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九年义务教育四年制初级中学教科书 化学(第一册)



绪 言


  我们生活在物质的世界里,我们周围有形形色色、丰富多彩的各种物质, 像晶莹的水晶、清澈的流水、闪亮的金属、绚丽的花朵、乌黑的煤、雪白的 食盐,等等。
  我们周围世界的物质还在不断地变化,例如,潺潺的流水能蒸发变成水 蒸气,水蒸气可以变成天空的白云,白云可以变成雨滴或雪花重新降落到地 面。铁矿石能冶炼成钢铁,而钢铁又可能变成铁锈。煤能够着火燃烧,残余 一堆灰烬。
  为什么世界上有千千万万种不同的物质?为什么各种物质都有不同的性 质(颜色、状态、光泽、气味,等等)?各种物质是怎样组成和形成的?为 什么不同物质会发生不同的变化(如铁为什么会生锈,煤为什么能燃烧)? 同学们可能在生活中会发现许多类似的问题,而这些有关物质的问题在 化学课里可以得到初步的解释,因为化学是一门研究物质的组成、结构、性
质以及变化规律的基础自然科学。 我们学习化学,了解有关物质的组成、结构、性质以及变化规律后,就
可以说明生活和生产中的一些化学现象,并且控制这些变化向对人类有利的 方向发展。例如,懂得了燃烧的原理,就可使燃烧充分以节省燃料,并知道 如何防火、灭火等。又如,懂得了锈蚀的原理,就可以知道在不同条件下怎 样防止不同金属锈蚀。
学习化学,既可以提炼出自然界原来存在的物质,例如,从石油中提炼
汽油、煤油、柴油等,还可以制造出自然界原来并不存在的物质,例如,用 石油作原料可制造出多种塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、药品等。
学习化学,可以帮助人们研制新的材料、研究新的能源、研究生命现象、
合理利用资源、防止污染和保护环境、促进农业增产、促进人体健康,等等。 学习化学,也可以帮助人们学习和进一步研究物理学、生物学、地学等
自然科学。
  可见,学习化学对今后参加社会主义建设和进一步学习都有重要作用。 我国是世界上具有悠久文明的国家之一。我国的某些化学工艺像造纸、 制火药、烧瓷器,发明很早,对世界文明作出巨大贡献。我国劳动人民在商 代就制造出精美的青铜器,春秋战国时期就会冶铁和炼钢。但是到了近代, 我国科学技术的发展停滞了。在解放前甚至连煤油、烧碱、火柴等都要从外 国进口。解放后,我国的石油、化学等工业有了很大的发展,化学科学研究 也不断取得了新的成就。我国已建立了大庆、胜利、大港等油田,结束了我 国依赖“洋油”的历史。我国的化学工业已发展成为一个具有一定规模、行
业基本齐全的工业部门。 怎样才能学好化学呢?虽然每个同学的基础和条件不同,但都应注意以
下各点,例如,重视和做好化学实验,熟悉重要物质的组成和性质,懂得并 能运用常见的化学用语,理解基本化学概念和规律,了解所学化学知识在生 活和社会中的应用,注意培养和保持对学习化学的兴趣,注意培养观察、记 忆、思维、实验、自学等方面的能力,等等。
  同学们!现在你们在学校里辛勤地学习,将来你们要投身于伟大的社会 主义建设事业中,你们面临着广阔美好的前景,你们的责任是重大的。希望 你们树雄心,立壮志,为社会主义祖国的现代化建设学好化学。
  

        习 题

以举例的方式说明化学与我们日常生活的关系。

第一章 物质的变化和性质


  我们知道,世界上的物质是在不断地变化着的,各种物质具有各自不同 的性质。
第一节 化学变化和物理变化


  让我们观察几个演示物质变化的实验,注意观察变化中的现象(如变化 前后物质的颜色、状态等)。
  [实验 1-1]把盛有少量水的试管斜夹在铁架台上(见图 1-1)。在试 管底部小心加热到水沸腾。把一块洁净的玻璃片(或一个盛水的小烧杯)移 近试管口,观察玻璃片上有什么现象发生。


  [实验 1-2]取两三块胆矾(或称蓝矾)放在研钵内,用杵把胆矾研碎。 观察现象。


  [实验 1-3]用坩埚钳夹住一小段镁带,点燃(图 1-3),看到什么现 象。



  [实验 1-4]把少量碱式碳酸铜(俗称铜绿)放在干燥的试管里,用配 有玻璃弯管的橡皮塞塞住试管口,使弯管的另一端伸入盛有澄清石灰水的烧 杯里。加热,注意观察铜绿颜色的变化和石灰水发生的变化。


  为了便于对比,现把上面 4 个实验中,变化前后的物质和变化时发生的 现象列表于下:


实验
编号 变化前的物质 变化时发生的现象 变化后产生的物质 1 液态的水 沸腾时生成的水蒸气遇玻 璃片又凝结成液体 液态的水 2 蓝色块状的胆矾 块状固体被粉碎 蓝色粉末状的胆矾 3 银白色的镁带 燃烧,放出大量的热,同 时发出耀眼的白光 白色氧化镁粉末 4 绿色粉末状的碱 式碳酸铜 加热后,绿色粉末变成黑 色,管壁出现水滴,澄清 石灰水变浑浊 三种其它物质:氧化铜
(黑色)、水、二氧化碳


从上表可以看出,实验 1、2 有一个共同的特征,就是物质的形态发生了
变化,但并没有生成其它的物质。我们把这种没有生成其它物质的变化叫 做物理变化。我们日常看到的汽油的挥发、铁水铸成锅、蜡受热熔化等都是 物理变化。
从上表还可以看出,实验 3、4 的共同特征是变化时都生成了其它的物

质,这种变化叫做化学变化,又叫做化学反应。我们日常生活里看到的木 柴的燃烧、铁的生锈等都是化学变化。
  在化学变化中除生成其它物质外,还伴随发生一些现象,如放热、发光、 变色、放出气体、生成沉淀,等等。这些现象常常可以帮助我们判断有没有 化学变化发生。
  在化学变化过程中同时发生物理变化。例如,点燃蜡烛时,石蜡受热熔 化是物理变化,同时石蜡又燃烧生成水和二氧化碳,却是化学变化。

[讨论] 由本节的演示实验可归纳出,化学变化的特征是什么?

家庭小实验


  观察一根蜡烛的颜色、状态、构造,然后点燃,经几分钟后把蜡烛熄灭。 观察蜡烛燃烧中的各种现象,并仔细地记录下来。

习题

1.物理变化和化学变化的主要区别是什么?举例说明。
2.下列现象哪些是物理变化,哪些是化学变化?为什么?
(1)潮湿的衣服经太阳晒,变干了。
(2)铜在潮湿的空气里生成铜绿。
(3)纸张燃烧。
(4)瓷碗破碎。
(5)铁生锈。
(6)石蜡熔化。
3.为什么说点燃蜡烛时既有物理变化又有化学变化?

第二节 化学性质和物理性质


  物质在化学变化中表现出来的性质叫做化学性质。例如,镁能在空气中 燃烧,生成氧化镁;铁能在潮湿空气中生锈;铜能在潮湿空气中生成铜绿等。 物质不需要发生化学变化就表现出来的性质,叫做物理性质。例如,颜色、 状态、气味、硬度、熔点、沸点、密度等都属于物质的物理性质。
  关于物质的化学性质,在今后的化学课中我们将要继续学习,这里仅就 有关物质物理性质的一些基本概念作一些简单介绍。
  我们知道,当温度升高时,固态的冰会变成液态的水;在高温时,铁等 金属也会变成液态。物质从固态变成液态叫做熔化,物质的熔化温度叫做熔 点。例如,冰的熔点是 0℃,铁的熔点是 1535℃,锡的熔点是 232℃,等等。 把水加热到一定温度时,水就会沸腾,液体沸腾时的温度叫做沸点。实 验证明,液体的沸点是随着大气压强的变化而变化的,而压强是指物体在单 位面积上所受到的压力。压强的单位是帕斯卡(为纪念法国科学家帕斯卡而 命名),简称帕①。大气压强是由于大气层受到重力作用而产生的,离地面 越高的地方大气越稀薄,那里的大气压强越小。由于大气压强不是固定不变 的,我们把 101.325 千帕的压强规定为标准大气压强。物质的沸点是指在标 准大气压强下测得的数据。例如,在 101.325 千帕的大气压强时,水的沸点
是 100℃,水银的沸点是 357℃,液态铁的沸点是 2750℃,等等。
  对于体积相同的铁块和铝块,有经验的人只需用手分别“掂量”一下, 就可以鉴别出哪块是铁,哪块是铝。这是由于体积相同的铁块和铝块,它们 的质量是不相等的。物理上是用密度来表示不同物质的这种性质差别的。某 种物质单位体积的质量,叫做这种物质的密度。密度的单位可用千克/米 3 , 也可用克/厘米 3 来表示。例如,铁的密度是 7.8 克/厘米 3,铝的密度是 2.7 克/厘米 3,水的密度是 1.0 克/厘米 3,等等。为使用方便,化学上气体的密 度也常用克/升来表示。例如,在 0℃、101 千帕时,空气的密度是 1.293 克/ 升,氧气的密度是 1.429 克/升,等等。
物质的熔点、沸点、密度以及大气压强等数据,在物理、化学等手册上
一般都能查到。有关这方面的内容,在物理课中还将进一步学习。
习 题

