有机化学和无机化学是化学的两大分支，它们在理论、方法和应用上具有显著的区别。有机化学主要研究碳氢化合物及其衍生物，即含有碳氢化合物，包括烷烃、烯烃、炔烃、醇、醛、酮、羧酸、酯等。有机化学主要关注这些化合物的结构、性质、反应以及它们之间的相互转化。无机化学主要研究不含碳元素的化合物，如氢、氧、氮、磷、硫等。无机化学关注这些元素的单质和化合物，以及它们的性质、结构和反应。

无机化学是以元素周期系和物质结构理论为基础来研究一切元素及其化合物 (除了碳氢化合物及其衍生物) 的化学学科的一个分支，主要解释一些无机物的物理性质:如 状态，气味，颜色，密度，硬度，溶解度等等，化学性质:如和氧气，水，酸，碱的反应等等。无机化学是元素化学，该学科的性质是叙述性的、各论性的和归纳性的，定性色彩比其他化学学科浓厚。

一、日常生活中的化学

标准状况的定义：温度为0℃和压强为101kPa。

（一）空气

1.空气成分

通过实验测定，空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%。

像空气这样由两种或两种以上的物质混合而成的物质叫做混合物，组成混合物的各种成分保持着它们各自的性质。氮气、氧气、二氧化碳等分别只有一种物质组成，它们是纯净物。纯净物可以用化学符号表示.

2.空气中各成分的用途

（1）氧气

动植物呼吸需要氧气，医疗急救甚至需要纯氧。燃料燃烧离不开氧气。

在标准状况下，氧气的密度是1.429g/L，比空气的密度（1.293g/L）略大。它不易溶于水，在室温下，1L水中只能溶解约30mL氧气。氧气在-183℃时会变成淡蓝色液体，在-218℃时变成淡蓝色雪花状的固体。氧气支持燃烧。

经过实验，可燃物在氧气里燃烧比在空气里燃烧要剧烈。例如，硫在空气里燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，而在氧气里燃烧的更旺，发出蓝紫色火焰；又如，某些在空气里不能燃烧的物质却可以在氧气里燃烧，如细铁丝。这说明氧气的化学性质比较活泼，物质在空气中燃烧，实际上是与其中的氧气发生反应，空气中的氧气含量相对较少，在空气中燃烧不如在氧气中剧烈。

1）实验室制氧

实验室里，常采用加热高锰酸钾、分解过氧化氢或加热氯酸钾的方法制取氧气。

高锰酸钾受热，分解出氧气，同时还有锰酸钾和二氧化锰生成。

过氧化氢溶液在常温下可以分解放出氧气，同时分解成水。但是通常还要放入少量二氧化锰使分解加速。实验重复多次，每次只消耗了过氧化氢，二氧化锰好像永远用不完，质量没有任何损耗。硫酸铜溶液也能起到与二氧化锰同样的作用。

加热氯酸钾，除生成氧气外，同时还有一种氯化钾的物质生成。这个实验中，也是需要混入二氧化锰使分解加速，这里的二氧化锰质量和性质也不会发生变化。

2）工业制氧

科学家在低温条件下加压，使空气转化为液态，然后升温。由于液态氮的沸点是-196℃，比液态氧的沸点（-183℃）低，因此氮气首先从液态空气中分离出来，剩下的主要就是液态氧了，为了便于储存、运输和使用，通常把氧气加压到15000kPa，并贮存在蓝色钢瓶里。近年来，人们还使用膜分离技术（富氧膜）制氧。

（2）氮气

氮气是制造硝酸和化肥的重要原料，由于氮气不活泼不支持燃烧，因此常用作燃烧等氧化反应过程中的保护气，如焊接、灯泡中以及食品包装中；医疗上可在液氮冷冻麻醉条件下做手术；超导材料在液氮的低温环境下显示超导性能。

（3）稀有气体

空气成分中，稀有气体（氦氖氩氪氙氡）又称惰性气体，无色无味，化学性质很不活泼。但是稀有气体也有广泛用途，如稀有气体在通电时发出不同颜色的光，可以制作电光源、航标、霓虹灯等；氦可用于制造低温环境。

