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九年义务教育三年制初级中学教科书(试用本)——化学(全一册)




绪言


化学就在你身边


化学并不神秘,它就在你身边。 清晨起床,第一件事就是漱口、洗脸,你用的牙膏、香皂是很普通的化
学制品。你背起书包上学,无论乘公共汽车,还是骑自行车,这些交通工具 的制造都少不了钢铁、铝合金等金属材料,而冶炼金属要用到很多化学知识。 你坐在教室里学习,需要笔和纸张。你活跃在运动场上,喜欢穿一双柔软而 富有弹性的胶鞋。紧张的学习之后,打开电视机,荧光屏上的荧光粉,又会 把五彩缤纷的世界展现在你面前。你一天的生活总是离不开用化学方法制造 的物品。


  在你的周围,形形色色的化学制品更是不胜枚举。质地优良和色彩鲜艳 的衣装,五颜六色的塑料,精美的搪瓷,玻璃,合成橡胶,不锈钢,保洁去 污的洗涤剂,防治疾病的医药等等。就连我们每天的饮食,也都要在体内经 过复杂的化学变化,才能被人体吸收和利用,为生命活动提供所必要的能量。 可见,一个人从早到晚,从衣食住行到工作学习,时时处处都与化学紧密相 关。而且,我们所赖以生存的物质世界,每时每刻都在变化之中,如绿色植 物的光合作用、固氮菌的固氮过程、钢铁的生锈、食物的腐烂、衣物的褪色、 塑料的老化、岩洞的形成、山石的风化以及煤和天然气的燃烧等。所以,物 质世界从一定意义上可以说是一个千变万化的化学世界。

化学与四个现代化



科学技术是第一生产力。


──邓小平



日常生活离不开化学,四个现代化建设更需要化学。
  化学和化学工业为工业、农业、国防和科学技术的现代化提供着必要的 基本材料和制品。例如钢铁、有色金属、稀土金属、合金、高分子材料、半 导体材料、合成橡胶、水泥、炸药、汽油、化肥、农药、除草剂等。这些基 本材料和化工产品,是以自然界的空气、水、矿石、煤、石油、天然气等为 原料,经过化学加工而生产出来的。
  未来的 21 世纪,人类将在生命、信息、材料、航天、能源、环保等重大 科技领域深入研究,这些关系到人类文明发展的重要问题的研究,离不开现 代的化学知识和先进的化学工业生产技术。
那么,究竟什么是化学呢?



什么是化学

化学和物理一起是当代自然科学的轴心。

──唐有祺


  宇宙的一切,无论日、月、星辰,还是山、河、森林,都是由物质组成 的。化学是一门研究物质的组成、结构、性质、变化及其应用的自然科学。 通过这种研究,运用各种各样的化工生产技术,把大自然提供给我们的空气、 水、矿石、煤炭、石油、天然气等原材料转化成酸、碱、盐、氧化物、金属、 非金属、有机物等,进而制造出自然界里所没有的物质。如砖瓦、水泥、玻 璃、陶瓷、塑料、合成橡胶、合成纤维、化肥、农药、医药、炸药、染料、 油漆、洗涤剂、消毒剂等。化学极大地丰富了人们的物质生活和文化生活, 它是一门创造物质财富,满足社会需要的科学,是人们用以认识和改造物质 世界的主要方法和手段之一。它的成就是社会文明的重要标志。人类从开始 用火的原始社会,到使用各种人造物质的现代社会,都在享用化学的成果。 我国是世界上历史悠久的文明古国,我们的祖先在化学工艺和化学知识 方面有许多辉煌的成就。如冶铜、冶铁、炼钢、陶瓷、黑火药、造纸、酿酒 以及煤、石油、天然气的使用等,对世界文明做出了巨大贡献。新中国成立 以后,化学工业迅速发展,特别是近十几年实行改革开放政策以来,我国的 化学工业有了更快的发展,许多化工原料(如煤炭、石油的副产品)和化工 产品(如水泥、硫酸、化肥、农药)的产量已跃居世界前列。我国的化学工 业已发展成为一个行业基本齐全的工业部门。化学科学研究也不断取得了新 的成就,早在 60 年代,我国科学家在世界上首先用化学方法从氨基酸合成了 结晶牛胰岛素,这是第一个有生理活性的人工合成蛋白质,标志着人类在探 索生命科学的征途中,跨出了重大的一步。我国在原子能的利用、航天技术 的卓越成就,充分表明了我国的科学技术,包括化学学科在内,已有一部分 达到世界先进水平。但整体上还有不小的差距,必须加速我国的科技进步,
把我国建设成科技先导型的社会主义文明强国。
  社会的发展,人类文明的进步,要求每个公民都应该掌握起码的化学基 本知识,具有最初步的化学科学素养。

科学技术是生产力发展的重要动力,是人类社会进步的重要标志。
──江泽民


  到了科学技术高度发达的 21 世纪,人们将拥有比现在多十倍、百倍的具 有新的功能的材料和制品。能否充分利用它们,将是一个人能否在工作、学 习和生活中取得成就的重要条件,一个“化学盲”是难以适应 21 世纪需要的。

怎样学好化学


  要学好化学,很重要的一点是学会运用科学的学习方法。在学习过程中 要抓好:“预习、听课、实验、复习、作业、小结”这六个重要环节。取得 学习的主动权,达到事半功倍的效果。另外,要把基本概念、基本原理和物 质变化的简单规律弄清楚,要重视实验,因为化学是以实验为基础的科学, 通过实验,理解概念和原理,认识物质的性质和变化,这样才能理解深,记 得牢,学得活,学得有兴趣。
重视实验必须要做好实验,要仔细观察和如实记录实验现象。因为观察