1.下列哪些是物质的物理性质,哪些是物质的化学性质?为什么?
(1)空气是没有颜色、没有气味的气体。
(2)水沸腾时能变成水蒸气。
(3)食物在人体中消化,最后能变成水、二氧化碳等。
(4)以粮食为原料能酿酒。
(5)铜的密度是 8.9 克/厘米 3,熔点是 1083℃。
(6)二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊。
(7)酒精能燃烧。
(8)酒精能挥发。
  2.根据你的观察,描述我们平时做菜用的食盐(主要成分是氯化钠)的 物理性质。(如果可能的话,最好能查找一下有关的数据。)
  
本章小结


物理变化和化学变化的比较

物理变化 化学变化 定义 没有生成其它物质的 变化叫做物理变化 生成其它物质的变化 叫做化学变化 范围 如蒸发、熔化、沸腾等 包括所有的化学反应 二者间的联系 在化学变化过程中一定同时发生物理变化 与物质性质的关系 物质在化学变化中表现出来的性质叫做化学性质,不 需要发生化学变化就表现出来的性质叫做物理性质
                复习题

下列说法是否正确?为什么?
(1)有其它物质生成的变化是化学变化。
(2)发光发热的变化都是化学变化。
(3)不需加热发生的变化是物理变化。
(4)需要加热才能发生的变化一定是化学变化。

第二章 空气 氧


  我们生活的地球被一层厚厚的空气所包围着。空气不仅起着调节气候的 作用,同时还是人类和动植物生存所必需的。此外,空气还是人类进行生产 活动的重要资源。在这一章中,我们将着重研究空气中的一种重要气体—— 氧气。
  
第一节 空气


  空气是人类和一切动植物的生命支柱,同时也是重要的自然资源。但是, 人们发现空气的成分却比较晚,这是因为空气是一种既看不到踪影又闻不到 气味的气体。在漫长的岁月中,人们曾长期把空气看做是一种单一的物质。 后来,科学家们对燃烧现象和空气的组成做了深入的研究,才认识到空气并 不是一种单一的物质。


  那么,空气究竟是由哪些物质组成的呢?让我们通过实验来研究这个问 题。
  [实验 2-1]装置如图 2-1 所示。将钟罩放入盛水的水槽中,以水面 为基准线,将钟罩水面以上容积分为 5 等分。


  在燃烧匙内盛过量红磷,用酒精灯点燃后,立即插入钟罩内,同时塞紧 橡皮塞,观察红磷燃烧和水面变化的情况。


     通过实验,我们看到在红磷燃烧时有大量白烟生成,同时钟罩内水面逐 渐上升。等燃烧停止,白烟消失后,钟罩内水面上升了约 1/5 体积。 为什么红磷燃烧时只消耗了钟罩内气体的 1/5 而不是全部呢?
这是因为空气并不是一种单一的物质,而是由多种气体组成的。红磷燃
烧所消耗的气体是空气中的氧气,空气中的剩余成分主要是氮气。
  在 18 世纪 70 年代,许多科学家都曾做过类似的实验。具有代表性的人 物是瑞典化学家舍勒①,英国化学家普利斯特里②和法国化学家拉瓦锡(图 2
-2)。
  舍勒和普利斯特里曾先后用不同的方法制得了氧气。拉瓦锡在前人工作 的基础上,通过实验得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。

选 学 研究空气成分的实验

拉瓦锡研究空气成分的实验是怎样进行的呢? 拉瓦锡把少量汞(俗称水银)放在密闭的容器(图 2-3)里连续加热 12
天。结果发现,有一部分银白色的液态汞变成红色粉末,同时容器里的空气 的体积差不多减少了 1/5。拉瓦锡研究了剩余的那部分空气,发现这部分空 气既不能供给呼吸,维持动物的生命,也不能支持燃烧。它就是我们现在所 说的氮气(拉丁文原意是“不能维持生命”)。


  拉瓦锡把汞表面上所生成的红色粉末(后来证明是氧化汞)收集起来, 放在另一个较小的容器里再加强热,得到了汞和氧气,而且氧气的体积恰好 等于密闭容器里所减少的空气的体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩 下的约 4/5 体积的气体里去,结果得到的气体跟空气的性质完全一样。通过 这些实验,拉瓦锡得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。
  
  在 19 世纪末以前,人们深信空气中仅含有氮气和氧气。后来,科学家们 陆续发现了氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体,人们才认识到空气中除了氮气 和氧气外,还有其它的成分。空气的成分按体积分数①计算,大约是:氮气
78%,氧气 21%,稀有气体 0.94%,二氧化碳 0.03%,其它气体和杂质 0.03
%。
  一般说来,空气的成分是比较固定的。这对于人类和其它动植物的生存 是非常重要的。但随着现代化工业的发展,排放到空气中的有害气体和烟尘, 改变了空气的成分,造成了对空气的污染。被污染了的空气会严重地损害人 体的健康,影响作物的生长,造成对自然资源以及建筑物等的破坏。
  排放到空气中的有害物质,大致可分为粉尘和气体两大类。从世界范围 看,排放到空气中的气体污染物较多的是二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等。 这些气体主要来自矿物燃料(煤和石油)的燃烧和工厂的废气。
  鉴于空气污染给人类和大自然带来的危害,我们在发展生产的同时,必 须要充分认识保护环境的重要性,注意消除污染源,以保障人类的健康和保 护自然资源。防治大气污染,首先要依法进行管理,积极开展环境科学的研 究,合理工业布局,改革生产工艺,对排放到大气中的工业废气进行消烟除 尘和无害化处理,消除工业污染源。在城市,最好实行集中供热和将居民燃 料用煤逐步改为煤气,减少由居民生活给大气带来的污染。同时还要大搞植 树造林,使空气得到净化。

选 学 稀有气体的发现和用途

  二百多年前,人们已经知道,空气里除了少量的水蒸气、二氧化碳外, 其余的就是氧气和氮气。1785 年,英国科学家卡文迪许②通过实验发现,把 不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气和氮气后,仍有很少量的残余气体存 在。这种现象在当时并没有引起化学家的重视。一百多年后,英国物理学家 雷利③测定氮气的密度时,发现从空气里分离出来的氮气每升质量是 1.2572 克,而从含氮物质制得的氮气每升质量是 1.2505 克。经多次测定,两者质量 相差仍然是几毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异,他怀疑从空气 分离出来的氮气里含有没被发现的较重的气体。于是,他查阅了卡文迪许过 去写的资料,并重新做了实验。1894 年,他在除掉空气里的氧气和氮气以后, 得到了很少量的极不活泼的气体。与此同时,雷利的朋友、英国化学家拉姆 塞①用其它方法从空气里也得到了这样的气体。经过分析,判断该气体是一 种新物质②。由于这气体极不活泼,所以命名为氩(拉丁文原意是“懒惰”)。 以后几年里,拉姆塞等人又陆续从空气里发现了氦气、氖气、氪气和氙
气。
  氦、氖、氩、氪、氙等气体总称稀有气体,这些气体都是没有颜色,没 有气味的。过去,人们认为这些气体不跟其它物质发生化学反应,曾把它们 叫做惰性气体。但随着科学技术的发展,已经发现,在一定的条件下,有些 稀有气体也能跟某些物质发生化学反应,生成其它物质。
由于稀有气体的特殊性质,它在生产和科学研究中有广泛的应用。 人们利用稀有气体一般不跟其它物质发生化学反应的这种性质,在一些

