高一下期中化学复习

1 生物化学 (Ch 19, 20.3)

1.1 生物分子

1.1.1 Macromolecule 生物大分子（生物分子中主要考试内容）

1. Protein（蛋白质）
   1. 结构特点polymer，其monomer为amino acid（氨基酸）
   2. 功能：能量/结构/功能物质
   3. amino acid：由一个C连接着一个Carboxyl（羟基），Hydrogen Atom（H），Amino Group（氨基）和一个Variable sidechain（R）。因此它是carboxylic acids
   4. 通过Condensation reaction形成peptide bond（肽键）连接起来形成Protein
   5. 氨基酸的性质由R决定，不同的R有不同的性质（原因：Carboxyl和Amino Group都经过Condensation reaction被缩合掉了）。不同的amino acid连接起来有着不同的空间结构导致不同的protein有着不同的性质
   6. 共性：Denaturation（失活）：第三四级结构（空间结构）发生改变
   7. 大部分具有的性质（功能）： biological catalysts（催化）— enzymes（酶，一定是大分子）：蛋白质催化剂。
      1. 特点：具有很强的专一性，效率高，对环境要求苛刻。
      2. “锁和钥匙模型”。
      3. 重点词语：substrate（底物）：被催化的对象；active site（活性部位）：substrate和enzyme结合的地方（钥匙齿儿）
   8. 蛋白质作为能量使用过程：蛋白质——拉直——水解——将amino group脱掉——呼吸作用
   9. 常见例子：
      1. protein: Hemoglobin（血红蛋白）
      2. amino acid: Glycine (甘氨酸，结构最简单)
2. Carbohydrate（糖类）
   1. 结构特点：每个碳原子上以2：1的比例链接H和O， 因此并非所有的saccharide（糖类）均为carbohydrate
   2. 功能：结构/能量物质
   3. 分类：
      1. Monosaccharide（单糖）（不是生物大分子）：结构简单，为monomer，可以直接被人体吸收，如glucode（葡萄糖）、fructose（果糖）、ribose（核糖）和desoxyribose（脱氧核糖）。
      2. Disaccharide（二糖）（不是生物大分子）：由两个monosaccharide结合而成（condensation reaction），如saccharose（蔗糖）
      3. polysaccharide（多糖）（生物大分子）：由多个monosaccharide结合而成，如strach（淀粉），glycogen（动物淀粉/糖原，动物体中主要储存能量物质），cellulose（纤维素，但无法被人体吸收）。
3. Lipid（脂质）
   1. 没有固定的结构特点，不是Carbohydrate/Protein/Nuclear acid的生物大分子的总称。O少CH多（能量密度大）
   2. 功能：结构/能量/功能
   3. 常见脂质
      1. Triglyceride（fat）（甘油三脂）：脂肪的基本形式。形成过程为Glycerol（甘油）+3 Fatty Acid（脂肪酸）经过condensation reaction变为Triglycoride + 3H₂O，是ester（脂）。
      2. steroid（类固醇）（3个6C环和一个5C环）通过结合形成cholesterol（胆固醇），可以作为信号分子（功能）
      3. phospholipid（磷脂）（phosphoric acid（磷酸）+ 2 fatty acid（脂肪酸），是细胞膜重要组成成分（磷脂双分子层）
4. Nuclear acid（核酸）
   1. 结构特点：为polymer，其monomer为nucleotide（核苷酸）
   2. 功能：功能型结构（储存遗传信息）
   3. nucleotide：
      1. 结构特点：phosphate group（磷酸）+sugar（糖）+nitrogen-containing base（碱性含氮残片）。形成polymer时phosphate group中的OH和sugar中的H经过condensation reaction polymerization
      2. 常见的base有五种（AGCTU）
      3. 特异性结合：A-T（DNA）A-U（RNA）G-C（无论DNA还是RNA）

1.1.2 生物小分子

1. Vitamine（维他命）：有机，必须要有单生体无法合成只能通过吃才能获得的物质。分为两类：water-soluble（水溶性，B/C）/fat-soluble（油溶性，A/D/K等）
2. coenzyme（辅酶）：有机，很多vitamine都是coenzyme。如NAD/FAD
3. 水和无机盐

1.2 Respiration（呼吸作用） & Fermentation（发酵）

• 目的：将不能直接被生物所利用的能量变为直接可以利用的能量（ATP）
  • ATP-其中一个P断裂时方能为细胞供能-ADP-充能（respiration/fermentation）