是人们认识物质世界,增长科技知识的重要途径,是进入科学殿堂的起点。 当然,正确地观察应以正确的思维为指导。所以,要不断地培养和提高自己 的实验能力、观察能力和思维能力,这是学好化学的重要环节,同时还要注 意培养和提高阅读课本以及查阅有关资料的自学能力。此外,学习化学应当 密切联系实际,要注意观察周围物质的变化,了解化学知识在工农业生产、 科学技术和日常生活中的应用,学会用所学化学知识和技能去解释一些简单 的化学现象或解决一些简单的化学问题,能够学以致用。这样才能激发学习 化学的兴趣,才能更深入地理解、掌握和运用所学化学知识,并提高技能。 为简明起见,化学上常用一些符号表示物质及其变化,例如 Fe 表示铁,
H2O 表示水等。这些符号是化学学科特有的语言,叫做化学符号。如果不了
解这些符号的涵义,不会正确地书写和使用它们,就等于不懂得化学语言, 当然就学不好化学。所以必须熟练掌握常见的化学符号。
  即将到来的 21 世纪,是同学们展现才华,做出奉献的世纪。希望你们努 力学习,增长才干,在思想道德、科学文化、身体心理、劳动技能等方面努 力提高自己的素质,立志成长为有理想、有道德、有文化、有纪律、高素质 的人才,为社会主义祖国四个现代化建设的宏伟事业竭诚奉献。


  学习知识要善于思考、思考、再思考。我就是靠这个学习方法成为科学 家的。
──爱因斯坦


  只有用人类创造的全部知识财富来丰富自己的头脑,才能成为共产主义 者。
──列宁


前言


  根据《中国教育改革和发展纲要》中指出的“中小学教材要在统一基本 要求的前提下实行多样化”的方针,经过广泛征求意见和调查研究,北京市 教委依据国家教委颁布的九年义务教育全日制教学大纲组织编写了适合北京 市中小学使用的九年义务教育教材,以促进教育质量的进一步提高,使我市 的普通教育更好地适应首都经济建设和社会发展的需要。
  这套初中化学教材是北京市教委委托海淀区教委和北京市教科院基础教 育教学研究中心联合组织编写的。参加本书编写的有(按姓氏笔划为序): 孙贵恕、许维扬、罗宝贵、李霞、郝殿兰、张淑芬、赵德民、曹振宇、黄儒 兰、程耀尧、阎梦醒。
  本书特请了北京景山学校和北京四中语文特级教师舒鸿锦、顾德希作了 文字加工;请了北京十四中魏安和二十中刘明才、沈倩等老师绘图。
  封里前页彩图中的“聚苯胺在扫描隧道显微镜下的图像”以及“用原子 绘图”、“用原子组字”等彩图均由中国科学院化学研究所纳米科学技术研 究室提供。臭氧层空洞的图像由中国气象科学研究院极地研究室提供,对上 述单位我们表示衷心地感谢。
本教材,经北京市中小学教材审查委员会审查通过。

北京市教育委员会
1998 年 2 月

化学

第一章 空气水

本章要点

·物质的变化和性质
·空气的成分混合物和纯净物大气环境保护
·水的性质和组成水是人类宝贵的自然资源水资源保护
·分子
·原子原子的构成核外电子排布的初步知识相对原子质量
·元素单质和化合物元素符号


  空气和水是我们很熟悉的物质。它们不仅是人类赖以生存和发展所必需 的,而且也是人们进行生产活动、创造物质财富的宝贵自然资源。
  从日常生活中,我们已经知道:空气因流动而成风。地面水因蒸发而上 升,形成云雾,遇冷则结成雨雪。雪受热又融化为水。可见,自然界中的风、 云、雨、雪,都是物质运动和变化的结果。

第一节 物质的变化

为了探讨物质的变化及其变化的形式,让我们观察几个实验。
[实验 1—1]蜡烛的燃烧 点燃蜡烛,仔细观察蜡烛在点燃前后有什么变化? 将玻璃管的一端小心地插入烛焰的中心,把气态蜡引出,在玻璃管的另
一端可以点燃(见图 1—1)。


  如果将此玻璃管提到烛焰的上部,可以看到从管内出来的气体就不再燃 烧了。为什么?
蜡烛点燃后变成了什么物质呢?可用下面的实验来检验。
[实验 1—2]蜡烛燃烧的生成物检验
  取一个洁净而干燥的烧杯,罩在蜡烛的火焰上方,观察在烧杯内有什么 现象发生(见图 1—2)?


  然后,用澄清的石灰水润湿另一个烧杯内壁,重新罩在烛焰的上方,烧 杯内又有什么现象发生?
实验证明:蜡烛燃烧的生成物是水和二氧化碳。

物理变化化学变化

分析上述实验
  1.由蜡烛顶部的固态蜡受热熔化成液态,继续受热变为气态。部分的液 态蜡遇冷又凝成固态。在这些过程中,蜡只发生了状态的变化,没有生成新 的物质。
  2.蜡烛是多种固态烃的混合物,它燃烧时发光、发热,有水和二氧化碳 生成,使蜡烛越烧越短。可见,蜡烛燃烧时有新物质生成。
  
  我们把那种没有新物质生成的变化,叫做物理变化。如日常看到的酒精、 汽油的挥发,气体的扩散,水的三态变化、电容器的充电、物体的势能与动 能的转化等,都属于物理变化。
  对于有新物质生成的变化,则称为化学变化。如蜡烛、酒精、汽油以及 煤和天然气的燃烧,钢铁的生锈以及食物的腐烂等,都是化学变化。那么, 物质在发生化学变化时,具有什么特征呢?
[实验 1—3]镁条的燃烧 取一小段镁条,用砂纸擦亮,然后用坩埚钳夹住。 用酒精灯点燃,在镁条下面放一个衬板,如图 1—3 所示。


观察镁条在点燃前后的变化。 掉在衬板上的白色固体是一种不同于镁的新物质,叫做氧化镁。 这个变化可用文字表示如下:



镁 + 氧气点燃

点燃? 氧化镁

(Mg) (O 2 ) (MgO)


括号中的 Mg、O2、MgO 分别为金属镁、氧气、氧化镁的化学符号。
[实验 1—4]加热碱式碳酸铜
实验装置如图 1—4 所示,在干燥、洁净的试管中放入少量的碱式碳酸铜
(浅绿色粉末),装上带有导管的橡皮塞,把试管固定在铁架台上,管口稍 向下倾斜。


