的未成对电子数一般为该原子所能形成的共价（单）键的数目，即共价数；

第二，原子轨道相互重叠时，必须考虑描述原子轨道的波函数的正、负号，只有同号轨道才能成键。

b．杂化轨道理论的要点

第一，在外界干扰下同一个原子的能量与相近的原子轨道线性组合；

第二，有多少原子轨道参与杂化，就形成多少个杂化轨道；

第三，哪些轨道参与杂化和杂化轨道中各成分的多少，由外界化学环境决定。

在同一类杂化中形成的杂化轨道中所含各类轨道的成分相同，称为等性杂化，否则为不等性杂化。

c．分子轨道理论

第一，现代价键理论

现代价键理论（VB）强调了分子中相邻两原子间因共享配对的电子而成键，能相当直观并成功地解释物质的化学性质，预测物质的分子结构。但由于过分强调了两原子间的电子配对，而显示出它的局限性。

第二，分子轨道理论

分子轨道理论是目前发展较快的一种共价键理论，它强调分子的整体性。M0理论与VB理论是从不同侧面探索研究分子结构的方法。不过由于计算机等新技术的广泛应用，M0理论方法已成为当代研究分子结构的最普遍和最基本的理论方法。

②金属键与金属性质的关系

金属键是一种特殊的离域键，既无方向性，也无饱和性。金属中的离域电子容易吸收并重新发射很宽波长范围的光，使它不透明且具有金属光泽。

③分子间作用力对物质性质的影响

由共价型分子组成的物质，其熔点、沸点、溶解性等物理性质与分子的极性、分子间作用力有关。

a．物质的熔点和沸点

由共价型分子以分子间作用力结合成的物质，因分子间的相互作用力较弱，所以这类物质的熔点都较低。对于同类型的物质（如直链烃），其熔点一般随摩尔质量（相对分子质量）增大而升高。物质的沸点变化规律与熔点的类似。但是，四氯化碳（CCL₄）的摩尔质量与正十一烷（C₁₁H₂₄）的非常接近，分别为1549·mol和1569·mol^-1，而两者的沸点却相差很大。