1.2.1 Respiration

1. 总反应方程：有机物+O₂ –> CO₂ + Energy + H₂O
2. 过程
   1. Glycolysis（糖酵解）：glucose（葡萄糖）-> 2 pyruvate（丙酮酸盐），净获得 2ATP（2ATP将C₆H₁₂O₆展开弄成两个pyruvate后“掰开”获得4ATP）
   2. Krebs Cycle（克雷布斯循环）：pyruvate -> 3 CO₂, NAD⁺变为NADH，FAD变为FADH₂
   3. Electron transport chain（ETC）（电子传递链）： NADH在氧气中变为NAD⁺，FADH₂在氧气中变为FAD（类似于氢气在氧气中燃烧），产生近30个ATP，是生物体主要能量获取来源
3. 特点： aerobic process（有氧），释放大量能量，反应彻底（completely reaction）

1.2.2 Fermentation

1. 过程
   1. Glycolysis（糖酵解）：glucose（葡萄糖）-> 2 pyruvate（丙酮酸盐），净获得 2ATP（2ATP将C₆H₁₂O₆展开弄成两个pyruvate后“掰开”获得4ATP）

      从能量合成方面到此为止，但pyruvate有毒，需要将其变为无毒物质，有以下两种方式

     1.Lactin acid fermentation: 将pyruvate变为lactin acid（乳酸），多有高等生物菌能进行）

     2. Alcoholic fermentation：将pyruvate变为alcohol（酒精）+ CO₂，一部分原核生物进行。

2. 特点：anaerobic process（厌氧），释放能量较少，反应不彻底，速度更快

1.2.3 两者异同

1. 相同点：
   1. 目的相同：将glucose中的能量转化为ATP；
   2. 第一个stage（glycolysis）相同
2. 不同点：
   1. respiration：耗氧（aerobic），效率更高，但速度慢（进行一次respiration时间长）
   2. fermentation：厌氧（anaerobic），效率更低，但速度快（进行一次的fermentation时间短）

1.3 Photosynthesis（光合作用）

1. 目的：将太阳能（光能）转化为生物（化学）能
2. 总反应方程：CO₂+太阳能 -> glucose + O₂
3. 过程
   1. Light reaction（光反应）：准备ATP（ADP+P -> ATP），准备NADPH（NADP+ -> NADPH），氧气为副产物（具体过程了解即可不做重点考察）
      1. Photosynthesis II：光子将H₂O变为H⁺, e^-（高能电子）, O。其中：O结合产生O₂做为副产物， e^-（高能电子）给ADP充能（将ADP+P变为ATP）变为 e^-（低能电子）
      2. Photosynthesis I: 光子给 e^-（低能电子）充能，与H⁺, NADP⁺结合形成NADPH
   2. Calvin cycle（Dark reactionreaction）（开尔文循环/暗反应）：一次Calvin cycle形成1个高能量多电子三碳结构，完成两次形成一个高能六碳结构（葡萄糖）。在此过程中，ATP->ADP+P（供能量），NADPH->NADP⁺（供电子）（具体过程了解即可不做重点考察）
      1. 三次【 CO₂ + C₅ -> C₆（不稳定）-> 2 C₃（低能量，少电子）-> 2 C₃（高能量，多电子，来自ATP和NADPH）】-> 6 C₃ -> C₃（高能产物） + 3 C₅（ATP变为ADP+P）
4. 意义：光合作用是指物体能量的主要来源，像整个生态系统提供能量（因此说能量的最终来源是太阳能）
5. 重点词汇：chloroplast（叶绿体，光合作用的场所），chlorophyll（叶绿素，一种物质，光合作用必须的催化剂）

2 元素化学 (Ch 8)