工业生产中,常常把它们用作保护气。例如,用电弧焊接火箭、飞机、轮船、 导弹等用的不锈钢、铝或铝合金等时,可以用氩气来隔绝空气,防止金属在 高温下跟其它物质起反应。还可以把氩气和氮气混合充入灯泡里,使灯泡经 久耐用。
  稀有气体在通电时会发出有色的光。因此,它们在电光源中有特殊的应 用。灯管里充入氩气,通电时会发出紫蓝色光;充入氦气,通电时会发出粉 红色光;充入氖气,通电时会发出红光,这种光能穿透浓雾,所以氖灯可用 作航空、航海的指示灯。五光十色的霓虹灯就是利用稀有气体的这种性质制 成的。在石英玻璃管里充入氙气的氙灯,通电时能发出比荧光灯强几万倍的 强光,因此叫做“人造小太阳”。这种灯可用于广场、体育场、飞机场等的 照明。
  氖气、氪气、氙气还可用于激光技术等方面。氦气在原子反应堆技术中 可用作冷却剂。作为麻醉剂,氙气在医学上也很受重视。

选 学 臭 氧
在空气中有一种含量极少的气体,叫做臭氧。臭氧主要分布在距地面
(10~50)千米的高空,形成一层臭氧层。 尽管臭氧在空气中的含量很少,但它所起的作用却是非常重要的。臭氧
层吸收了太阳光中绝大部分的波长较短的紫外线,使地球上的生物免受紫外
线的伤害。 多数科学家认为是人类向空气中排放的一些有害物质(如氯氟烃等)使
臭氧层受到了不同程度的破坏,在臭氧层的某些地方出现了变薄的现象,甚
至出现了“空洞”,其后果是相当严重的。目前,国际上正在积极进行研究, 以防止臭氧层进一步遭到破坏。

习 题

1.空气的成分按体积分数计算,大约是 占 21%, 占 78%,
占 0.94%, 占 0.03%,以及 占 0.03%。所以说,空气的成 分以 、 为主,其中 约占空气体积的 1/5, 约占空气体 积的 4/5。
  2.桌子上放有一个空烧杯。一个同学说:“烧杯中没有东西”,另一个 同学说:“烧杯中有物质”。你认为哪一个同学说得对?为什么?
  
第二节 氧气的性质和用途


  我们知道,约占空气体积 1/5 的氧气与人类的生活、生产有着很密切的 关系,是人类维持生命不可缺少的物质。动物和植物的生存也都离不开氧气。

一、氧气的物理性质


  在通常状况下,氧气是一种没有颜色、没有气味的气体。在标准状况① 下,氧气的密度是 1.429 克/升,比空气略大(空气的密度是 1.293 克/升)。 它不易溶于水,1 升水中只能溶解约 30 毫升氧气。
  在压强为 101 千帕②时,氧气在约-183℃(90K)①时变为淡蓝色液体, 在约-218℃(55K)时变成雪花状的淡蓝色固体。
工业上使用的氧气,一般是加压贮存在钢瓶中。

二、氧气的化学性质


  为了研究氧气的化学性质,让我们先做几个实验,看一看氧气能与哪些 物质发生反应,反应现象是怎样的。
[实验 2-2]把一小块木炭放在燃烧匙里,伸进盛有氧气的集气瓶里,
观察木炭是否燃烧。再把木炭加热到发红,然后连木炭带燃烧匙伸进盛有氧 气的集气瓶里,观察木炭燃烧时发生的现象,注意木炭在空气里和在氧气里 燃烧有什么不同(图 2-5)。等燃烧停止后,立即向瓶内倒进一些澄清的石 灰水,振荡,观察石灰水发生什么变化。


木炭(主要成分是碳)在氧气里燃烧比在空气里更旺,发出白光,并放 出热量(见彩图)。燃烧后生成的无色气体能使澄清的石灰水变浑浊,这说 明了碳跟氧气起反应,生成了二氧化碳。这个反应可以用文字简要地表示如 下式:
碳+氧气 二氧化碳


  [实验 2-3]烧匙里放少量硫,加热,直到发生燃烧,观察硫在空气里 燃烧时发生的现象。然后把盛有燃着的硫的燃烧匙伸进盛有氧气的集气瓶 里,再观察硫在氧气里燃烧时发生的现象(图 2-6)。比较硫在空气里和在 氧气里燃烧有什么不同。


  硫在空气里燃烧发出微弱的淡蓝色火焰,而在氧气里燃烧得更旺,发出 蓝紫色火焰(见彩图)。硫跟氧气发生化学反应,生成了一种叫做二氧化硫 的带有刺激性气味的气体,并放出热量。这个反应可以简要地表示如下:①K 是国际单位制中采用的热力学温度(也称绝对温度)单位名称开尔文的符号。 热力学温度 T 和摄氏温度 t 在数值上的关系是:T=t+273,如氧气的沸点-183
℃即相当于-183K+273K=90 K。

硫+氧气二氧化硫 在前面做空气成分实验时,磷在空气中燃烧,实际上是磷与空气中的氧

气发生了化学反应,在这个过程中生成一种叫做五氧化二磷的白色固体,并 放出热量。这个反应可以简要地表示如下:
磷+氧气五氧化二磷
  [实验 2-4]把光亮的细铁丝绕成螺旋状,一端系在一根铁丝上,另一 端系上一根火柴,点燃火柴,待火柴临近烧完时,缓慢插入盛有氧气的集气 瓶里,观察发生的现象(图 2-7)。集气瓶里要预先装少量水或在瓶底铺上 一薄层细沙。


  细铁丝在氧气中剧烈燃烧,火星四射(见彩图),生成了一种叫做四氧 化三铁的黑色固体。生成物熔化后溅落下来,证明在反应过程中放出了大量 的热。
这个反应可以简要地表示如下:

         铁+氧气四氧化三铁 除了铁以外,铜、铝等在空气中不易燃烧的物质也可以在氧气中燃烧。


  [讨论]在实验中,为什么要预先在集气瓶中装少量水或在瓶底铺一薄 层细沙?


  通过上面所做的几个实验,我们可以看出,可燃物在氧气中燃烧比在空 气中燃烧要剧烈,甚至有些在空气中不能燃烧的物质在氧气中也可以燃烧。 以上四个反应有一个共同的特点,都是由两种物质起反应而生成另一种 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。
  碳、硫、磷、铁等物质都是由单一成分组成的。除了这类物质以外,还 有哪些物质可以与氧气反应呢?让我们用蜡烛(主要成分是含碳和氢的石 蜡)再做一个实验。
[实验 2-5]把点燃的蜡烛伸进盛有氧气的集气瓶里,观察并比较蜡烛
在空气里和在氧气里燃烧有什么不同(图 2-8)。燃烧停止后,等稍冷却, 观察瓶壁上有什么出现。取出蜡烛,向瓶里倒进一些澄清的石灰水,振荡, 观察石灰水有什么变化。


  蜡烛在氧气里燃烧比在空气里更旺,发出白光,并放出热量(见彩图)。 瓶壁上有水雾出现。倒入瓶中的澄清石灰水变浑浊。这说明石蜡与氧气反应 生成了水和二氧化碳。
[讨论]石蜡与氧气的反应是化合反应吗? 像煤、木材、酒精、汽油等物质在空气中的燃烧,其实质也是这些物质
跟氧气发生了化学反应。
  碳、硫、铁、石蜡等物质与氧气的反应,虽然并不都是化合反应,但它 们有一个共同的特点,即都是物质与氧气发生的反应。我们把物质跟氧发生 的化学反应叫氧化反应。
通过以上的实验可以看出,氧气是一种化学性质比较活泼的气体。它在

氧化反应中提供氧,具有氧化性,它是一种常用的氧化剂。

三、氧气的用途


  氧气很重要的用途是供给呼吸和支持燃烧,在一般情况下,呼吸和燃烧 只需使用空气就可以了,只有在特殊情况下才需要使用纯氧。除了上述两种 用途以外,氧气在工农业生产和科学研究方面,还有许多用途。这些用途一 般都是利用氧气易于跟其它物质起反应并放出热量这一性质。第 17 页的图可 以简要地表示出氧气的主要用途。