含有氢键物质的熔点、沸点比其同类型无氢键存在的物质要高。但HF因分子间存在氢键，其熔点、沸点比同类型氢化物的要高，呈现出反常现象。

b．物质的溶解性

“相似相溶”，即极性溶质易溶于极性溶剂，非极性（或弱极性）溶质易溶于非极性（或弱极性）溶剂。溶质与溶剂的极性越相近，越易互溶。

（4）晶体

①宏观特性

a．各向异性

在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

b．自范性

晶体物质在适当的条件下，能自发地形成晶面，晶面相交成为晶棱，晶棱会聚成为顶点，从而呈现凸多面体。

c．固定的熔点

当加热某种晶体时，只有达到一个特定温度（即熔点）时，晶体才开始熔化，而在整个熔化过程中，虽然继续加热，但温度保持不变，直到晶体全部熔化，温度才继续上升。

d．均匀性

晶体的宏观性质不随晶体部位的改变而改变，这就是晶体的均匀性。

e．晶面角守恒定律

一种晶体在一定温度和压力下，其对应晶面之间的夹角恒定不变。

f．对称性

晶体的宏观性质一般说来是各向异性的，但并不排斥晶体在某几个特定方向可以异向同性。晶体宏观性质在不同方向上有规律的重复出现。

②空隙类型

在离子晶体中，阴离子的半径较大，所以将阴离子看做等径圆球进行密堆积，而阳离子有序地填在阴离子的空隙之中，如NaCl晶体、ZnS晶体等。

六、高中化学重点实验的相关学科知识

（一）高中化学实验的知识体系及高考要求

1．知识体系

2．高考考试要求

《高考考试大纲》中，对高中化学实验提出了如下考查要求：

（1）了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法；

（2）了解化学实验室常用仪器的主要用途和使用方法；

（3）掌握化学实验的基本操作；

（4）掌握常见气体的实验室制法（包括所用试剂、仪器，反应原理和收集方法）；

（5）能对常见的物质进行检验、分离和提纯，能根据要求配制溶液；

（6）能根据实验试题要求做到：

①设计、评价或改进实验方案；

②了解控制实验条件的方法；

③分析或处理实验数据，得出合理结论；

④绘制和识别典型的实验仪器装置图；

（7）以上各部分知识与技能的综合应用。

（二）与高中化学实验相关的学科专业知识

1．学习要求

化学实验相关知识学习的要求可分以下几点：

（1）掌握物质分离与提纯的常见方法（化学沉淀法、重结晶、萃取、升华和色谱），认识各种分离任务的基本原理，掌握解决分离任务的一般思路；

（2）掌握研究物质性质和反应规律的基本方法；

（3）掌握离子检验、有机化合物的检验等物质检验的一般程序和思路，掌握滴定分析、目视比色法和质量分析等物质含量测定的方法；

（4）掌握设计物质制备实验方案的基本思路，认识制备物质时应注意的事项；

（5）了解化学实验设计绿色化的含义和途径。

2．相关的学科专业知识

（1）物质的分离与提纯

①化学沉淀法

在进行溶液的纯化时选择合适的试剂将溶液中的杂质离子转化为沉淀除去，这种方法称为化学沉淀法。

a．化学沉淀法的一般思路

第一，分析混合物的组成；

第二，根据待提纯物和杂质的化学性质选择合适的沉淀剂；

第三，合理安排加入沉淀剂的顺序；

第四，考虑过量的沉淀剂应该如何除去；

第五，确定实验步骤。

b．一般操作步骤：

第一，配制溶液；

第二，滴加过量的沉淀剂除去杂质；

第三，过滤。

c．涉及的基本操作：溶液配制、药品取用、过滤等。

②重结晶法

选择一种合适的溶剂，将含有杂质的固体物质配成热的浓溶液，趁热过滤除去不溶性杂质，滤液静置冷却，主要成分达到饱和而析出晶体。由于杂质含量很低，不会达到饱和，过滤即可将主要成分与杂质分离，达到提纯的目的，这种方法称为重结晶法。

a．重结晶法分离物质的一般思路：

第一，选择合适的溶剂；

第二，计算药品的用量；

第三，确定加热的温度；

第四，确定实验步骤。

b．一般操作步骤为：

第一，称取药品；

第二，配制热的浓溶液；

第三，冷却结晶；

第四，过滤；

第五，洗涤固体；

第六，检验产品纯度。

c．涉及的基本操作：溶液配制、过滤、固体的洗涤和药品取用。

③萃取法

萃取是利用物质在互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解能力的不同进行分离或提纯的方法。应用这一原理还可以用来洗去混合物中少量杂质，通常称为洗涤。

a．萃取法分离物质的一般思路：

第一，选择合适的萃取剂；

第二，确定萃取剂的用量和萃取的次数；

第三，确定实验步骤。

b．一般操作步骤：

第一，洗涤、检验分液漏斗；

第二，混合萃取剂和原溶液；

第三，充分振荡；

第四，静置分层；

第五，分液。

c．涉及的基本操作：分液漏斗的使用、振荡、放气、静置和分液。

④升华法

物质在受热时不经过熔融状态就变成气体，蒸气遇冷再直接变为固体，这种过程称为升华。利用升华法获得的产品纯度较高。

a．升华法分离物质的一般思路：

第一，分析混合物的组成；

第二，确定升华温度；

第三，选择升华装置；

第四，确定实验步骤。

b．一般操作步骤：

第一，搭建实验装置；

第二，添加药品（待分离混合物）；

第三，加热升华，收集凝华得到的晶体。

c．涉及的基本操作：装置的装配、加热。

⑤色谱法

色谱法也称为层析法、色层法，其基本原理是使混合物的溶液（称为流动相）通过固定的物质（可以是固体或液体，称为固定相），利用混合物各组分在固定相中的吸附或溶解性能（即分配）的不同，因而在固定相中滞留的时间不同，从而先后从固定相中流出（或移动不同的距离），进而达到分离的目的。