导管插入盛有澄清石灰水的试管(或烧杯)内。 实验前先检验装置是否漏气,在确证不漏气后,才能进行实验。拔开橡
皮塞,往试管里放入少量碱式碳酸铜粉末,把带有导管的橡皮塞塞紧试管口。
用酒精灯加热。注意观察碱式碳酸铜的颜色以及石灰水的变化。 反应后,先把导管从试管中取出,再熄灭酒精灯。 上述变化可用文字表示如下:



碱式碳酸铜

加热? 氧化铜

+ 水 + 二氧化碳

(浅绿色) (黑色) (无色气体)


[Cu 2 (OH) 2 CO3 ]

(CuO) (H 2 O)(CO 2 )



由以上实验可知,物质发生化学变化的特征是:有旧物质消耗,新物质
生成。根据这个特征,可以判断物质是否发生了化学变化。 此外,发生化学变化时,一般还伴随有:发光、放热或吸热等能量的变
化,产生气体或沉淀以及颜色或状态的改变等。这些现象有时也可帮助我们 识别某种变化是不是化学变化。


  可以看到:浅绿色的碱式碳酸铜变黑,试管口内出现水滴。产生的气体 能使澄清的石灰水变浑浊。
  
化学符号
碳:C 铜:Cu 氧化铜:CuO 水:H2O 二氧化碳:CO2 碳式碳酸铜:Cu2(OH)2CO3

物理性质化学性质


物理性质是指物质不需要发生化学变化就表现出来的性质。 如:颜色、状态、气味、熔点、沸点、密度、硬度等。 化学性质是指物质在化学变化中表现出来的性质。 如:可燃性、稳定性、酸碱性等。当我们初步了解了物质的变化和物质
的性质后,可以从我们最熟悉的物质——空气和水出发。逐步进入化学科学 的殿堂,探索化学世界的奥秘。

想一想:
·用火柴点燃酒精灯时,发生了哪些变化?
·绿色植物的光合作用属于什么变化?
·举出一些发生在你身边的化学变化。

第二节 空气


  空气是覆盖在地球表面的一层看不见的混合气体。人和动物每时每刻的 呼吸以及植物的光合作用等都离不开空气。可以说没有空气就没有生命。


  覆盖整个地球的大气,其制质量约为 5.3×1018 千克。约占地球总质量 的百万分之一。由于地心引力的作用,大气质量的 90%聚集在离地表 15 公里 高度以下的大气层内。


  覆盖整个地球的大气,其质量为 5.3×1018 千克。约占地球总质量的百 万分之一。由于地心引力的作用,大气质量的 90%聚集在离地表 15 公里高度 以下的大气层内。

空气的成分


  在小学的自然课中我们已经学习了有关空气的初步知识。知道空气是由 氧气、氮气和少量的二氧化碳、稀有气体等组成的,现在让我们通过实验进 一步了解空气的主要成分。
[实验 1—5]红磷在密闭容器里燃烧
  实验装置如图 1—5 所示,把 250 毫升集气瓶的容积分为五等分,并做好 标记。


  在燃烧匙里放入一小匙红磷,在酒精灯的火焰上点燃后,立即插入集气 瓶中,塞紧橡皮塞,观察现象。
待燃烧停止(红磷尚有剩余)白烟完全消失后,松开止水夹,烧杯中的
水被吸进集气瓶内,其体积大约占原瓶内空气体积的 1/5。 为什么红磷燃烧时只消耗集气瓶内空气体积的约 1/5 呢? 这是由于红磷燃烧时消耗的只是氧气,氧气约占空气体积的 1/5。空气
中的剩余成分主要是氮气,约占空气体积的 4/5。此外,还有少量的稀有气
体、二氧化碳以及其它气体等。 空气中各种气体所占的体积分数,如图 1—6 所示。
氮气的化学性质很稳定,在一般条件下不支持燃烧,但在一定条件下也
能跟其它物质发生化学反应。氮气是化工生产的重要原料,主要用于合成氨, 制氮肥、炸药等。氮气还可用做焊接某些金属时的保护气,使灯泡经久耐用 的填充气,粮食、水果在低氧高氮的环境中能够保鲜、储存时间长。液态氮 可作深度冷冻剂,如用于研究超导技术和材料等。



选学

空气成分的发现


  由于空气是既看不见,又闻不到气味的混合气体。所以,人们发现空气 的成分比较晚,直到 18 世纪 70 年代,才确定了空气主要是氧气和氮气组成
  
的。
许多科学家曾对空气的成分进行过研究,其中以法国化学家拉瓦锡
(A.L.bavoisier,1743—1794)的贡献最突出,因为他得益于他的好助手
——天平。他做了一个研究空气成分的著名实验,至今仍为人们所称赞。 拉瓦锡把少量银白色的水银放在一个密闭容器里,连续加热 12 天。结果
发现有一部分液态汞变成了红色固体粉末,同时容器里空气的体积减少了约
1/5,剩余的那部分空气既不能支持燃烧,又不能供给动物呼吸。 他把实验中所生成的红色粉末(后来证明是氧化汞)收集起来,放在另
一容器里,加热,发现红色粉末又变成了银白色的汞和既能支持燃烧,又能 供给动物呼吸的氧气。
  若把所得到的氧气,加到第一个实验中密闭容器里剩下的约 4/5 体积的 气体里,所混合成的气体的性质跟空气的性质完全一样。根据这些实验事实, 拉瓦锡得出了“空气是由氧气和氮气所组成”的结论。


  在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦,沿着陡峭山路攀登的人,才 有希望达到光辉的顶点。
马克思





混合物纯净物


  空气和氧气(或氮气)的区别在于:空气是混合物,而氧气(或氮气) 则是纯净物。
混合物是由两种或两种以上物质混合而成的。没有固定的组成,各成分
都保持各自的性质,相互间没有发生化学反应。
[实验 1—6]石英砂和铁粉的混合与分离
  将一药匙白色的石英砂与一药匙灰黑色的铁粉在一张滤纸上混合均匀。 然后,用一个磁铁在此混合物的上方缓慢移动,观察现象。
由此实验可知,混合物中的各成分都保持其各自原来的性质。
  纯净物是由一种物质组成的。如氧气、氮气、二氧化碳、水等都是纯净 物。纯净物有固定的组成,有确定的性质。所以,在研究某种物质的性质时, 应当取用纯净物。
  但是,通常所指的纯净物都不是绝对纯净的。如电线中的纯铜,其纯度 约为 99.95%。通常所谓的纯净物,是指杂质含量很少,不至于影响物质的 性质和应用。
  现代高科技已能制取含硅为 99.999999999%的高纯硅,它是制造电子集 成电路不可缺少的半导体材料。