习 题

1.填写下列空白
  (1)在通常状况下,氧气是一种 颜色、 气味、 溶解 于水的气体。
(2)硫在空气中燃烧,发出 色火焰,而在氧气中燃烧,发出
色火焰。
(3)由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应叫做 。
(4)物质跟氧发生的化学反应叫做 。
2.将正确答案的序号填在括号里
  (1)将带火星的木条插入一瓶无色气体中,木条剧烈燃烧,说明这种气 体是 [ ]。
A.氮气 B.空气 C.氧气
(2)细铁丝在氧气中燃烧时的反应现象是 [ ]。 A.产生光彩夺目的火焰,生成黑色固体 B.产生蓝色火焰,生成黑色固体 C.剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体 D.铁丝红热,熔化
(3)氧气的化学性质 [ ]。
A.比较活泼,在高温条件下能与许多物质发生剧烈的化学反应 B.很活泼,在常温时能与所有物质发生剧烈的化学反应 C.不活泼,常温时不能与其它物质发生化学反应 D.很不活泼,高温时难与其它物质发生化学反应
3.在下列反应中,哪些属于化合反应?哪些属于氧化反应?
(1)铝+氧气→三氧化二铝
(2)氢气+氧气→水
(3)碱式碳酸铜→氧化铜+水+二氧化碳
(4)乙炔+氧气→二氧化碳+水
(5)甲烷+氧气→二氧化碳+水
4.填空
(1)碳+氧气 ( ) (2)磷+氧气 ( ) (3)硫+氧气 ( ) (4)铁+氧气 ( )

(5)石蜡+氧气 ( )+( )
5.在什么情况下,一个化合反应同时也是一个氧化反应?

第三节 氧气的制法


  在第二节的实验中,我们使用了氧气。同学们一定很想知道氧气是怎样 制得的。本节将简单介绍氧气的实验室制法和工业制法。

一、氧气的实验室制法


  在实验室里,我们通常采用加热氯酸钾或高锰酸钾的方法来制取氧气。 在用氯酸钾制取氧气时,我们通常还要放入少量的二氧化锰①,这是为什么 呢?让我们仔细观察一下以下的三个实验。
  [实验 2-6]把少量氯酸钾放在试管里加热几分仔细钟,可以看到,氯 酸钾熔化后,才开始缓慢地放出气泡,这时用带火星的木条插入管口,观察 木条是否着火。如果着火,表明有什么气体放出?
  [实验 2—7]把少量二氧化锰放在试管里加热,用带火星的木条插入管 口,观察木条是否着火。这种现象表明有没有氧气放出?
  [实验 2-8]把少量氯酸钾放在试管里稍稍加热片刻,即用带火星的木 条插入管口,木条不着火。把试管移离火焰,迅速撒入少量二氧化锰,再用 带火星的木条插入管口,观察木条是否着火。这个实验说明什么问题?19
通过上面的三个实验说明:第一,加热氯酸钾是能放出氧气的,但需要
加热到较高的温度。第二,二氧化锰的成分里尽管有氧,但是在通常加热时 却并没有氧气放出来。第三,在较低的温度下不会放出氧气的氯酸钾中,加 入了加热时不易放出氧气的二氧化锰,却能迅速地放出氧气。值得注意的是, 实验证明,在这个反应里,氯酸钾的量有所减少,而二氧化锰的量并没有变 化,而且化学性质也没有变化。这说明了放出的氧气来自氯酸钾。也就是说, 二氧化锰具有使氯酸钾在较低温度下迅速放出氧气的本领。这种在化学反应 里能改变其它物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前 后都没有变化的物质叫做催化剂(或叫做触媒)。催化剂在化学反应中所起 的作用叫催化作用。二氧化锰就是用氯酸钾制氧气的反应中的催化剂。
在氯酸钾受热放出氧气的同时,还生成了一种叫做氯化钾的物质。这个
化学反应可以简要地表示如下:
氯酸钾氯化钾+氧气 由于氧气不易溶于水,因此可以用排水法收集(见图 2-9)。

图 2-9 制取氧气
  〔实验 2-9〕把氯酸钾和二氧化锰混合(一般按 3∶1 的质量比混合) 均匀后,放在试管里,用带有导管的塞子紧塞管口。给试管加热。用排水法 收集一瓶氧气。
  在实验室中,除了用氯酸钾制取氧气外,还可以使用高锰酸钾来制取氧 气。用高锰酸钾制氧气时,不需要催化剂,也不需要很高的温度。只要稍稍 加热,就会有氧气放出。这个化学反应可以简要地表示如下:
      高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气 用氯酸钾或高锰酸钾制取氧气的反应恰好与化合反应相反,即反应物只
有一种,而反应后生成的物质却有多种。这种由一种物质生成两种或两种

以上其它物质的反应,叫做分解反应。

二、氧气的工业制法


  通常,在工业、医疗等方面使用氧气的量是很大的,不可能用上述的实 验室制法来大量制取氧气。那么,可以用什么作为原料来大量制取氧气呢? 有人一定会提出用空气作为原料的设想。对!工业上用的大量氧气,主要是 使空气液化,再分离液态空气而制得的。
  空气是由氧气、氮气和其它气体所组成的,如何才能把氧气从空气中分 离出来呢?我们知道,任何液态物质都有一定的沸点。科学家们正是利用了 物质的这一性质,在低温条件下加压,使空气转变为液态空气,然后蒸发。 由于液态氮的沸点是-196℃(77K),比液态氧的沸点低,因此氮气首先从液 态空气中蒸发出来,剩下的主要就是液态氧了。为了便于贮存、运输和使用, 通常是把氧气加压到 1.5×107 帕,并贮存在蓝色钢瓶中。

习 题

1.填写下列空白
  (1)在实验室中可以用 或 等物质制取氧气。可用排水法收 集氧气的原因是 。
(2)加热掺有少量二氧化锰的氯酸钾制取氧气时, 没有消耗,它
加快了化学反应的速率,它所起的作用叫 。
  (3)由一种物质生成两种或两种以上物质的反应叫做 。用氯酸钾 制取氧气的反应,属于 。
2.判断下列说法是否正确,如不正确,加以改正。
  (1)要使氯酸钾受热分解出氧气,必须要加入二氧化锰,否则就不能发 生反应。
(2)在工业上,主要用分离空气的方法制取氧气,这个过程属于分解反
应。
  3.下列用文字所表示的化学反应有什么相同点?它们属于哪一种反应类 型?
(1)碱式碳酸铜氧化铜+水+二氧化碳
(2)氯酸钾氯化钾+氧气
(3)氧化汞汞+氧气
(4)水氢气+氧气

第四节 燃烧和缓慢氧化


  我们知道,很多物质可以在空气中燃烧,在纯净的氧气中燃烧得更加剧 烈。证明氧气性质的几个实验,不仅说明了氧气的化学性质很活泼,还说明 了我们通常所说的燃烧指的就是可燃物跟空气中的氧气发生的一种发光发热 的剧烈的氧化反应。
  人类已有几十万年的用火历史,人们利用可燃物燃烧时发出的光和热来 照明、取暖、烧煮食物、冶炼钢铁,等等。可见,燃烧与人类的生产和生活 有着十分密切的联系。

一、燃烧的条件

让我们先来做一个实验,看一下可燃物燃烧时究竟需要什么条件。
  〔实验 2-10〕在 500 毫升的烧杯中注入 400 毫升开水,并投入一小块 白磷。在烧杯上盖一片薄铜片,铜片上一端放一小堆干燥的红磷,另一端放 一小块已用滤纸吸去表面上水的白磷(图 2-10)。观察反应现象。


  通过实验我们可以看到,在实验进行不久,铜片上的白磷就产生白烟开 始燃烧,而水中的白磷和铜片上的红磷并没有燃烧。这是为什么呢?
原因很简单,要使可燃物燃烧,需要同时满足两个条件:一是可燃物要
与氧气接触;二是要使可燃物达到燃烧时所需的最低温度,我们将这个最低 温度叫做着火点。
白磷的着火点很低,只有 40℃。因此,铜片上的白磷被烧杯中的热水加
热到了着火点温度,同时它又跟氧气接触,所以可以燃烧。而水中的白磷尽 管温度已超过着火点,但由于没有跟氧气接触,所以不能燃烧。红磷的着火 点在 200℃以上,尽管它与氧气发生了接触,但由于没有达到着火点温度, 也不能燃烧。
我们知道了可燃物燃烧的条件以后,就不难理解灭火的原理了。显然,
我们在灭火时可以采取两种方法,即将可燃物跟空气隔绝或将可燃物的温度 降到着火点以下。