化学语言提炼（一）

1.1混合物和纯净物

1.2化合反应

经过实验，氧气与磷、硫、铁的反应有一个共同特点：它们都是由两种物质起反应，生成另一种物质。我们把由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应，叫做化合反应。

1.3氧化反应

物质与氧气发生的反应，属于氧化反应，氧气在氧化反应中提供氧，它具有氧化性。物质在氧气中燃烧是较剧烈的氧化反应，但并不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧烈并发光发热。有些氧化反应进行的很慢，甚至不容易被察觉，这种氧化叫做缓慢氧化，比如动植物的呼吸、食物的腐烂、醋的酿造、农家肥料的腐熟等。

1.4催化剂（触媒）

在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂。催化剂在化学反应中所起的作用叫做催化作用。催化剂在化工生产中具有重要而广泛的应用，生产化肥、农药、化工原料等都要使用催化剂。酿造工业和制药工业都要用到酶作为催化剂，某些酶制剂还是宝贵的药物。

1.5分解反应

由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫做分解反应。如制取氧气的实验涉及的化学反应。

（二）水

地球上的生物，体内水的质量与生物体总质量的比一般都在60%以上。生命的孕育和维系需要水，人类的日常生活和工农业生成离不开水，水还能为人类提供水运的航道和宜人的环境。地球的水总储量约为1.39×10的18次方m³。地球表面约71%被水覆盖。但是其中淡水只约占水总储量的2.53%，其中大部分还分布在两极和高山的冰雪及永久冻土层中，可利用的淡水只占淡水总量的30.4%。

1.水的净化

城市中的生活用水是经过自来水厂净化处理过的，有时候利用明矾溶于水后生成的胶状物对杂质进行吸附，使杂质沉降来达到净水目的。沉淀、过滤和吸附是工业中常用的方法，也是化学实验中分离混合物的常用方法。但是这三个步骤去除的主要是水中的不溶性杂质，水中还有许多溶解的杂质。例如有些地区的水容易使水壶结水垢，因为该地区水中溶有较多可溶性钙和镁的化合物，这种水叫做硬水，不含较少可溶性钙、镁化合物的水叫做软水。肥皂水遇硬水会变浑浊且不易起泡沫，硬水洗衣服既洗不干净还会使衣服变硬。生活中可以通过煮沸可以降低水的硬度。实验室用的蒸馏水是净化程度较高的水。

2.水的组成

（1）氢气的燃烧

氢气是无色、无臭、难溶于水的气体，密度比空气小。氢气在空气中燃烧时产生淡蓝色火焰；混有一定量空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸。因此点燃氢气前一定要检验其纯度。人们通过实验发现氢气在空气或氧气中燃烧能生成水。

（2）水的分解

通过水的电分解实验，人们发现每个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，因此水可以表示为一氧化二氢。当水分子分解时，生成了氢原子和氧原子，2个氢原子结合成1个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；2个氧原子结合成1个氧分子，很多氧分子聚集成氧气。

化学语言提炼（二）

2.1化合物

组成中含有不同种类元素的纯净物叫做化合物。如水分子一氧化二氢、氧化铁（三氧化二铁）、高锰酸钾（KMnO）

2.2氧化物

由两种元素组成的化合物中，其中一种元素是氧元素的叫做氧化物。如二氧化碳、氧化铁（三氧化二铁）、五氧化二磷和水都是氧化物。

2.3单质

由同种元素组成的纯净物叫做单质。如氢气、氧气、氮气、铁、碳等都是单质。

2.4化学式

用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子，叫做化学式。H2O、HCl、Fe2O3和HgO。每种纯净物的组成是固定不变的，所以表示每种物质组成的化学式只有一个。物质的组成是通过实验测定的。

2.5化合价

元素的化合价有正有负，化合物里的正负化合价的代数和为零 。水分子H2O中，O为-2价，H为+1价。还有一些物质，如Ca（OH）、Ca（CO）等，它们中的一些带电的原子团，如OH、CO,常作为一个整体参加反应，这样的原子团，也属于离子，又叫做根。根也有化合价。化合价往往跟原子电子排布造成的最外层电子吸引力大小有关。