  混合后的物质呈灰白色,当磁铁在混合物的上方缓慢移动时,灰黑色的 铁粉纷纷被磁铁吸走,而白色的石英砂还留在滤纸上。

大气环境保护

  在通常情况下,空气中各种成分的比例保持相对稳定。但是由于受火山、 风暴等自然因素和生产、生活、交通等人为因素的影响,使大气增加了某些 不定成分。当进入大气中的某些有害成分的量超过了大气的自净能力,就会 对人类和生物产生不良影响,这就叫做大气污染。被污染的大气会严重影响 人体健康,妨害植物生长,对建筑材料、金属、橡胶等器物造成破坏。


  当前,已引起世界各国普遍关注的温室反应、臭氧层破坏、酸雨这三个 人类面临的全球性球境问题,都与大气的污染有关。





  随着现代工业的发展,人为因素造成的大气污染,越来越引起人们的关 注。人为因素的污染源主要有以下四类:
  1.工业污染源:众多锅炉燃烧燃料产生有害气体。由于原料及工艺原因 产生的有害废气及粉尘。
2.生活污染源:由炊事、取暖等燃烧燃料产生有害气体。
3.交通污染源:驱动汽车、火车、飞机、轮船时向大气排放的污染物。
4.农业污染源:化肥、农药的飞散,扬尘,废弃物的腐烂等。 排放到大气中的有害物质,大致可分为气体和粉尘两大类。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。
这些气体主要来自煤、石油和天然气的燃烧以及工业上排出的废气。 防治大气污染是非常重要的环境保护问题,需要综合治理。如制定环境
保护法令,加强管理;搞好城市建设的合理布局;控制污染源,废气经处理
后,再排入大气;绿化环境,净化空气;减少地面扬尘等。

选学

一、保护臭氧层


  臭氧是空气中一种含量极少的气体。雷雨后的空气显得格外清新,原因 之一是由于空气中的氧气在雷电的作用下,产生出少量臭氧。臭氧主要分布 在距地面约 25 千米的高空,形成一层臭氧层。
臭氧层与地球上的生物生死攸关。它吸收了太阳光中绝大部分波长较短
的紫外线,使地球上的生物免遭紫外线的伤害。如果没有臭氧层的保护,短 时间内,生机勃勃的地球,将只剩下一片荒漠的焦土。
  近年来,科学家们根据大量观测发现,臭氧层正在不断变“薄”。在有 些地区,如南极、北极,甚至出现“臭氧层空洞”(见封里彩图)。多数科 学家认为,这是人类向空气中排放有害物质如氯氟烃造成的。据统计,20 世
纪 30 年代以来,释放到大气中的氯氟烃等多达 1300 万吨以上。保护臭氧层, 已引起世界各国的极大关注。人类已经认识到,保护臭氧层,就是保护我们 生存的环境。


  氯氟烃的商品名称是氟里昂,它是几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总 称。在常温下都是无色气体或易挥发液体,略有香味,无毒性,具有较高的
  
化学稳定性。主要用做制冷剂。

二、稀有气体的用途


  稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡 6 种气体。它们在空气中的体积 分数分别为:氩 0.94%、氖 0.0018%、氦 0.0005%、氪 0.00011%、氙 0.000009
%(氡是具有放射性的气体)。因为它们在空气中的含量是如此之微少又都 是气体,所以称为稀有气体。在通常条件下,稀有气体的化学性质很不活泼, 乃至长期曾称为是“惰性”气体。
根据稀有气体的性质,它们被应用于生产和科学研究。 氦不能燃烧,质量又轻,可以代替易燃的氢气填充高空气球和飞艇。 由于稀有气体化学性质很不活泼,常用做工业生产中的保护气。例如, 用电弧焊接火箭、飞机、导弹、舰船等所使用的不锈钢、铝合金材料时,可 以用高纯度氩气充当保护气,防止高温下金属跟空气中的氧气等反应。常用 的白炽灯泡内是充入氩气和氮气的混合气体作保护气,保护灯丝,以延长灯
泡的使用寿命。
           “人造小太阳” 高压长弧氙灯,里面充满氙气。由于这种氙灯能发出类似太阳光的光线,
非常明亮,所以被誉为“人造小太阳”。
  一盏 60 瓦的氙灯的亮度,相当于九百只 100 瓦的普通灯泡。高压长弧氙 灯可用于电影摄影,运动场的照明等。


  稀有气体在低压放电时会发出多种颜色的光,如会发出红色辉光,氩会 发出紫蓝色辉光,氦会发出粉红色辉光,因此可以利用稀有气体制成五光十 色的霓虹灯,把现代都市的夜晚装扮得繁花似锦。氖灯发出的红光,能透射 过浓雾,常用做航空、航海和铁路交通的指示灯(见封里彩图)。
稀有气体在高科技领域方面正大显身手。氦的沸点是所有已知物质中最
低的,液氦常用做超低温研究中的致冷剂。氦在原子反应堆中也可用做致冷 剂。氖气、氪气、氙气还可用于制激光器等。


【习题】 一、将正确答案的序号填写在括号里。
1.空气中约占其总体积 99%的两种主要气体是 ( )
(A)氧气和二氧化碳
(B)氮气和二氧化碳
(C)氧气和稀有气体
(D)氧气和氮气
2.下列物质中,属于纯净物的是 ( )
(A)清新的空气
(B)粗盐
(C)液态氮
(D)稀有气体

  二、判断下列叙述是否正确。正确的在( )内打“√”,错误的打 “×”。
1.空气是重要的自然资源 ( ) 2.氮气不能供给呼吸,但却能支持燃烧 ( ) 3.凡无色透明的液体就是纯净物 ( ) 4.将氮气冷凝为液氮是化学变化 ( ) 5.工业废气的任意排放会造成大气污染 ( )
第三节 水