⑥解决物质分离任务的一般思路

如果将混合物中的组分转化为不同的相，便可以将其分离：

（2）物质性质及反应规律的研究

①研究物质性质的基本方法

a．在研究典型无机物性质的实验中，需要使用研究含有某种元素一类物质的实验方法。

b．在研究典型有机物性质的实验中，需要利用通过官能团研究有机化合物性质的实验方法。

研究物质性质的一般思路为预测性质、分析可以与哪些类物质发生反应、选择具体的试剂、通过实验活动总结归纳性质。

②研究反应规律的基本方法

化学反应规律包括化学反应的分类、电化学原理、水溶液化学原理、基本的热力学概念、化学平衡的规律和化学反应速率等方面的问题。

（3）物质的表征

①离子检验的一般程序

离子检验一般包括以下步骤：试样的外表观察和准备、初步试验、阳离子分析、阴离子分析、分析结构的判断。

a．试样的外表观察和准备

对于固体试样，要看其组成是否均匀，颜色如何，用湿润的pH试纸检查其酸碱性；

b．初步试验

初步试验的种类很多，例如，焰色试验、溶解性试验等；

c．阳离子分析与阴离子分析

采用选择性高的反应，利用组分与有关试剂生成沉淀、气体或有色物质等反应分别对可能存在的阳离子和阴离子进行检验；

d．分析结果的判断

对分析结果做出总的结论时，要把观察、试验、分析得来的信息综合进行考虑，不允许这些信息相互矛盾或发生不合理的情况。

②有机化合物检验的一般思路

a．检查有机物的溶解性

通常是加水检查、观察其是否能溶于水；

b．检查液态有机物的密度

观察不溶于水的有机物在水中浮沉情况，可知其密度比水的密度是小还是大。

c．检查有机物燃烧情况

如观察是否可燃（大部分有机物可燃，四氯化碳和多数无机物不可燃）、燃烧时黑烟的多少（可区分乙烷、乙烯、乙炔，己烷和苯，聚乙烯和聚苯乙烯）、燃烧时的气味（如识别聚氯乙烯、蛋白质）；

d．检查有机物的官能团

根据官能团的性质，选择合适的试剂是进行有机物检验一种重要的方法。

③滴定分析

滴定分析是将一种已知准确浓度的标准溶液滴加到待测溶液中直到化学反应完全为止，然后根据标准溶液的浓度和体积求得被测试样中组分含量的一种方法。根据滴定时所应用的化学反应类型，可将滴定分析分为中和滴定法（又称酸碱滴定法）、氧化还原滴定法、沉淀滴定法和络合滴定法。

④目视比色法

通过眼睛观察比较待测溶液与标准溶液颜色深浅来确定物质含量的方法，称为目视比色法。目视比色法用一套有刻度、形状大小、材质相同的玻璃管作为比色管，每支比色管中装有一定浓度的标准比色液，将待测溶液与标准比色液进行比较。

本身有颜色的溶液可以直接利用目视比色法测定其浓度。本身没有颜色，加入显色剂使溶液显色后也可使用该方法。

⑤重量分析法

重量分析法指通过适当方法把被测组分从试样中分离出来，称量其质量，从而计算出该组分的含量的分析方法。

a．挥发法

利用物质的挥发性，通过加热或其他方法，使待测组分从试样中溢出而进行测定的方法。一般过程为试样、称量质量、加热使待测组分完全挥发冷却、再次称量质量、计算。

b．沉淀法

使待测组分转化为难溶化合物从溶液中沉淀出来，经过滤、洗涤、干燥或灼烧后称量而进行测定的方法。一般过程为试样、生成沉淀、过滤、洗涤、烘干（或灼烧）、称量沉淀质量、计算。

（4）物质的制备

①设计物质制备实验方案的基本思路

在设计物质制备的方案时，首先列出几种制备方法和途径，从方法是否可行、装置和操作是否简单、是否经济与安全等方面进行分析和比较，从中选出最佳的实验方法。在制定具体的实验方案时，还应该注意如何对实验条件进行严格、有效的控制。

a．明确实验目的；

b．确定制备该物质可以利用的反应（确定反应原理）；

c．根据该反应的特点选择原料，确定反应条件，考虑控制反应的进程，选择产品的分离与收集的方法，考虑产品是否需要纯化以及怎样纯化，考虑数据处理的方法，设计反应的仪器装置；

d．确定具体的操作步骤，并考虑每一步操作应该注意的细节问题形成方案。

②利用有机反应制备物质时应注意的事项

一般的有机反应具有反应速率较慢，副反应较多的特点，因此在利用有机反应制备物质时应注意以下问题：

a．注意选择合适的有机反应，以提高原料的利用率；

b．为加快反应速率，注意使用加热、选用催化剂等条件；

c．要严格控制反应条件，提高反应速率，降低副反应的发生；

d．适当运用蒸馏、回流、反应物的滴加顺序与速度等手段，提高原料的利用率。

七、化学科学的发展历程及基本研究方法

（一）化学科学发展概述

1．化学科学的发展历史

（1）化学的萌芽

①原始人类对火的利用开始了用化学方法认识和改造天然物质，人类又学会了制陶、冶炼、酿造、染色等，在这些生产实践的基础上，萌发了古代化学知识。

②公元前4世纪，中国提出的阴阳五行学说和希腊提出的古代原子论等朴素的元素思想，成为物质结构及其变化理论的萌芽。

③公元前2世纪，在中国开始盛行炼丹术，后经阿拉伯传至欧洲，形成欧洲炼金术，其中不仅蕴含了物质转化的思想，还创造了各种实验方法和研究物质变化的各种器皿，这些都为近代化学的产生奠定了基础。