（三）碳和碳的氧化物

1.碳单质

研究表明，透明的金刚石、灰黑色的石墨和足球状的C60都是由碳元素组成的单质，但是由于它们的原子排列方式不同，它们的性质存在明显差别。

（1）金刚石

纯净金刚石无色透明，天然采集到的金刚石经过仔细打磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品——钻石。金刚石可以用来裁玻璃、切割大理石，加工坚硬的金属，以及装在钻探机的钻头上。事实上，金刚石是天然存在的最硬的物质。

（2）石墨

石墨是一种灰黑色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨很软、有滑腻感，此外石墨还具有优良的导电性能。石墨可以制作铅笔芯以及干电池的电极棒。

日常生活中我们常常用到木炭、焦炭、活性炭和炭黑等，这些物质的主要成分也是碳单质，它们的结构与石墨类似。木炭具有疏松多孔的结构，所以有很强的吸附能力，可以用木炭这个性质来吸附一些食品和工业品的色素，也可以用它吸附有异味的物质。活性炭的吸附比木炭还要强，防毒面罩里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的，制糖工业中也利用活性炭来脱色来制白糖。城市污水、工业废水和饮用水在深度净化处理时都要用到活性炭。

（3）C60

每个C60分子由60个碳原子构成，形似足球，这种结构很稳定。它在超导、催化、材料、医学及生物等领域大放异彩。

（4）碳纳米管

碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点。

（5）石墨烯

从石墨中分离出单层的石墨片。它在高温下可以单独稳定存在，这是目前世界上人工制得的最薄的材料，厚度与一个碳原子直径相当。这种石墨片优异的导电、导热性和其他特性激励人们不断探索。

（6）金刚石薄膜

较低温度和压力下用甲烷等为原料制成了金刚石薄膜。

2.单质碳的化学性质

在常温下，碳的化学性质不活泼。碳受日光照射或与空气、水分接触，都不容易起变化。但在高温甚至燃烧条件下，能发生许多化学反应。

（1）氧化反应（反应条件是点燃）

碳充分燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，同时放出大量的热。

当燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，同时放出热。

（2）与氧化物的反应（反应条件是高温）

碳与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳。

碳与氧化铁反应，生成铁和二氧化碳。

碳与二氧化碳反应，生成一氧化碳。

3.二氧化碳和一氧化碳的性质

（1）二氧化碳

1）二氧化碳能溶于水，通常情况下，1体积的水约能溶解1体积的二氧化碳，增大压强会溶解更多，生产汽水等碳酸型饮料就是利用了二氧化碳的这一性质。

常温条件下，二氧化碳与水反应生成碳酸；碳酸很不稳定，容易分解为二氧化碳和水。

2）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。原因是，常温条件下，二氧化碳与氢氧化钙反应，生成了白色碳酸钙沉淀和水。这个反应可以用来检验二氧化碳。

3）一定条件下，二氧化碳气体会变成液体或固体。固态二氧化碳叫做干冰。干冰升华时吸收大量的热，因此可作制冷剂，用于食品保鲜和冷藏运输、血液制品的储存和运输等。如果飞机在云层中撒布干冰，由于干冰升华吸热，空气中的水蒸气迅速冷凝变成水滴，于是就开始下雨，这就是干冰用于人工降雨的奥秘。

4）二氧化碳本身没有毒性，但是不能供给呼吸。此外二氧化碳是植物光合作用的原料，二氧化碳可以用来灭火。

（2）一氧化碳

1）一氧化碳是一种无色无味的气体，难溶于水。

2）一氧化碳能够燃烧，燃烧时放出大量的热，火焰呈蓝色，生成二氧化碳。煤炉里煤层上方的蓝色火焰，就是一氧化碳在燃烧，一氧化碳是许多气体燃料如水煤气的主要成分。

3）一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能再与氧气结合，造成生物体内缺氧。

4）一氧化碳和木炭一样具有还原性，使氧化铜或氧化铁还原成单质。因此可以应用于冶金工业。

4.制取二氧化碳

实验室中，常用稀盐酸和大理石反应来制取。常温下，碳酸钙和氯化氢反应生成氯化钙和碳酸。碳酸很不稳定，容易分解为二氧化碳和水。

化学语言提炼（三）

3.1还原反应

在碳与氧化铜或氧化铁的情况中，含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。焦炭具有还原性，可用于冶金工业。