二、燃烧的现象


  同学们回忆一下碳、硫、磷、蜡烛在空气中燃烧时的现象,就会发现, 同样是可燃物的燃烧,不同的物质,燃烧时会产生不同的现象。即使是同一 种物质,在空气中或在氧气中的燃烧现象也不同。
  可燃物燃烧时的不同现象,除了与可燃物的性质有关以外,还取决于可 燃物跟氧气的接触面积和氧气的浓度。接触面积越大,氧气浓度越高,燃烧 就越剧烈。如果急速的燃烧发生在有限的空间内,就会在短时间内聚积大量 的热,使气体的体积迅速膨胀而引起爆炸。在油库、面粉加工厂、纺织厂和 煤矿的矿井内,都写有“严禁烟火”的字样,就是因为这些地方的空气中常 混有可燃性的气体或粉尘,它们接触到明火,就有发生爆炸的危险。

三、缓慢氧化和自燃


燃烧是一种剧烈的氧化反应,但并不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧
烈和发光、发热,有些氧化反应进行得很慢,甚至不容易被察觉,这种氧化 叫做缓慢氧化。
  在生活中,缓慢氧化的例子很多,如动植物的呼吸、食物的腐败、酒和 醋的酿造、农家肥料的腐熟等都包含有缓慢氧化。
  物质在缓慢氧化的过程中也要产生热量,如果产生的热量不能及时散 失,就会越积越多,引起物质的温度升高,如果温度达到了这种物质的着火 点,不经点火也会引起自发的燃烧。这种由缓慢氧化而引起的自发燃烧叫做 自燃。
  秸秆、柴草、煤炭、擦机器的棉纱等,如果堆放不合理,空气不流通, 时间长了就可能引起自燃。过去,有些人由于不懂自燃的科学道理,将自燃 现象说成是“天火”,这种迷信的说法应该破除。
  为了保证生产和生活的安全,要切实防止自燃现象的发生。应注意一般 不要将可燃物质堆放得太多、太久,并要注意通风或经常翻动,以降低温度。 但是,值得一提的是,缓慢氧化产生的热,有时却可加以利用,例如在
农业生产上的高温堆肥等。

四、常见易燃物和易爆物的安全知识


  我们知道硫、磷、酒精、液化石油气、氢气等物质在空气中都极易燃烧, 有些甚至会发生爆炸。因此,这些物质都属于易燃物和易爆物。
易燃物和易爆物究竟是指哪些物质呢?
  一般来说,易燃物指的是那些易燃的气体和液体,容易燃烧、自燃或遇 水可以燃烧的固体以及一些可以引起其它物质燃烧的物质等。易爆物指的是 那些受热或受到撞击时容易发生爆炸的物质。
易燃物和易爆物在遇到明火、高温或撞击时,极易燃烧或发生爆炸。因
此,在生产、运输、使用和贮存易燃物和易爆物时,必须严格遵守有关规定, 绝不允许违章操作。
生产、使用和贮存易燃物和易爆物的厂房、仓库等建筑物与周围建筑之
间要留有足够的防火距离。厂房和仓库要符合防火和防爆的要求。厂房和仓 库要有良好的通风设备和静电消除设备,消防器材必须齐备,并严禁烟火, 杜绝一切可能产生火花的因素。所有的电气设备和照明设备均应采用隔离、 封闭或防爆型装置。
  盛装易燃物和易爆物的容器要牢固、密封,容器外要有明显的警告标志, 并标明物质的名称、化学性质和注意事项。
  易燃物和易爆物不能跟其它物质混存,对那些相互接触容易引起燃烧或 爆炸的物质,以及灭火方式不同的物质,应隔离贮存;对那些遇水或受阳光 照射容易发生燃烧或爆炸的物质,不能存放在露天或高温的地方。存放易燃 物和易爆物时,不能堆放得过高过密,堆与堆、堆与墙之间要留有一定距离 的通道。
  存放易燃物和易爆物的仓库,要做到人走电断,并进行经常性的防火检 查,以防止自燃或爆炸。
在搬运易燃物和易爆物时,要轻拿轻放,不能摔、砸或撞击;运输车辆

要有相应的灭火设备和静电消除措施及防晒、防雨设备,以免发生意外事故。

1.填写下列空白
(1)要使可燃物燃烧,需要满足下列条件: 和 。
  (2)燃烧是 跟 发生的一种 的 剧烈的氧化反 应。
(3)自燃是由 引起的 。
2.为什么煤炉火用扇子越扇越旺,而烛火用扇子一扇就会熄灭?
3.燃烧和缓慢氧化有什么区别和联系?
4.写出下列反应的文字表达式
(1)铝跟氧气反应生成三氧化二铝
(2)碳酸氢铵受热分解为氨气、水和二氧化碳
(3)乙烯在氧气中燃烧生成二氧化碳和水

本章小结


  这一章的主要内容,是围绕着氧气的性质展开的。因此,本章的重点是 氧气的化学性质和实验室制法,只要掌握了氧气的性质,学习其它内容就比 较容易了。
下表简要地表示了这一章内容间的联系。





  在这一章中,我们还学习了两个基本反应类型,这两个反应类型可以用 下面的通式简明地表示出来。
化合反应: A +B→AB
分解反应: AB→A+B

复习题

1.填写下列空白
(1)物质的化学性质,必须经过 才能表现出来;物质的物理性质,
就能表现出来。
(2)二氧化锰在氯酸钾受热分解时起 作用,是这个反应的
剂,在这个反应前后,二氧化锰的化学性质和质量 改变。
  (3)硫在空气中燃烧后的生成物叫 ;细铁丝在氧气中燃烧后的生 成物叫 。
  (4)在工业上是利用液态氮和液态氧的 不同,采用 的方法 制得氧气的。
(5)氯酸钾和氯化钾都是白色固体,可以用 方法进行区别。
2.将正确答案的序号填在括号里
(1)物质发生化学反应的本质特征是 [ ]。 A.状态和颜色发生了变化 B.有放热和发光的现象产生 C.有气体逸出 D.有其它物质生成
(2)下列物质分别在氧气中燃烧,有二氧化碳和水生成的是 [ ]。 A.木炭 B.硫 C.石蜡 D.磷
(3)下列说法中,正确的是 [ ]。
A.蜡烛在氧气中燃烧是氧化反应,但不是化合反应 B.物质只要满足将温度升高到着火点之上或与氧气接触这两个条件中的
一个,就可以燃烧
C.用氯酸钾制取氧气的反应是分解反应 D.凡是在通常条件下不能燃烧的物质,都是不能与氧气反应的物质
3.填表


与氧气反
应的物质 与氧气反应
的条件 与氧气反应
的现象 反应后生成物
的名称 化学反应的文
字表达式 木炭 硫 磷 细铁丝 石蜡



4.有三个集气瓶,分别充满空气、氮气和氧气。试用简单的方法加以鉴
别。
  5.有人画了下面的关于在实验室里制取氧气的装置图,回答以下两个问 题:


  (1)这个图是否有错误?如果有错误,指出错误在哪里,并说明改正的 方法。
(2)实验完毕后,应该先移去酒精灯还是先把导管从水里拿出来?为什

么?
6.写出下列反应的文字表达式,并指出是化合反应还是分解反应。
(1)镁在空气中燃烧
(2)乙炔在氧气中燃烧生成二氧化碳和水
(3)高锰酸钾受热生成锰酸钾、二氧化锰和氧气
(4)碱式碳酸铜受热生成氧化铜、水和二氧化碳
(5)氧化汞受热生成汞和氧气

第三章 分子和原子


  我们周围的世界是由形形色色的物质构成的。但物质本身又是由什么构 成的呢?例如,滔滔不绝的流水,是连续的、可以无限分割的呢?还是由分 到最后不能再分的水的微粒所构成?自古以来,这个问题曾引起许多学者的 争论。通过长期的实践和科学研究,人们终于逐步搞清并证实,物质是由分 子、原子等等微粒构成的,可以设想为,好比建筑物是由砖、瓦构成的一样。 在本章中,我们主要学习分子和原子这两个概念,以及有关原子的构成、
元素、化学式等方面的基础知识。

第一节 分子


一、分子


  我们走到花圃或酒店的附近,往往会嗅到花或酒的香气;湿的衣服经过 晾晒就会干燥;糖块放在水里,会逐渐消失,而水却有了甜味;100 毫升酒 精和 100 毫升水混合在一起,体积小于 200 毫升(图 3-1)。