  水和空气一样,也是我们最熟悉的物质,生活离不开水,工农业生产也 离不开水。所以,水是人类和其它生物赖以生存所不可缺少的物质,是一切 生命的源泉。
为了更好地利用水,使之为人类服务,就需要学习有关水的知识。

地球是一个“水球”

水覆盖了地球 71%的面积,达 31620 万平方公里、全球海洋的容积约为
13.7 亿立方公里,相当于地球总水量的 97%。

天然水


  天然水在地球上的分布很广,几乎占地球表面的 3/4,分布于江、河、 湖、海。此外,还有大量的水是以冰川、积雪的形式存在于两极和高山之巅。 空气中含有水蒸气,地壳内有地下水,土壤、生物体中都含有水。
取一杯清澈的天然水,表面看是清澈、透明的,无色、无味。但它是不
是纯净物呢?让我们做一个实验。
[实验 1—7]水的蒸发
  将 2—3 毫升天然水(如河水、湖水、井水等)倒入蒸发皿里,再把蒸发 皿放在铁架台的铁圈上(见图 1—8),小心地加热蒸干。与同样方法加热蒸 干纯净水(蒸馏水)对照观察现象。


  因为水蒸发了,水中的杂质以“水迹”的形式留在蒸发皿里。这说明, 天然水不是纯净物,而是混合物。
由于水能够溶解多种物质,因此天然水总是溶有杂质,冰川以及南北极
冰层融化的水,相对纯净得多。 可以采用蒸馏的方法,除去水中的杂质,得到纯净的水。图 1—9 是实验
室制取蒸馏水的装置。

水的物理性质


  纯净的水是没有颜色、没有气味、没有味道的液体。在 1.01×105 帕的 压强下,水的凝固点是 0℃,沸点是 100℃。水的密度很有趣,4℃时最大,
为 1 克/厘米 3;0℃结冰时体积膨胀,冰的密度又小于水的密度,使冰总浮 在水面上。因此冬天的鱼类能在冰层下的水里安全生长。



水的组成

水是由什么成分组成的?需要根据化学实验进行分析。
[实验 1—8]水的电解


往水电解器的刻度玻璃管里注满水,如图 1—10 所示,通直流电。观察
两个电极上和玻璃管内发生什么现象? 水电解所生成的是什么气体?可继续通过实验进行分析,在与电源负极
相连的刻度玻璃管上端接上一根尖嘴导管,在与电源正极相连的刻度玻璃管 上端接上一个干燥管。如图 1—11 所示。
旋转活塞放出负极、体积大的那种气体,并在尖嘴导管出气口处点燃。 将一根带有火星的木条伸进干燥管中,旋转活塞放出体积小的那种气
体。分别观察现象。 从实验可以看到,体积大的气体点燃后在空气中安静地燃烧,若在火焰
上方罩一个冷而干燥的小烧杯,会看到小烧杯壁上有无色液珠生成。该气体 就是氢气。
  体积小的气体能使带火星的木条燃烧得比在空气里更旺,该气体就是空 气的主要成分之一——氧气。
  在直流电的作用下,水被分解为氢气和氧气,这个变化可用文字表示如 下:



水直流电

直流电? 氢气 + 氧气

(H 2 O) (H 2 )(O 2 )


通过以上实验可充分证明:水是由氢和氧(确切地说是由氢元素和氧元
素)组成的。



水是人类宝贵的自然资源


  水在自然界广泛存在。从太空看到的地球,是一个蔚蓝色的美丽星球(见 封里彩图),它的表面大部分被海水所覆盖。水以固态、液态、气态分布于 大自然。如图 1—12 所示:


  水也是构成生物体的基本成分,动植物体内都有大量的水。如图 1—13 所示。
水是生命产生、存在、发育和繁殖的前提,生命离不开水。 图 1—14 简要表示出水与人类的关系。



水资源保护


  一般所说的水资源,通常是指陆地上的淡水资源,它并不充裕。现在人 们能大量利用的河水、湖泊水和浅层地下水等淡水,仅占全球总储水量的千 分之七左右,而且分布很不均匀。当今世界许多国家缺水严重。我国一些省 市曾相继发生缺水危机。人类一些不合理的活动,又使有限的淡水资源受到 污染。如图 1—15 所示。
  
  工业生产中的废渣、废水、废气和生活污水的任意排放,农业上施用的 农药、化肥部分随水流入江河,都会使水受到污染。严重被污染的水会出现 浑浊,甚至恶臭,含有多种毒物和病菌,人畜食用了会中毒、致病,甚至死 亡。因此,保护水资源是一个具有重大意义的战略措施。
  保护水资源的有效途径是:科学地、合理地用水,节约用水,降低用水 量;严格控制污染源,防止和治理污染,如工业废水要经过处理才能排放, 农业上合理使用化肥和农药;城市污水资源化,变废为宝;植树造林等。



【习题】 一、当直流电通过装满水的水电解器时,会观察到两个电极上都有
产生。与电源负极相连的玻璃管内产生的气体体积 ,是 气;与电源 正极相连的玻璃管内产生的气体体积 ,是 气。这两种气体产物的体 积比是 。
二、电解水的反应,可以用文字表示为 。 三、下列叙述中,错误的是: ( )
(A)天然水通常是纯净物
(B)纯净的水通常是无色、无气味、无味道的液体
(C)淡水是取之不尽、用之不竭的自然资源
   (D)工业三废与生活污水的任意排放,化肥、农药的任意使用,是造 成污染的重要原因
   
  第四节 分子


千姿百态的世界万物究竟是由什么构成的?又是怎样构成的? 要搞清这些问题,首先要学习一些有关物质构成的初步知识。



分子真实存在


  人们通过科学实验已经证实,物质都是由许许多多肉眼看不见的微粒构 成的。构成物质的微粒有多种,分子是其中的一种微粒。如氧气就是由大量 的氧分子聚集而成的。水就是由大量的水分子聚集而成的。但不同物质的分 子彼此不同。
  分子的体积很小。只有它们以聚集状态存在时,才能被我们的感官所直 接觉察。
分 子 的 质 量 也 很 小 , 如 一 个 水 分 子 的 质 量 大 约 是
0.00000000000000000000000003 千克,即 3×10-26 千克。