• 主要关注结论，原因了解即可。

2.1 Main group element（主族元素）

• 主要内容为一个主族中的共性，具体的单个元素的细节不做重点考察，只是会考重点。但Na，Mg，Al氢氧化物碱性强弱，碘的升华将会重点考察，因为做过相关实验。

2.1.1 共性

1. Group 1（alkali metals，碱金属）: 最外层电子结构ns¹，常见价为+1。除H外银白色，有韧性，硬度较软，反应活性强的元素（易失电子，金属性强）。和水反应生成碱性溶液，如：
   $$2Na(s) + 2H_2 O(l) → 2NaOH(aq) + H_2(g)$$
2. Group 2 (alkaline earth metal, 碱土金属): 最外层电子结构ns²，常见价为+2.
3. Group 13: 最外层电子结构ns²np¹，常见价为+3.
4. Group 14: 最外层电子结构ns²np²，较为稳定，外围半满，更倾向于与其他原子共享电子而非得失电子.常见价为+4，较少见也有-4，理论上氧化数可从+4到-4。
5. Group 15: 最外层电子结构ns²np³，理论上氧化数可从+5到-3
6. Group 16: 最外层电子结构ns²np⁴，常见价为-2，有时候也有+6，理论上氧化数可从+6到-2
7. Group 17 (hylogenes，卤族元素)：最外层电子结构ns²np⁵，常见价为-1，理论上氧化数可从-1到+7。均具有一定的可溶性，具有极强的夺电子能力。
   1. X₂都具有oxidizing properties（氧化性，夺电子的能力），并且按照从上往下氧化性越弱（shelding effect）。电子吸引力的递变
   2. HX均为酸，且酸性越来越强（因为均为covalent bond，长度越长、力越小，更容易释放H）。原子尺度的递变
   3. AgX既不溶于水也不溶于算，溶解性逐渐下降（分子极性减弱，化学键从ironic bond变为covalent bond）。EN值的递变（化学键的递变）
8. Group 18（noble gases，惰性气体）：最外层电子结构ns²np⁶，结构稳定，通常不反应，作为保护气

2.1.2 递变性

	得失电子	EN值	金属性	原子大小
从左往右	得电子能力增加	增加	减小	减小
从右往左	得电子能力减弱	见效	增加	增加

• 离子半径：阳离子小，阴离子大（阳离子比原原子少一层电子，阴离子比原原子增加电子，斥力增加）
• 氢氧化物酸碱性：金属性越强越碱，非金属性越强越酸（金属性越强，失电子能力越强，越容易释放OH而不是H）

2.1.3 Na，Mg，Al氢氧化物碱性强弱

• 因为碱性强弱和金属性有关，金属性越强碱性越强，而金属性强代表易失电子

2.2 Transition elements（过渡元素）

1. 总体而言熔点比主族元素熔点高（period 12除外）（填充内层电子，相互吸引力强，大概在第五/六个时最强（电子自旋））
2. 原子半径同样从左向右逐渐减小，但是减小的幅度小于主族中的趋势，因为填充内层轨道会增加斥力对外层斥力
3. 三组特别的过渡元素
   1. iron triad：铁钴镍，熔点高硬度大具有磁性（也被叫做黑色金属）
   2. platinum group（铂族元素）：iron triad下面两行共六个元素。稀有，可以作为催化剂，贵金属。
   3. coinage elements：铜银金，化学性质相对稳定

2.3 Inner-transition elements（内过渡元素）

1. 曾经被称为稀土元素，从f层还是填充电子

3 热学计算 (Ch 10, 11)

3.1 The Kinetic Theroy of Matter（热动理论）

3.1.1 Physical Behavior of Matter （物质的物理行为）

1. Brownian motion（布朗运动）：微小的物体连续无规则运动的物理现象。注意和分子热运动进行区分，描述对象并非微观粒子，是微笑的宏观例子。原因是因为物体越小，物体被旁边分子进行无规则运动撞击越明显（周围的分子更有可能同时像一个方向对该物体撞击）。

2. Solid（固体，尤指晶体）运动模型：粒子间相对结构单元固定，每一个微观粒子都有相对确定的位置，导致宏观上有确定的形状。这个结构单元被称之为crystall lattice（晶格）。晶格模型

3. liquid（液体）运动模型：微观可移动位置导致宏观无形状，但哦有相对确切的体积。可移位尽在液体溅，液体边界分子出液体需要较大能量，不容易出去（evaporation（蒸发）为宏观现象，但效率低）。磁球模型

4. gas（气体）运动模型：具有流动性，无确切体积，分子间相互作用力无法约束，动能很强。

   1. ideal gas model（理想气体模型）–不黏不占（不是具体的气体，只是一种模型）
      1. 分子间是elastic collision（弹性碰撞），无能量损耗（要求：分子间吸引力几乎忽略不计，不黏）。
      2. 气体分子体积本身忽略不计（不占）。
   2. 气体压强：气体无规则持续撞击容器壁