  [实验 3-1]把固体碘密封在一根约长 10 厘米的玻璃管内。用酒精灯 微热玻璃管盛碘的一端,观察管内发生的现象。(图 3-2)


固体碘受热变成蒸气,碘蒸气遇冷又变成固体碘。 以上所说的这些现象,从表面上看起来,好像是互不相关的,也是不容
易解释的。自从人们认识到一切物质都是由相应的微粒所构成以后,这些现 象就比较容易理解了。例如,人能嗅到花或酒的香气,是因为花或酒中有香 气的微粒,扩散到空气中,接触到人的嗅觉细胞,因而使人嗅到了香气。湿 衣服能晾干,是由于构成水的微粒在风吹日晒下扩散到空气中去了。糖块在 水中溶解,同时水有了甜味,是由于糖的微粒扩散到水的微粒中间去了。酒 精跟水混合后的总体积小于混合前它们的体积之和,我们可以设想,是由于 构成酒精和水的微粒之间都有空隙,当这两种微粒混合时,在相互作用的过 程中,有的微粒挤占了空隙。固体碘受热变成蒸气,是由于受热后碘的微粒 的运动速度加大了,微粒的间隔也加大了;碘蒸气冷却时变成碘的固体,是 由于碘的微粒的运动速度和间隔都变小了。
上述水、酒精、蔗糖和碘的微粒属于科学上所说的分子。分子是构成物
质的一种微粒。上章所讲的氮气、氧气、二氧化碳等物质也都是由分子构成 的。
由分子构成的物质在发生物理变化时,物质的分子本身没有变化。例如,
水变成水蒸气时,水分子本身没有变,水的化学性质没有变;蔗糖溶于水时, 蔗糖分子和水分子都没有变,它们的化学性质也都没有变。由分子构成的物 质在发生化学变化时,它的分子起了变化,变成了别的物质的分子。例如, 硫或碳在氧气中燃烧时,硫、碳、氧气的分子都发生了变化,生成了二氧化 硫或二氧化碳的分子,因而硫、碳、氧气的化学性质当然不能保持了。
  所以,分子是保持物质的化学性质的一种微粒。同种物质的分子,性 质相同;不同种物质的分子,性质不同。
分子的体积是很小的,一滴水(按 20 滴水的体积为 1 毫升计算)里约有
1.67×1021 个水分子。如果 10 亿人来数一滴水里的水分子,每人每分钟数
100 个,日夜不停,需要数 3 万多年才能数完。如果拿水分子的大小跟乒乓 球相比,就好像拿乒乓球跟地球相比一样。分子这么小,我们用肉眼直接看 是看不见的。现在,人们已能通过科学仪器把分子放大几十万倍,观察到分 子的图像。下图就是苯分子图像的照片,这有力地证明了分子的存在。
①图中白色部分表示苯分子。

图 3-3 用扫描隧道显微镜观察到的苯分子图像的照片①

分子的质量是非常小的。例如,水分子的质量大约是 3×10-26 千克。 分子并不是静止地存在的,它总是在不断地运动。一杯水和一块糖放在
桌子上,看起来是静止不动的,实际上水分子和糖分子都在不断地运动。把 糖放在水中,糖能够溶解,就是这个缘故。
  分子间有一定的间隔。一般物体有热胀冷缩的现象,就是由于物质分子 间的间隔受热时增大,遇冷时减小的缘故。气态物质的分子间的间隔很大, 而液态和固态物质的分子间的间隔都很小。

[讨论]举出生活中几个事例,说明分子在不断运动,分子间有间隔。

家庭小实验


  在一个玻璃容器(如小玻璃杯、小玻璃瓶等)中,加入约 20 毫升水,向 水中放入一个小糖块(冰糖块或砂糖块)。在容器外壁用铅笔沿液面画一条 水平线。当糖块溶解后,观察并比较液面与水平线的高低。解释以上现象。



二、混合物和纯净物 混合物是由两种或多种物质混合而成的,这些物质相互间没有发生反
应,混合物里各物质都保持原来的性质。例如,空气是氧气、氮气、稀有气 体、二氧化碳等多种成分组成的混合物,各种成分间没有发生化学反应,它 们各自保持原来的性质。
纯净物跟混合物不同,它是由一种物质组成的。例如,氧气、氮气和氯
酸钾等都是纯净物。
  [实验 3-2]在两张滤纸上各放置少量铁粉和硫例粉,观察它们的颜色 和状态。把两种物质的粉末在一张滤纸上均匀混合。再观察它们的颜色、状 态。用一个磁铁在混合物上方缓慢移动,观察发生了什么现象。
由以上实验可见,铁粉和硫粉的混合物的颜色,跟铁粉和硫粉都不相同。
用磁铁可以吸引混合物中的铁而不能吸引硫,可知,混合物中的铁和硫各自 保持原来的性质。
分子的知识可以帮助我们比较深入地理解混合物和纯净物的概念。由分
子构成的物质,如果是由不同种分子构成的就是混合物,由同种分子构成的 就是纯净物。例如,空气中含有氧气、氮气、二氧化碳等物质的不同分子, 所以空气是混合物。氧气只是由氧气分子构成的,所以氧气是纯净物。
  我们研究任何一种物质的性质,都必须取用纯净物。因为一种物质里如 果含有杂质,就会影响这种物质固有的某些性质。
  实际上,绝对纯净的物质是没有的,通常所谓的纯净物指的是含杂质很 少的具有一定纯度的物质。为了适应工农业生产和科学实验的需要,可以用 物理或化学的方法,使不纯物质变为比较纯的物质。例如,用作半导体材料 的硅,就是从含硅的矿物里制得的。经提纯,硅的质量分数 ① 可达
99.999999999%,这种硅叫做高纯硅。

习 题

1.填写下列空白
(1)分子是保持物质 性质的一种微粒。同种物质的分子,性质
;不同种物质的分子,性质 。
(2)5 克水中大约有 个水分子。
2.回答下列问题
(1)盛酒精、汽油的瓶子为什么要塞紧瓶塞?
(2)在一定温度下,一定量的气体受压时体积缩小,为什么?
(3)湿衣服晾在日光下容易干燥,为什么?
3.分子是否保持物质的物理性质?举例说明。
4.下面的叙述是否正确,为什么?
(1)空气是由空气的分子构成的。
(2)空气中的氮气和氧气经混合,它们的化学性质都已改变。
(3)空气里氮气、氧气等的分子均匀地混合在一起。
5.指出下列物质里,哪些属于混合物,哪些属于纯净物?
  (1)氧化镁,(2)空气,(3)氧气,(4)液态氧,(5)硫粉,(6) 二氧化碳,(7)氯酸钾跟二氧化锰混合并加热制取氧气后的剩余物。
  
第二节 原子


一、原子

分子是很小的,它是否还可以再分呢?
  ①质量分数的符号是ω。表示物质中某组分的质量与物质总质量之比。 在本书中,如以“%”形式表示而不特别注明,均指某组分的质量分数。 实验证明,某种物质的分子经过化学反应能够变成其它物质的分子,例 如,碱式碳酸铜的分子经过加热,能够变成氧化铜、水和二氧化碳的分子。 可见,分子尽管很小,但还是可以再分的。我们再举一个比较简单的例子。 把氧化汞(一种红色的粉末)加热时,可以得到银白色的金属汞,同时生成 氧气。科学研究证明,氧化汞受热时,氧化汞分子会分解为更小的氧微粒和 汞微粒。这些微粒进行重新组合,每 2 个氧微粒结合成 1 个氧分子,许多个
汞微粒聚集成金属汞。这个反应可以用图式形象地表示如下:


  在化学反应中不能把氧微粒或汞微粒进一步再分成更小的微粒了。科学 上把这种在化学反应中不能再分的微粒叫做原子。在化学反应中分子发生了 变化,生成了新的分子,而原子仍然是原来的原子。因此,原子是化学变化 中的最小微粒。


  原子的体积很小。我们如果有可能把 1 亿个氧原子排成一行,它们的长 度也只有 1 厘米多一些。因此,肉眼是看不见原子的。现在人们已能通过科 学仪器摄制出显示原子图像的照片。图 3-6 是用扫描隧道显微镜摄制的显示 硅原子图像的照片。图中的白点表示硅原子。
原子的质量很小,它和分子一样,也在不断地运动。
  有些物质是由分子构成的,例如,水、酒精、蔗糖等;还有一些物质是 由原子直接构成的,例如,稀有气体、汞等。
[讨论]分子和原子有什么不同?