  尽管分子很小,但现在用扫描隧道显微镜能较清晰地拍摄出某些分子的 图像。如新分子 C60 的图像(见图 1—17)。
构成物质的分子除了其体积和质量都很小以外,还有哪些其它性质?现
通过实验和一些日常现象来分析。



分子总是在不断地运动

[实验 1—9]碘的扩散
  1.取一条用淀粉溶液润湿的滤纸,在上面撒少量紫色的碘晶体,观察现 象。
2.向大试管中放入少量碘晶体,在橡皮塞上插入一根弯成钩状的大头
针,钩上挂一条用淀粉溶液润湿的滤纸,装上橡皮塞(见图 1—18)。观察 现象。


碘晶体并没有和滤纸接触,为什么淀粉会变为蓝色? 分析实验现象,可以说明分子总是在不断地运动。由于碘分子不断运动
而扩散到滤纸上跟淀粉反应,导致淀粉变蓝。 同理,当打开一瓶白酒,为什么会醇香四逸?衣服上喷洒香水,为什么
会满室飘香?这都是由于分子不断运动而扩散到空气中的结果。

分子之间有一定的空隙

[实验 1—10]分子间的空隙
  将等体积的水和无水酒精先后缓慢地注入如图 1—19 所示的玻璃仪器 中。无水酒精的体积不应超过细管颈。装上橡皮塞,反复倒转摇匀。注意观 察两种液体的总体积在混合前后有无变化?
  
为什么混合后水和酒精的总体积明显缩小呢? 这是由于分子间相互穿插和相互作用所致,可知分子之间有一定的空
隙。
  物质的三态变化。如水受热变成水蒸气,遇冷则可结冰。主要是分子间 的空隙发生变化。
  如果分子的空隙很大,分子间的相互作用就很小,这时所占的体积大, 物质呈气态。所以,气态物质分子间的空隙最大。而液态和固态物质的分子 间空隙都很小。



分子是保持物质化学性质的一种微粒


  物质形态的变化只是由于外界条件变化引起的分子间距离的变化,分子 本身并没有改变。化学变化则不然,如组成水的水分子在直流电的作用下可 被分解,这个变化可以用图式形象地表示为(见图 1—20):


  在电流的作用下,每两个水分子变成了两个氢分子和一个氧分子。就是 说,在化学变化中原子未变,而分子本身发生了变化,变成其它物质的分子。 新生成的氢分子和氧分子的化学性质和水分子完全不同。因此,分子是
保持物质化学性质的一种微粒。
  分子既然是保持物质化学性质的一种微粒,显然,同种物质的分子,性 质相同;不同种物质的分子,性质不同。由分子构成的物质,如果是由同种 分子构成的,就是纯净物。由不同种分子混合而成的,则是混合物。通常可 利用不同种分子各自的特性,来分离混合物,提取纯净物。

想一想:
·为什么说分子是保持物质化学性质的一种微粒?
  ·从分子运动的角度看,物质的热胀冷缩现象表明了什么?如果乒乓球 被压瘪了,用什么方法可以复原?

【习题】
一、下列关于分子的叙述中,错误的是: ( )
(A)分子是保持物质性质的一种微粒
(B)分子间有一定的空隙
(C)分子总是在不停地运动
 (D)物质在发生物理变化时分子本身不发生变化 二、下列过程中物质的分子发生改变的是: ( )
(A)酒精燃烧生成二氧化碳和水
(B)酒精挥发致使满室酒气扑鼻
(C)水在低温条件下结冰
(D)电解水
三、由分子构成的物质中,凡是由 构成的就是混合物,而由
构成的就是纯净物。同种物质的分子,化学性质 ,不同种物 质的分子,化学性质 。

  四、下列物质中,属于纯净物的是(填物质的序号,下同) , 属于混合物的是 。
1.空气 2.糖水
3.氧气 4.二氧化碳
5.氮气 6.带冰块的水 五、用分子的知识解释下列现象。
1.汽油、酒精等液体在敞口容器里会逐渐减少。
2.湿衣服在烈日下比在阴凉处干得快。
3.充气的橡皮球受热体积膨胀,遇冷体积收缩。

第五节 原子相对原子质量


分子是保持物质化学性质的一种微粒,它能否再分为更小的微粒呢? 通过电解水的实验,可以回答这个问题。因为在电流的作用下,水分子
发生化学变化,生成氢分子和氧分子,可见,分子尽管很小,但在化学变化 中,它还是可以再分的。

原子是化学变化中的最小微粒


  构成分子的更小微粒是什么?它在化学变化中还能不能再分?我们可通 过下面实验了解这个问题。
[实验 1—11]加热氧化汞
实验装置如图 1—21 所示。


在试管里加入少量氧化汞(桔黄色粉末),然后加热。 稍待,用带火星的线香(或木条)插入试管内。观察线香和试管内壁有
什么现象发生? 实验证明有氧气生成。试管内壁的银白色液滴是汞(水银)。 这个变化可用文字表示如下:



氧化汞加热

加热? 汞 + 氧气

(HgO) (Hg) (O 2 )


氧化汞受热后,为什么能生成氧气和汞?这是由于氧化汞分子受热后,
能分解为更小的氧微粒和汞微粒。这种更小的微粒是原子。两个氧原子相互 结合成一个氧分子,很多个氧分子聚集成氧气。很多个汞原子聚集成金属汞。
氧化汞受热分解的反应可用图式形象地表示(见图 1—22)。


  在化学变化中不能再把氧微粒或汞微粒进一步分解成更小的微粒。科学 上把这种在化学变化中不能再分的微粒,称之为原子。由于它们在化学变化 中不能再分,因此原子是化学变化中的最小微粒。
通过对氧化汞受热分解和电解水实验的分析,可以得出这样的结论:在
化学变化中,分子可以分解成原子,原子再重新组合成分子。原子在反应前 后没有改变,所以化学反应实质上是原子重新组合的过程。
  原子非常小。如氧原子的直径约为 1.48×10-10 米。若把 1 亿个氧原子紧 密地排成一行。其长度也不过为 1.48 厘米(见图 1—23)。
  图 1—24 是一张用扫描隧道显微镜(STM)拍摄的硅表面结构图像,每一 个圆斑表示一个硅原子。