3.2石蕊

石蕊是一种紫色色素，遇酸变成红色。

3.3温室效应

大气中的二氧化碳就像温室中的玻璃或塑料薄膜一样，既能让太阳光透过，又能使地面吸收的太阳光热量不易向外散失，起到对地球保温的作用，这种现象称为温室效应。能产生温室效应的气体除了二氧化碳之外，还有臭氧、甲烷、氟利昂等。碳元素的燃烧、动植物的呼吸都会产生二氧化碳，而绿色植物的光和作用却吸收二氧化碳，因此大气中的二氧化碳含量相对稳定。

3.4排空气法

不易溶于水不与水反应的气体收集可以采用排水法之外，还可以采用排空气法收集。当目标气体密度比空气大，应该采用向上排空气法；反之采用向下排空气法。空气的平均相对分子质量为29，可以以此为标准判断密度大小。

（四）金属

1.金属单质

地壳中含量最高的金属元素是铝；人体中含量最高的金属元素是钙；目前世界年产量最高的金属是铁；导电、导热性能最好的金属是银；硬度最高的金属是铬；熔点最高的金属是钨；熔点最低的金属是汞；密度最大的金属是锇；密度最小的金属是锂。

铁、铝等大多数金属都呈银白色，但是铜却呈紫红色，金呈黄色；在常温下，铁铝铜等大多数金属都是固体，但体温计中的汞却是液体——金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质也差别较大。

导电性：银、铜、金、铝、锌、铁、铅依次降低；

密度：金、铅、银、铜、铁、锌、铝依次降低；

熔点：钨、铁、铜、金、银、铝、锡依次降低；

硬度：铬、铁、银、铜、金、铝、铅依次降低。

2.金属矿

我国是世界上已知矿物种类比较齐全的少数国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨钼钛锡锑等储量居世界前列，铜铝锰等储量在世界上也占有重要地位。

稀土是储量较少的一类金属的统称，有工业维生素的美誉。我国稀土储量居世界第一位

3.合金

生铁和钢是含有少量碳及其他金属或非金属的铁合金。生铁的含碳量为2%-4.3%，钢的含碳量为0.03%-2%。除了碳，生铁中还含有硅、锰等，不锈钢中还含有铬、镍等，由于纯金属铁熔合了这些物质，这种组成的改变，使得合金性能也随之发生改变。例如纯铁较软，而生铁比纯铁硬；不锈钢不仅比纯铁硬，而且其抗锈蚀性能也比纯铁好得多。日常生活中，大多数金属材料是合金。

此外，钛和钛合金也是重要材料。具有熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性非常好，远优于不锈钢，即使把它们放在海水中数年，取出后仍是光亮如初。钛合金与人体具有很好的相容性，因此可以用来制造人造骨等。

人造卫星和宇宙飞船上的天线由钛镍形状记忆合金制造，先将天线制成抛物面，然后在低温下将天线揉成一团，放入人造卫星或宇宙飞船内，当卫星和飞船进入正常运转轨道，天线在舱外经太阳照射温度升高，就会自动恢复抛物面形状。

4.金属冶炼

炼铁的原理是利用高温条件下一氧化碳与氧化铁反应，生成铁单质和二氧化碳。工业中，把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉，在高温下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石还原出来。石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。

淬火（烧热后快速水冷却）和回火（重新微热）是金属热处理中常用的两种方法。经淬火后的钢，其硬度和耐磨性增强，塑性和韧性降低。淬火后的钢再经回火，其韧性可部分恢复。

5.金属的化学性质

（1）金属与氧气的反应

大多数金属都能与氧气发生反应，但是反应难度和剧烈程度不同。例如镁铝等在常温下就能与氧气反应，铝在空气中与氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止进一步氧化，因此铝有很好的抗腐蚀性能。铁、铜在常温下几乎不与氧气反应。但在高温时能与氧气反应。另外金即使在高温时也不与氧气反应。由此可见，镁铝比较活泼，铁铜次之，金最不活泼。