选 学 原子和分子的发现

  物质由不连续的微粒构成,这一想法由来很久。远在公元前 5 世纪,希 腊哲学家德谟克利特①等人就认为万物是由大量的不可分割的微粒构成的, 并把这些微粒叫做原子(希腊文原意是“不可分割”)。各种古代的原子观 念是人们根据对自然现象的观察、想象和推测提出来的,可以用来初步解释 像混合、蒸发、溶解等现象。但是,它缺乏科学实验的验证。
  到了 17 和 18 世纪,由于科学家对气体性质和热现象的研究,积累了大 量的事实,论证了原子和分子的存在。英国科学家道尔顿(图 3-7)于 19 世纪初提出了近代原子学说。他认为物质是由原子构成的,这些原子是微小 的不可分割的实心球体,同种原子的性质和质量都相同。道尔顿的原子学说 对化学的发展起了十分重要的作用。但他没有把原子和分子区别开来。后来, 意大利的科学家阿伏加德罗②提出了分子的概念,指出了分子和原子的区别
  
和联系。人们把物质由原子、分子构成的学说叫做原子-分子论。
  自从用原子-分子论来研究物质的性质和变化以后,化学才有了较快的发 展。现在,人们对物质结构的认识早已远远地超过了原子-分子论的水平。
①德谟克利特(Democritus,公元前 460?~370?)
图 3-7 道尔顿(J.Dalton.1766~1844)英国化学家
②阿伏加德罗(A.Avogadro,1776~1856)



二、原子能不能再分


  原子在化学反应中不能再分,如果用其它方法或在其它变化中能不能再 分呢?
  直到 19 世纪末叶,人们还认为原子是不能再分的。后来,生产技术的发 展为精密的科学实验提供了条件,在 1897 年,英国科学家汤姆生①发现了电 子,并认为一切原子中都含有电子,人们开始揭示原子内部的秘密,认识到 原子不是构成物质的最小微粒,它本身还具有复杂的结构,还可以再分。
  科学实验证明,原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电 的电子构成的。由于原子核所带电量和核外电子的电量相等,但电性相反, 因此原子不显电性。不同类的原子,它们的原子核所带的电荷数彼此不同。 如氢原子,原子核带 1 个单位正电荷,核外有 1 个电子,带 1 个单位负电荷; 氧原子,原子核带 8 个单位正电荷,核外有 8 个电子,带 8 个单位负电荷, 等等。同种原子的核电荷数是相同的。
原子核比原子小得多,原子核的半径约为原子半径的十万分之一,原子
核的体积只占原子体积的几千亿分之一。假设原子有一座十层大楼那样大, 那么原子核却只有一个樱桃那样大。因此,相对来说,原子里有很大的空间, 电子就在这个空间里作高速的运动。
原子核虽小,但它还可以再分。现代原子能的利用、原子弹的爆炸,就
是利用原子核变化时所放出的巨大的能量。 科学实验证明,原子核是由质子和中子两种微粒构成的。每个质子带 1
个单位的正电荷,中子不带电,可见原子核所带的正电荷数(核电荷数)就
等于核内质子的数目。表 3-1 列出了几种原子的构成。
①汤姆生(J.J.Thomson,1856~1940)



表 3 - 1 几种原子的构成
原子种类 原子核 核外电子数 质子数 中子数 氢 1 1 碳 6 6 6 氧 8 8 8 钠 11 12 11 铁 26 30 26

三、原子量


  原子虽然很小,但也有一定的质量。不同原子的质量各不相同,表 3-2 列出几种原子的质量。
表 3 - 2 几种原子的质量
原子种类 1 个原子的质量/千克 氢 1.674 × 10-27 碳 1.993 × 10-26 氧 2.657 × 10-26 铁 9.288 × 10-26



这样小的数字,书写、记忆和使用都很不方便,就像用吨作单位来表示
一粒稻谷或小麦的质量一样。简便的解决办法是选择一个跟稻粒或麦粒的质 量接近的单位来衡量稻粒或麦粒的质量。同样的道理,衡量各种原子的质量, 最好能选用一种跟原子质量相近的“砝码”。因而科学家想到选择一种原子 的质量作为比较的标准来衡量其它原子的质量。也就是说,不直接用原子的 实际质量(千克为单位),而采用以一种原子的质量作为比较的标准,得到 其它原子质量跟它的比值。经过研究和实践,国际上一致同意以一种碳原子
①的质量的 1/12(约 1.66×10-27 千克)作为标准,其它原子的质量跟它比较
所得的值,就是这种原子的相对原子质量②(原子量)。例如,氢原子的质 量约等于碳 12 原子质量的 1/12,所以,氢的
①这种碳原子指的是原子核内有 6 个质子和 6 个中子的一种碳原子,通
常叫做碳 12 原子。此外,还有质子数为 6 而中子数不同的碳原子。
  ②相对原子质量是中华人民共和国国家标准 GB3100~3102-93《量和单 位》中规定的名称。此量以前称为原子量。做为过渡,在不致产生误解时, 也可称为原子量。
原子量约等于 1。氧原子和铁原子的质量约等于碳 12 原子质量的 1/12 的 16
倍和 56 倍,所以,氧和铁的原子量分别约等于 16 和 56。 由此可见,原子量只是一个比值,它的国际单位制(SI)单位为一,符
号为 1(单位 1 一般不写出)。我们采用原子量来计算、书写是很方便的。
一般化学计算可采用原子量的近似值,见第 42 页的表 3-3。相对原子质量 表见书末附录。
质子和中子的质量大约相等,都约等于碳 12 原子质量的 1/12,即约等
于 1 个氢原子的质量。电子的质量很小,仅相当于质子或中子质量的 1/1836。 因此,原子的质量主要集中在原子核上。

习 题

1.将正确答案的序号填在括号里
(1)原子核 [ ]。 A.由电子和质子构成 B.由质子和中子构成

C.由电子和中子构成 D.不能再分
(2)在原子里质子数等于 [ ]。 A.中子数 B.电子数
C.中子数和电子数之和 D.原子量
(3)碳的原子量是 [ ]。 A.12 克 B.12
C.1.993×10-26 千克 D.1/12 克
  2.以氧原子为例,说明构成原子的微粒有哪几种。它们怎样构成原子? 为什么整个原子不显电性?
3.下列的叙述有没有错误?怎样改正?
(1)原子量是原子质量的简称。
(2)原子量的单位是千克。
(3)原子的质量约等于原子核内质子和中子的质量之和。
  (4)钠的原子核中有 11 个质子和 12 个中子,核外有 11 个电子,钠原 子不显电性。
4.用原子和分子的观点来解释下列事实:
(1)水受热蒸发变成水蒸气。
(2)氧化汞受热分解生成汞和氧气。
(3)蔗糖溶解于水。
(4)打开衣箱时,可以嗅到压在衣服下的樟脑的气味。

第三节 元素 元素符号

一、元素
  我们生活在物质的世界里,我们周围的千千万万种物质是不是由少数基 本物质所形成的呢?这个问题古代的许多哲学家都思考过。有人认为气是万 物之源,有人认为水是万物之本,有人认为万物是由气、水、火、土四种元 素形成的,有人认为是由金、木、水、火、土组成万物的。真可说是众说纷 纭,但都拿不出令人信服的科学根据。经过长期的实践和科学研究,这些说 法都被人们否定了。
直到人们认识了原子和原子内部结构以后,才对组成万物的基本物质—
—元素有了进一步理解。现在人们认为元素是同一类原子的总称。 我们知道,氧分子是由氧原子构成的,二氧化碳分子是由氧原子和碳原
子构成的。无论氧分子中的氧原子,还是二氧化碳中的氧原子,都是同一类 的原子,核电荷数都是 8,即核内都有 8 个质子。氧气和二氧化碳两种物质 中,都含有氧元素。
  通常所说的氮肥,如尿素、硝酸铵等,都是含有氮元素的肥料;铁矿石、 钢铁、铁锈中都含有铁元素。
因为同类原子具有相同的核电荷,因此,元素是具有相同核电荷数(即
核内质子数)的一类原子的总称。 我们周围的世界里,物质的种类非常多,约有一千多万种。但是,组成
这些物质的元素并不多。到目前为止,已经发现的元素约有一百余种。这一
千多万种物质都是由这一百余种元素所组成的。 我们研究某一种物质,通常指的是纯净物。在纯净物里,有的是由同种
元素组成的,例如,氧气是由氧元素组成的,铁是由铁元素组成的。像这种
由同种元素组成的纯净物叫做单质。
  有些物质的组成比较复杂,例如,氧化镁是由氧和镁两种不同元素组成 的,氯酸钾是由钾、氯和氧三种元素组成的。像这种由不同元素组成的纯 净物叫做化合物。
在由两种元素组成的化合物中,如果其中一种是氧元素,这种化合
物叫做氧化物。如氧化镁、二氧化碳等都是氧化物。
  各种元素在地壳里的含量相差很大。从图 3-8 可以看到,地壳主要是由 氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等等元素所组成。含量最多的元素是 氧,其次是硅。氧几乎占地壳的一半。氧在自然界里起着重要的作用。但是, 如果以为含量少的那些元素在自然界里起着次要的作用,那就错了。例如, 碳、氢和氮对动植物有着非常重要的作用,但是这三种元素在地壳里的质量 分数却较小:碳是 0.087%,氢是 0.76%,氮是 0.03%。