  原子的质量很小,一个氧原子的质量约为 2.66×10-26 千克。原子也总是 在不停地运动。
  分子和原子都是构成物质的基本微粒。水、酒精、蔗糖、氧气、氧化汞 等物质,是由它们各自的分子构成的。而这些分子,则是由原子构成的。分
  
子可由同种原子构成,也可由不同种原子构成。 有些物质,则直接由原子构成。例如,坚硬无比的金刚石是由许多碳原
子构成,金属铀和金属铁分别是由许多铀原子和铁原子构成。

原子的构成


原子虽小,但它还是由更小的微粒所构成。那么,这种微粒是什么呢? 科学实验证明:任何原子都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。原子核是由质子和中子两种微粒所构成。
  1803 年英国科学家道尔顿(J.Dalton,1766—1844)提出近代原子学 说,认为:物质是由原子构成的,原子是微小的,不可分割的实心球体。
  1897 年,英国科学家汤姆生(J.J.Thomson,1856—1940)首先发现 了电子,并确认一切原子中都含有电子。开始揭示了原子内部的奥秘,认识 到原子具有复杂的结构。


  1803 年英国科学家道尔顿(J.Dalton, 1766─1844)提出近代原子学说, 认为:物质是由原子学说构成的,原子是微小的,不可分割的实心球体。
1897 年、英国科学家汤姆生(J.J.Thomson,1856─1940)首先发现了
电子,并确认一切原子中都含有电子。开始揭示了原子内部的奥秘,认识到 原子具有复杂的结构。



每个质子带 1 个单位的正电荷,中子不带电,原子核所带的正电荷总数
(通常称“核电荷数”)就等于核内质子数;每个电子带 1 个单位的负电荷, 核外电子所带负电荷总数就等于核外电子数。由于原子核所带电量和核外电 子的电量相等,但电性相反,因此原子显电中性。对于任何电中性的原子, 其核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的。
表 1 — 1 几种原子的构成
原子
种类 原子核 核外电
子数 核电
荷数 质子数 中子数 氢 1 1 1 碳 6 6 6 6 氮 7 7 7 7 氧 8 8 8 8 钠 11 12 11 11 氯 17 18 17 17 铁 26 30 26 26

原子核更为微小,原子核与原子的大小,可以打个粗略的比喻:位于原
子中心的原子核,就像直径为 10 米的球和一粒小米之比。实际上,原子核的 体积只约占原子体积的几万亿分之一,这就是说:在如此微小的原子内,还 存在着“空旷”的空间,核外电子就在这个空间里作高速运动。

  1911 年,英国科学家卢瑟福(E.Rutherford,1871—1937)通过实验 说明了在原子内,有一个带正电荷、体积极小而质量相对很大的“核”。
  按照目前科研的最新成果,物质的最小构成单元不再是分子,原子。而 是夸克和轻子(电子是其中的一种)。人们对微观世界认识的尺度一下子深 入到原来的十亿分之一。
夸克和轻子都是基本粒子。

核外电子排布的初步知识


科学实验证明,核外电子在原子核外空间是分层排布的。 在含有多个电子的原子里,电子的能量并不相同。能量低的,通常在离
核近的区域运动。能量高的,通常在离核远的区域运动。科学上通常就用电 子层来表明运动着的电子离核远近的不同。把能量最低、离核最近的叫第一 层(或 K 层),能量稍高、离核稍远的叫第二层(或 L 层),由里往外依次 类推,叫三、四、五、六、七层(M、N、O、P、Q 层等),就是说:把电子 看作是在距核由近及远、能量由低至高的不同电子层上运动着。
  为了简明起见,可以用示意图表示原子的结构。用一个小圆圈表示原子 核,圆圈内标出原子的核电荷数;用弧线表示电子层,在弧线上用数字表示 该电子层上的电子数。表 1—2 列出了核电荷数 1—18 的 18 种原子的原子结 构示意图。



核外电子的分层排布,有以下规律: 第一,各电子层最多容纳的电子数目是 2n2。
K 层 n=1 为 2×12=2 个 L 层 n=2 为 2×22=8 个 M 层 n=3 为 2×32=18 个 N 层 n=4 为 2×42=32 个
第二,最外层电子数目最多 8 个(K 层为最外层时不超过 2 个)。
第三,次外层电子数目最多 18 个,倒数第三层电子数目最多 32 个。 核外电子的排布,还遵循能量越低越稳定的规律。因此核外电子总是尽
先排布在能量最低的电子层,由里往外,依次排布在能量逐渐升高的电子层,
即排满了 K 层,排 L 层??。

相对原子质量

原子的质量很小,应如何表示才较方便?

表 1 — 3 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



不难看出,以“千克”为质量单位来表示原子的质量,对于书写、记忆
和使用都极不方便。因此,科学上不以“千克”为单位表示原子的质量。而 是以一种碳原子①的质量的 1/12(1.6606×10-27 千克)作为标准,用其它
原子的质量跟它比较所得的数值,就是这种原子的相对原子质量(原子量)。



例如:碳原子质量的1/12是:

1.9927×10-26 千克
12

= 1.6606×10-27 千克




氢的相对原子质量是:

1.674×10-27 千克
1.66606×10- 27 千克
2.657×10- 26 千克

= 1.0081≈1

氧的相对原子质量是:


铁的相对原子质量是:

1.6606×10- 27 千克
9.288×10-26 千克
1.6606×10- 27 千克

= 16.00024≈16


= 55.9316≈56



由上述计算可知,相对原子质量是一种相对比值。
原子是由质子、中子和电子构成的,它们的质量和相对质量见表 1—4。
表 1 — 4 质子、中子、电子的质量和相对质量
构成原子的微粒 质量(千克) 相对质量(以碳-12 原子质量的
1 / 12 作为标准) 质子 1.6726 × 10-27 ≈ 1 中子 1.6748 × 10-27 ≈ 1 电子 9.1096 × 10-31 ≈ 0.00055