（2）化学学科的形成

①19世纪初，英国化学家道尔顿提出了近代原子学说；

②意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念，这也是化学真正被确立为一门科学的标志。

③此后许多化学基本定律被逐渐发现。

（3）化学学科的发展

①19世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，还可以定量地判定化学反应中物质转化的方向和条件，此后又相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学理论等，物理化学也随之诞生。

②20世纪的化学是一门建立在实验基础上的科学，实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。

③进入20世纪以后，由于受到自然科学其他学科发展的影响，在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。

2．现代化学科学的发展动态

（1）现代化学科学主要研究的物质层次

研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离与分析、结构形态、物理性能与生物活性及其规律和应用的科学。

（2）现代化学科学的主要研究领域

①绿色化学研究

绿色化学是一门具有明确社会需求和科学目标的新兴交叉学科，其目的是合理利用现有资源和能源，降低成本，从根本上避免和消除对生态环境有毒有害的原料、催化剂、溶剂和试剂的使用及副产物的产生。

②新材料研究

包括复合型材料、新型能源材料、可生物降解高分子材料、有机物体系膜分离及膜材料和生物材料等的研究。

③生命科学研究

包括生物超分子功能的研究、模拟生物体系的自由基化学和物理有机化学研究、无机化合物药用的研究等。

④化学工程研究

包括具有经济与环境优化性的化学过程集成智能方法、化学反应的原子经济和飞秒激光控制化学反应等方面。

⑤农业化学科学研究

包括固氮工程、光合作用、长效缓释化肥、植物激素及生长调节物质、昆虫激素及生长调节物质、昆虫信息素以及生物活性分子的分离和鉴定等。

⑥现代催化化学研究

它以“消除有害物质为目的新的能源环保催化”为特征。

⑦计算机化学科学研究

计算机化学科学研究的领域之一是发展理论化学计算及微观过程模拟的软件。

（二）化学科学研究方法的体系

1．实验方法与理论方法

（1）化学研究的实验方法（实践方法）

化学实践是最基本、最普通和最通用的研究方法。从获得化学物质的观点来看，化学实验方法的发展可分为四个阶段。

①第一阶段

17、18世纪，主要是通过实验方法了解天然化学物质，对一些元素和比较简单的化合物进行分析和制备；

②第二阶段

19世纪，维勒合成尿素，开辟了由无机物合成天然有机物的道路；

③第三阶段

20世纪前半个世纪，人工合成非天然的多种无机和有机化合物；

④第四阶段

20世纪60年代至今，化学通过分子设计、装配等先进手段合成了一系列新型材料，大大加快了新技术革命的历程。

化学实验是直接推动化学发展的重要方法，是整个化学学科不可替代的根基。

（2）化学研究的理论方法

化学研究的理论方法与实验方法是协同发展的，其发展可分为三个阶段。

①第一阶段

16～18世纪，主要针对一些具体化学现象提出了相应理论；

②第二阶段

19世纪化学大发展时期，这一时期理论的发展是多方面的，涉及许多基本的内容；

③第三阶段

随着现代物理学在微观领域的研究成果渗透到化学领域内，从静态到动态的发展，化学研究产生了许多崭新的理论方法；

2．感性方法与理性方法

（1）化学感性认识方法

①化学观察方法

化学家利用人的感官或感官的延伸——仪器，直接从化学现象中获得感性认识的方法，它提供化学研究的初步信息；

②化学实验方法

化学家运用科学仪器和设备模拟或控制自然现象，排除次要因素和干扰因素，突出主要因素，以探索化学运动本质或规律的方法；

（2）化学理性认识方法

①逻辑思维方法

包括化学比较法、化学分类法、化学归纳法、化学演绎法、化学分析法、化学综合法、化学证明与证伪和化学辩证思维方法等；

②化学抽象方法

透过一类化学事物的表面现象，抽取其共同的主要的方面，把握其一般本质的认识过程和思维方法，如化学概念和判断、化学符号思维方法、化学模型方法等；

③化学假说方法

化学家根据已知的化学原理和化学事实，对未知的化学现象及其规律性所作出的一种假定性说明的思维方法；

④化学移植方法

借助于其他科学的理论与方法研究化学对象的方法。通过对化学科学研究的基本方法的探索，可以使化学研究模式化，提高研究效率。