世界上每年因腐蚀报废的金属设备和材料相当于年产量的20%-40%。防止金属腐蚀是重大课题。铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，铁制品锈蚀需要条件，要有能够发生反应的物质，反应物要能相互接触，生成物不会对反应起阻碍作用等。例如上面提到的铝。但是铁与氧气、水等反应生成的铁锈（主要成分是Fe2O3.xH2O）很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。

除了防止腐蚀，废旧金属回收利用以及有计划合理采矿，寻找金属代用品都是保护金属资源的有效途径。

（2）金属活动性顺序

实验发现，钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、锡、铅（H）铜、汞、银、铂、金的金属活动性依次降低。

H之前的金属如镁锌铁的金属活动性较强，它们能置换出盐酸或稀硫酸中的氢。H之后的金属活动性较弱，不能置换出盐酸或稀硫酸中的氢。

金属活动性强的金属能把相对较弱的金属从它们的化合物溶液里置换出来。

化学语言提炼（四）

4.1置换反应

由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应称为置换反应。

4.2合金

金属材料包括纯金属和合金。把两种或两种以上的金属熔合在一起，或者把金属和非金属熔合在一起，就可以制得具有金属特征的合金。

（五）酸和碱

1.酸、碱与指示剂的作用

酸能使紫色石蕊溶液变成红色，不能使无色酚酞变色；碱能使紫色石蕊溶液变成蓝色，使无色酚酞溶液变成红色。

2.常见的酸

（1）盐酸

重要化工产品，用于金属表面除锈、制造药物（如盐酸麻黄素、氯化锌）等；人体胃液中含有盐酸，可帮助消化。

（2）硫酸

重要化工原料，用于生成化肥、农药、火药、染料以及冶炼金属、精炼石油和金属除锈等。浓硫酸具有吸水性，在实验室常用它做干燥剂。

在稀释浓硫酸时，一定要把浓硫酸沿器壁慢慢注入水里，并不断搅拌，切不可将水倒入浓硫酸。如果将水注入浓硫酸，由于水的密度小，水会浮在浓硫酸上面，溶解时放出的热能使水立刻沸腾，使硫酸液滴向四周飞溅，十分危险。如果浓硫酸不慎沾到皮肤或衣服上，应立即用大量水冲洗，然后再涂上3%-5%的碳酸氢钠溶液。

3.常见的碱

（1）氢氧化钠

俗名苛性钠、火碱或烧碱。氢氧化钠有强烈的腐蚀性，如果不慎沾到皮肤，需要大量的水冲洗，再涂上硼酸溶液。

氢氧化钠是重要化工原料，广泛用于制取肥皂，以及石油、造纸、纺织和印染等工业。氢氧化钠与油脂反应，在生活中可以用来去除油污。

（2）氢氧化钙

氢氧化钙也是一种常见的碱，俗称熟石灰或消石灰。氢氧化钙是白色粉末状物质，微溶于水，其水溶液称为石灰水；当石灰水中存在较多未溶解的熟石灰时，就称为石灰乳或石灰浆。氢氧化钙可以由生石灰氧化钙与水反应得到。

氢氧化钙在生产和生活中有广泛的用途，建筑上用熟石灰和沙子混合来砌砖，用石灰浆粉刷墙壁；在树木上涂刷含有硫磺粉等的石灰浆，可以保护树木，防止冻伤，并防止害虫生卵；农业上可用石灰乳与硫酸铜等配置成具有杀菌作用的波尔多液作为农药使用；熟石灰还可以用来改良酸性土壤。

4.酸和碱的中和反应

如氯化钠、氯化钙和硫酸钠这样由金属离子和酸根离子形成的化合物叫做盐。酸与碱作用生成盐和水的反应，叫做中和反应

化学语言提炼（五）

5.1酚酞

一种指示剂，遇碱变红，遇酸不变色。

5.2除锈

氧化铁与盐酸反应生成氯化铁和水；氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水。

5.3脱水

浓硫酸有强烈分腐蚀性，它能夺取纸张、木材、布料、皮肤（都由含碳氢氧等元素的化合物组成）里的水分，严格来说是将这些物质中的氢氧按水的组成比例脱去，这种作用叫做脱水作用。