5. 其他物质的运动模型

   1. Amorphous solid（非晶体）：晶格不完整或排列不整齐（如：玻璃）。微观无序导致宏观无确切熔点。

   2. liquid crystals （液晶）：微观粒子某些唯独被束缚，某些没有。晶格在形成是一边或两边被拉伸，常见为长方形或纺锤形，多用在电子显示屏。

   3. plasma（等离子体）：离子化的气体（ionized gas），带电，可以导电。

3.1.2 Energy and Changes of state（能量和物态变化）

1. 温度衡量一个物体的平均动能，呈正比例关系，温度越高，平均动能越大
2. 温度最低为0K，K为Kalvin scale（开尔文温度）。0K为绝对零度，-273.15摄氏度。换算方法：
   $$ T/K = T/^{\circ}C+273.15 $$
3. 分子动能和质量/温度有关（稀薄时主要看温度，稠密时主要看质量），质量/温度越高，分子动能越大。相同温度下微观粒子平均动能相同，但是速率不同（因为分子质量不同）。
4. 物态变化
   1. evaporation（蒸发）:在液体表面
      1. 有关因素
         1. 增加液体温度，表面分子有足够的动能能够脱离分子间相互作用力（因此温度越高动能增加，高于逃逸速度离子数量增加，更容易蒸发）增比例
         2. 增加表面积，粒子数量增加，同比例下满足粒子增加 增基数
         3. 表面速度升高，避免蒸发过后的气体分子无规则运动（液化）会液体（用干燥的风吹）
      2. vapor pressure（蒸气压）：蒸发和液化达到平衡时气体的压强。同种液体，温度越高，蒸气压越大。
      3. Boiling Point（沸点）：液体的vapor pressure与其表面所受到的压力大小相等时的温度。蒸气压超过大气压导致企业不平衡导致沸腾。
         1. 增加外界压力，需要更高的蒸气压才能超过，非典增高。
         2. 水中增加盐等杂质，覆盖在气液界面上，有想面基降低，蒸发速率减小，蒸气压减小，升到100摄氏度时无法超过1atm，沸点升高。
   2. sublimation（升华）：固体表面的粒子不需融化直接飞出来形成气体的过程（如碘）
   3. condensation（液化）：气体的粒子间距离缩小从而聚在一起形成液体的过程。汽化反过程。
   4. deposition（凝华）：凝华是气体的粒子间距离缩得极小从而聚在一起形成固体的过程。升华的反过程。

3.2 Gas

3.2.1 Gas pressure（大气压强）

1. 气体压强成因：气体粒子无规则运动持续撞击容器壁造成压强，和温度和气体粒子数量有关。
2. 测量方法：Barometer（水银压力计）和Pressure gauge（气压阀）。Pressure gauge测量的是相对气压，abolute pressure为the gauge pressure+the barometric pressure（大气压+示数）
3. 常见单位：1 atm = 101.3 kPa = 760 mmHg = 14.7 psi（磅/平方英寸，该单位不考）

3.2.2 Gas Law

• 气体状态参数：表叔气体某一方面的参数，如温度。无法单独改变，总是协同改变

1. Boyle's Law（波义耳定律）：气压和体积成反比。温度不变时，气压越大，体积越小

$$ (pV)_{T,n}=C(T,n)$$

2. Charles's Law（查尔斯定律）：温度和体积成正比。气压不变时，温度越高，体积越大

$$(\frac{V}{T})_{P,n}=C(P,n)$$

3. Combined Gas Law（结合气体定律）：Boyle’s Law和 Charles’s Law的结合

$$(\frac{pV}{T})_n=C(n)$$

4. The Law of Combining Gas Volumes（气体化合体积定律）：体积与分子总量成正比。等温等压，增加气体分子个数，气体体积增加。$$(\frac{V}{n})_{T,p}=C(T,p)$$

   1. Standard tempreture and pressure(STP): 0摄氏度（273.17K）+1atm
   2. Avogadro's principle（阿伏伽德罗定律）：等温等压下，气体体积一定，分子个数也一定

5. Ideal Gas Law（理想气体定律）

$$pV=nRT$$，其中R为气体常数，等于阿伏伽德罗常数乘波尔兹曼常数

3.3 化学计量学计算

1. mole（摩尔）：数量单位，为6.02*10²³。1g=6.02*10²³amu
2. molar mass（摩尔质量）：一摩尔纯净的该物质的质量
3. amount of substance（物质的量）：$$ n=\frac{m}{M}$$，其中n为amount of substance，m为mass（质量，单位为g），M为molar mass（摩尔质量，单位为g·mol^-1
4. molar volume（摩尔体积）：在STP下任何气体体积为22.4L
5. 理论产值和实际产值：$$precent\ yield = (\frac{Actual\ yield}{Theoretical\ yield})\times 100%$$

3.3.1 计算格式要求

1. 列原理公式(首先列出使用的公式)
2. 列方程(根据题目要求的条件列出符合题目的方程)
3. 解方程(找出方程中需要求的未知量，字母运算把它先解出来)
4. 代数据(根据解出来的方程带单位代入数据)
5. 出单位(根据代入的量的单位，先推出最终结果的单位)
6. 出答案(根据代入的量的数值，算出最终的答案，注意单位换算时的数值变化，结尾保留两位小数(在高一)一定对)