选 学 生物细胞中的元素
生物细胞,不管它来源于动物、植物或微生物,都含有近似的元素组成
(元素种类和质量分数)。


二、元素符号


  元素有一百多种,如果用文字来表示各种元素以及由它们组成的单质和 化合物将十分麻烦。人们经多年的使用修改,确定了一套符号来表示各种元 素。
  在国际上,现在统一采用元素的拉丁文名称的第一个大写字母来表示元 素,如果几种元素名称的第一个字母相同时,可再附加一个小写字母来区别。 例如,用 C 表示碳元素,Ca 表示钙元素,S 表示硫元素,Si 表示硅元素,N 表示氮元素,Na 表示钠元素,等等。这种符号叫做元素符号。书写元素符号 时应该注意,第二个字母必须小写,以免混淆。例如,CO 表示钴元素,如果
写成 CO,就表示化合物一氧化碳了。 元素符号表示一种元素,还表示这种元素的一个原子。 一些常见元素的名称①、符号和一般化学计算所采用的原子量(近似值)
见表 3-3。
表 3 - 3 一些常见元素的名称、元素符号和原子量(近似值)
元素
名称 元素
符号 原子量 元素
名称 元素
符号 原子量 元素
名称 元素
符号 原子量 氢






氩 H
He
N
O
F
Ne
Cl
Ar 1
4
14
16
19
20
35.5
40 碳






钾 C
Si
P
S
Na
Mg
Al
K 12
28
31
32
23
24
27
39 钙






汞 Ca
Mn
Fe
Cu
Zn
Ag
Ba
Hg 40
55
56
63.5
65
108
137
201



习题

1.填写下列空白
(1)二氧化碳是由碳 和氧 组成的。
(2)二氧化碳分子是由碳 和氧 构成的。
(3)氧化镁、二氧化碳、氧化汞中都含有 元素,它们都属于 。
  (4)写出下列元素的符号和原子量(近似值)镁 ,磷 ,银 , 铁 。
2.下列说法有没有错误?把错误的说法加以改正。
(1)加热氧化汞生成汞和氧气,氧化汞中含有氧气分子。
(2)二氧化硫分子是由硫元素和氧元素构成的。
(3)二氧化碳是由氧气和碳两种单质组成的。
3.将正确答案的序号填在括号里
(1)元素是具有 的一类原子的总称。 [ ] A.相同质量 B.相同中子数

C.相同电子数 D.相同核电荷数
(2)下面的符号中,写法正确的元素符号是 [ ]。 A.CA B.SI C.al D.Fe
  ①气态非金属元素的名称都有“气”字头,液态非金属元素的名称有“氵” 旁,固态非金属元素的名称都有“石”字旁,金属元素的名称都有“钅”旁
(汞除外)。

4.填表

元素名称 氮 氢 碳 铁 钠 硅 元素符号 P O Al Ca 原子量(近 似量) 32 35.5

一、化学式

第四节 化学式 式量



我们已经知道,元素可用元素符号来表示。那么,由元素组成的各种单
质和化合物怎样来表示呢?人们通过科学实验,认识到各种纯净物质都有一 定的组成,也就是说,一种物质由哪些元素组成,这些元素的质量比或原子 个数之比,都是一定的。为了便于认识和研究物质,在化学上常用元素符号 来表示物质的组成。例如,可以分别用 O2、H2O、CO2、MgO、NaCl 来表示氧
气、水、二氧化碳、氧化镁、氯化钠的组成。这种用元素符号来表示物质 组成的式子叫做化学式。
  各种物质的化学式,是通过实验的方法,测定物质的组成,然后得出来 的。一种物质只用一个化学式来表示。
从水的化学式 H2O,我们可以知道,在水分子中
氢原子数:氧原子数=2∶1 氢的质量:氧的质量=1×2∶16=1∶8
同样,从二氧化碳的化学式 CO2,我们可以知道,在二氧化碳分子中
碳原子数:氧原子数=1∶2 碳的质量:氧的质量=12∶16×2=3∶8
有些化学式不仅能表示这种物质的组成,同时也能表示这种物质的分子
的组成,这种化学式也叫做分子式。例如,氧气的化学式 O2 也是氧气的分子
式,表示 1 个氧分子里有 2 个氧原子。H2O 既是水的化学式,也是水的分子
式,它表示 1 个水分子中有 2 个氢原子和 1 个氧原子。 为了学习的简便,在本书中一律用化学式来表示物质的组成,而不再区
分哪些化学式是分子式。
1.单质的化学式的写法 单质是由同种元素组成的。金属单质和固态非金属单质习惯上就用元素
符号表示它们的化学式。例如,碳单质用 C 表示,铁单质用 Fe 表示。
  稀有气体是由单原子构成的,通常也用元素符号表示它们的化学式,例 如,氦气和氖气分别用 He 和 Ne 来表示。
有些非金属气体如氧气、氮气、氢气等的 1 个分子里都含有 2 个原子,
因而这些单质的化学式分别用 O2、N2 和 H2 来表示。右下角的小数字表示这种
单质 1 个分子里所含的原子数。
2.化合物的化学式的写法 化合物是由不同元素组成的。在写一个化合物的化学式时,首先必须知
道这种化合物是由哪几种元素组成的,然后还要知道组成这种化合物的不同 元素的原子的个数比。知道这些事实后,就可以先写出组成这种化合物的各 元素的元素符号,然后在每种元素符号的右下角用小数字,标明组成这种化 合物的各种元素的原子个数比(如果是 1 个原子,则“1”字可以省略)。 书写氧化物的化学式时,一般要把氧的元素符号写在右方,另一种元素
符号写在左方。例如,二氧化碳的化学式是 CO2,氧化汞的化学式是 HgO。
  书写由金属元素跟非金属元素组成的化合物的化学式时,一般把金属的 元素符号写在左方,非金属的元素符号写在右方。例如,硫化锌的化学式是 ZnS。
  
  还应该注意,元素符号右下角的数字和元素符号前面的数字在意义上是 完全不同的。例如,O2 表示由 2 个氧原子构成的 1 个氧分子;2O 表示 2 个氧 原子;3O2 表示 3 个氧分子。
  由两种元素组成的化合物的名称,一般是从右向左读作“某化某”。例 如,NaCl 读作氯化钠。有时还要读出化学式里各种元素的原子个数,例如,
SO2 读作二氧化硫,Fe3O4 读作四氧化三铁,等等。

二、式量


  化学式中各原子的原子量的总和就是式量。可见式量也是以碳 12 原子 的质量作标准,进行比较而得的相对质量。它也是个比值,它的国际单位制
(SI)单位为一,符号为 1(单位 1 一般不写出)。 根据化学式可以进行以下各种计算:
1.计算物质的式量
  例如,氯化钠的化学式是 NaCl,它的式量等于钠原子量和氯原子量之 和。
NaCl 的式量=23+35.5=58.5
二氧化碳的化学式是 CO2,它的式量等于碳的原子量加上两倍氧的原子
量之和。
CO2 的式量=12+16×2=44
2.计算组成物质的各元素的质量比 例如,二氧化碳中碳元素和氧元素的质量比等于
12∶16×2=3∶8
3.计算物质中某一元素的质量分数 例如,计算化肥硝酸铵(NH4NO3)中氮元素的质量分数。
先根据化学式计算出式量:
NH4NO3 的式量=14+1×4+14+16×3=80
再计算氮元素的质量分数:

N的原子量×2
NH4 NO 3的式量


×100%



习 题
九年义务教育四年制初级中学教科书
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