5.4潮解

氢氧化钠暴露在空气中容易吸收水分，表面潮湿并逐渐溶解，这种现象叫做潮解，因此氢氧化钠可用作某些气体的干燥机。

5.5pH

溶液的酸碱度常用pH来表示，pH的范围通常为0~14。测定pH最简便的方法是使用pH试纸。酸性溶液的pH＜7；碱性溶液的pH＞7；中性溶液的pH=7。正常雨水的pH值约等于5.6。

（六）盐 化肥

1.常见的盐

（1）氯化钠

氯化钠是重要的调味品，炒菜时如果不放食盐，菜将食之无味。氯化钠也是人的正常生理活动所必不可少的。人体内所含的氯化钠大部分以离子形式存在于体液中。钠离子对维持细胞内外正常的水分分布和促进细胞内外物质交换起主要作用；氯离子是胃液中的主要成分，具有促生盐酸、帮助消化和增进食欲的作用。人们每天都要摄入一些食盐来补充由于出汗、排尿等而排出的氯化钠，以满足人体的正常需要（每人每天约需3~5 g食盐）。但长期食用过多食盐不利于人体健康。

氯化钠的用途很多。例如，医疗上的生理盐水是用氯化钠配制的；农业上可以用氯化钠溶液来选种；工业上可以氯化钠为原料来制取碳酸钠、氢氧化钠、氯气和盐酸等。此外，还可用食盐腌渍蔬菜、鱼、肉、蛋等，腌制成的食品不仅风味独特，还可延长保存时间。公路上的积雪也可以用氯化钠来消除，等等。氯化钠在自然界中分布很广，除海水里含有大量氯化钠外，盐湖、盐井和盐矿也是氯化钠的来源。通过晾晒海水或煮盐井水、盐湖水等，可以蒸发除去水分，得到粗盐。粗盐中含有多种可溶性杂质（氯化镁、氯化钙等）和不溶性杂质（泥沙等）。粗盐通过溶解、沉淀、过滤、蒸发、结晶等处理，可以得到初步提纯。

（2）碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钙

在工业上，碳酸钠广泛用于玻璃、造纸、纺织和洗涤剂的生产等。

天然存在的石灰石、大理石的主要成分是碳酸钙，它们都是重要的建筑材料，人民大会堂的许多柱子、天安门前的华表就是用大理石做的；碳酸钙还可用作补钙剂。

碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一；在医疗上，它是治疗胃酸过多症的一种药剂。

2.化学肥料

化学语言提炼（六）

6.1复分解反应

发生在溶液中，由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应称为复分解反应。例如碳酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠和碳酸钙。酸、碱、盐之间并不是都能发生复分解反应。只有当两种化合物互相交换成分，有沉淀或有气体或有水生成时，才是发生了复分解反应。

二、化学物质的观察和计量

（一）化学物质的观察

除了常见的气体状态和固体状态，化学物质还有液体状态。在进行物质检验时，一般先对试样的外观进行观察，确定其颜色、状态、气味等，然后进一步检验。当试样是固体时，有时需要先将少量试样配成液体（溶液），观察溶解后溶液的颜色、在溶解过程中有无气体产生、有无沉淀生成以及沉淀的颜色等。

把一种（或多种）物质分散在另一种（或多种）物质中所得到的体系，叫做分散系。前者属于被分散的物质，称作分散质；后者起容纳分散质的作用，称作分散剂。这样气液固之间有9种组合方式。当分散剂是水或其他液体时，如果按照分散质粒子的大小来分类，可以把分散系分为溶液、胶体和浊液。溶液中的溶质粒子通常小于1nm，浊液中的粒子通常大于100nm，胶体粒子大小在1~100nm之间。

1.溶液

海水中溶解了很多物质，它是一种混合物。像这样一种或几种物质分散到另一种物质里，形成均一的、稳定的混合物，叫做溶液。能溶解其他物质的物质叫做溶剂，被溶解的物质叫做溶质。溶液是由溶质和溶剂组成的。水是常用的溶剂，汽油、酒精也可以作溶剂，比如汽油能溶解油脂，酒精能溶解碘。物质在溶解时，常常会使溶液的温度发生变化。有些物质溶解时出现吸热现象，有些物质溶解时放热。

2.胶体

有些液态胶体也是透明的，胶体的分散质也能通过滤纸孔隙，用肉眼很难与溶液相区别。但是当光束通过胶体时，可以看到一条光亮的通路，而光束通过溶液时则看不到此现象。这条光亮的通路是由于胶体粒子对光线散射形成的，叫做丁达尔效应，丁达尔效应是区分胶体和溶液的一种常用物理方法。丁达尔效应随处可见，例如当太阳光从窗隙射入暗室，或者光线透过树叶间的缝隙射入密林中，都可以观察到丁达尔效应。可见光的波长在400~700nm之间，胶体粒子的直径在1~100nm之间，小于可见光的波长，能使光波发生散射；溶液也发生光的散射，但是由于溶液中粒子的直径小于1nm，散射极其微弱，所以光束通过胶体时产生丁达尔效应，而通过溶液时则没有这种现象。

胶体粒子之所以具有介稳性，主要是因为胶体粒子可以通过吸附而带有电荷。同种胶体粒子的电性相同，在通常情况下，相互排斥阻碍了胶体粒子变大，使它们不易聚集。胶体粒子的布朗运动也使得它们不容易聚集成质量较大的颗粒而沉降下来。有时候人们需要将胶体粒子转变为悬浮粒子，破坏介稳性。中和胶体粒子的电性是常用方法，例如使用静电除尘器除去空气中或工业废气中的飘尘以及微细的固体颗粒物，用石膏使豆浆变成豆腐，用明矾净水。

3.浊液

（1）乳浊液

当液体里分散着不溶于水的、由许多分子集合而成的小液滴，这种小液滴分散到液体里形成的混合物叫做乳浊液，这种乳浊液不稳定，经过静置，出现分层。当小液滴很细小而不聚集成大油珠，从而不再出现分层，所形成的乳浊液稳定性增强，这种现象称为乳化，乳化后形成的细小液滴可以随水流动，这是洗涤剂清洗油污的原理。乳胶漆是乳浊液。

（2）悬浊液

当液体里悬浮着不溶于水的固体小颗粒，使液体呈现浑浊状态，这种液体叫做悬浊液。悬浊液不稳定，静置一端时间后其中的固体小颗粒会沉降。肠胃检查用的钡餐就是悬浊液。

（二）混合物的分离和提纯

1.过滤和蒸发

过滤和蒸发操作只能去除不溶于溶剂的杂质，但无法去除可溶性杂质。

2.蒸馏

混合物的分离和提纯，除过滤蒸发外，对于液态混合物，还可以利用它们的沸点不同，用蒸馏的方法除去难挥发或不挥发的杂质。例如自来水中含有Cl离子等杂质，通过蒸馏的方法，可以从自来水制取蒸馏水。

（1）在试管中加入少量自来水，滴入几滴硝酸银溶液和几滴稀硝酸。

为了检验溶液中是否含有氯离子，需要使用硝酸银溶液，因为银离子能与氯离子反应生成氯化银白色沉淀。然而，如果溶液中存在碳酸根等其他阳离子，它们也可能与银离子结合形成白色沉淀，包括碳酸银（AgCO3）。为了区分这些沉淀，我们需要通过加入硝酸来酸化溶液，这样硝酸会与碳酸根离子发生反应，生成水和二氧化碳，从而去除碳酸根的干扰。

（2）在烧瓶中加入约1/3体积的自来水，再加入几粒沸石或碎瓷片，向冷凝管中通入冷却水。加热烧瓶，弃去开始馏出的部分液体，用锥形瓶收集液体，停止加热。

（3）取少量蒸馏出的液体，滴入几滴硝酸银溶液和几滴稀硝酸进行检验。

3.萃取

对于液态混合物，还可以利用混合物中一种溶质在互不相容的溶剂里溶解性的不同，用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂组成的溶液中提取出来，这种方法叫做萃取。为了把两种不相溶的液体分开，常要使用分液漏斗进行萃取操作。

4.其他

还有许多分离和提纯的方法，如分馏等。此外，利用物质的特殊性质来分离和检验物质的方法也很多，如体检时用的尿糖试纸检测、法医常用的DNA测序等，是非常快捷、准确、安全的检验方法。

（三）化学物质的物理计量

1.溶液饱和度

（1）饱和溶液

在一定温度下，向一定量溶剂里加入某种溶质，当溶质不能继续溶解时，所得到的溶液叫做这种溶质的饱和溶液；还能继续溶解的溶液，叫做这种溶质的不饱和溶液。在增加溶剂或升高温度的情况下，饱和溶液可以变成不饱和溶液。因此，只有指明“在一定量溶剂里”和“在一定温度下”，溶液的“饱和”和“不饱和”才有确定的意义。

（2）结晶

溶质从溶液中以晶体的形式析出，这一过程叫做结晶。除了冷却热的饱和溶液的方法以外，蒸发溶剂也是一种获得晶体的常用方法。例如海盐的生成。

2.溶液的溶解度和浓度

（1）溶解度

在一定温度下，在一定量溶剂里溶质的溶解量是有一定限度的，化学上用溶解度表示这个限度。固体的溶解度表示在一定温度下，其固态物质在100g溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量，如果不指明溶剂，通常所说的溶解度是指物质在水里的溶解度。通常溶解度大于10g称为易溶，1-10g称为可溶，0.01-1g称微溶，再低称为难溶。气体的溶解度用体积来表示。

（2）浓度

浓度可以用溶质的质量分数来表示。溶质的质量分数=溶质质量/溶液质量×100%。

（四）化学物质的化学计量

1.物质的量：摩尔和摩尔质量

人们用摩尔作为计量原子、离子或分子等微观粒子的物质的量的单位。当H2O的质量在数值上等于其相对分子质量，它所含的粒子数目是6.02×10^23。大量实验证明，任何粒子或物质的质量以克为单位，在数值上与该粒子的相对原子质量或相对分子质量相等时，所含粒子的数目都是6.02×10^23。我们把含有6.02×10^23个粒子的任何粒子集体计量为1摩尔，摩尔简称摩，符号为mol。粒子集体可以是原子、分子、离子或原子团，也可以是电子、质子、中子等。

1mol任何粒子集体中都含有6.02×10^23个粒子；而1mol任何粒子或物质的质量以克为单位时，在数值上都与该粒子的相对原子质量或相对分子质量相等。单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量。摩尔质量的符号为M，常用的单位为g/mol。

物质的量（n）=质量（m）/摩尔质量（M）。

类似的，也有摩尔体积的概念。在相同温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子，所以，单位物质的量的任何气体在相同条件下应占有相同的体积，这个体积称为气体摩尔体积，符号是Vm，常用单位有L/mol。

气体物质的量(n)=气体体积（V）/气体摩尔体积（Vm）。

2.物质的量浓度

单位体积溶液里所含溶质的物质的量，称为该溶质的物质的量浓度，常用单位是mol/L，符号为C。

物质的量浓度C=物质的量（n）/溶液体积V.

三、化学反应

（一）质量守恒定律

参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各种物质的质量总和，这个规律叫做质量守恒定律。这是因为化学反应的过程，就是参加反应的各物质（反应物）的原子重新组合而生成其他物质（生成物）的过程。在化学反应中，反应前后原子的种类没有改变，数目没有增减，原子的质量也没有改变。

（二）化学方程式

化学反应只有在一定条件下才能发生，因此，需要在化学方程式中注明反应发生的条件。如把加热（常用Δ表示）、点燃、催化剂等，写在等号的上方。

如果反应物不是气体但是生成物中有气体，在气体物质的化学式右边要注“↑”；溶液中的反应如果反应物没有固体但是生成物中有固体，在固体物质的化学式右边要注“↓”号。注意如果反应物和生成物都有气体，气体生成物就不需注“↑”；同理，溶液中反应物和生成物中都有固体，固体生成物也不注“↓”。