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。

资料
  《国际原子量委员会采用中国科学院院士张青莲主持并测定铟的相对原 子质量为新的标准》。
  化学元素的相对原子质量是重要的自然常数。两个世纪以来,标准相对 原子质量的确定皆为先进国家所贡献。
我国化学家张青莲与中国科学院肖应凯合作用质谱法精密地测定了铟

(In)的相对原子质量,被国际原子量委员会于 1991 年 8 月汉堡会议上确定 为新的标准相对原子质量。
铟(In):114.818 这是国际上第一次采用我国所测定的相对原子质量数据作为标准。标志
我国相对原子质量精确测定已达国际先进水平。
  1993 年 8 月,国际原子量委员会再次确认张青莲主持并测定锑的相对原 子质量(121.760)为标准相对原子质量。
  由表中数据可知,电子的质量极小(约为 1 个质子质量的 1/1836), 因此,原子的质量集中在原子核上。

想一想:
·相对原子质量与质子数、中子数之间有什么近似的数值关系?

选学

人类认识原子、分子的历史


  人类对于物质是由微粒构成的认识,可以说由来已久。早在公元前 5 世 纪,古希腊的学者德谟克利特(Democritus,约公元前 460—370)就认为: 万物都是由大量的不可分割的微粒所构成,并把这种微粒叫做原子(希腊文 原意是“不可分割”)。
我国古代的学者提出了物质的“端”的概念,认为它是物质不能再分的
最小单位。例如对于 1 根铜丝,端就是相当于 1 个铜原子。 这些古代的原子观念是根据人们对自然现象的观察、想象和臆测提出来
的,没有经过实践的验证。
英国科学家道尔顿是近代原子学说的奠基人。他在科学实验的基础上,
于 1803 年提出“物质由不可分割的原子所组成”的科学假说。认为构成物质 的原子是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,为当时一些化学基本定律和化学实验事实提供了理
论基础,具有重要的科学价值,但他没有把原子和分子区别开来,以致对许 多化学定量实验事实无法解释。
后来,意大利化学家阿佛加德罗(A.Avogadro,1776—1856)提出了分
子的概念。认为分子是物质能独立存在而保持物质化学性质的最小微粒,分 子是由原子所构成。
运用阿佛加德罗的分子学说,可圆满地解释上面所指的实验事实。 后来,人们把物质由原子、分子构成的学说叫做原子分子论,它是近代
化学史上的一座丰碑。

扫描隧道显微镜


  扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,缩写为 STM)是 80 年代初期发展起来的新型显微仪器,能达到原子级的超高分辨率。STM 不仅 作为观察物质表面结构的重要手段,而且可以作为在极其细微的尺度——即 纳米尺度(1 纳米=10-9 米)上实现对物质表面精细加工的新奇工具。目前科
  
学家已经可以随心所欲地操纵某些原子。一门新兴的学科——纳米科学技术 已经应运而生。
  我国科学家正奋力投入纳米科学技术的研究,运用扫描隧道显微学方 法,已于 1992 年成功地在石墨表面刻写出纳米级的汉字和图案。
  用 STM 在高定向裂解石墨表面上刻写的汉字“中国”(见封里彩图)其 中笔画的线条宽度为 10 纳米。如果用这样大小的汉字来书写《红楼梦》一书, 只需大头针针头那样小的面积,就可写进全书的内容。
  用 STM 画出来的中国地图(见封里彩图),其比例尺为 1∶1013。这是目 前世界上最小的中国地图。
  用 STM 观察到的聚苯胺的分子排列(见封里彩图),这种结构与科学家 建立的理论分子结构模型相当吻合。


【习题】 一、将正确答案的序号填在括号里。
1.原子是 ( )
(A)保持物质化学性质的一种微粒
(B)在化学反应中能够再分的微粒
(C)物理变化中最小的微粒
(D)化学变化中的最小微粒
2.原子核一般是由 ( )
(A)质子和电子构成
(B)质子和中子构成
(C)电子和中子构成
(D)质子、中子和电子构成
3.下列关于相对原子质量的说法中,正确的是 ( )
(A)就是原子的质量
(B)其单位是千克
(C)约等于核内质子数与中子数之和
   (D)是原子的相对质量,它是用碳-12 原子质量的 1/12 作为标准的 比值。
4.下列关于分子和原子的叙述中,不正确的是 ( )
(A)分子和原子都是在不停地运动
(B)化学变化中分子可分而原子不可分
(C)原子均由质子、中子和电子所构成
 (D)物质均由分子构成,分子均由原子构成 二、镁原子的质量约等于碳-12 原子质量的 2 倍,镁的相对原子质量约
是 。镁原子中质子数和中子数相等,则它的原子核中有 个质子、
个中子,核外有 个电子。
  三、质量相同的钠、镁、铝,含原子数最多的是 ,含原子数最少的 是 。
  
        第六节 元素元素符号

世界上形态万千的物质,究竟是由什么组成的?

什么是元素


  古代的学者们,力图找出组成万物的基本物质。以前,我国学者曾长期 认为万物是由金、木、水、火、土五种“元素”所组成。欧洲学者则认为万 物是由水、火、土、气四种“元素”组成的。但是这些朴素的认识都由于缺 少科学根据而被否定。
直到现代,人们认识了原子和原子内部结构以后,才确认万物由元素组
成。我们把具.有.相.同.的.核.电.荷.数.(.即.质.子.数.).的.同.一.类.原.子.总.称.为.元.素.。
  氧元素就是所有核电荷数为 8 的氧原子的总称。氧分子是由氧原子构成 的,水分子是由氧原子和氢原子构成的,二氧化碳分子是由氧原子和碳原子 构成的。这三种分子中的氧原子,都有 8 个质子,因而是同一类原子。即这 三种物质中都含有氧元素。
氢元素是所有核电荷数为 1 的氢原子的总称,氢气、水中都含有氢元素。 铁元素是所有核电荷数为 26 的铁原子的总称。铁矿石、钢铁、铁锈中都
含有铁元素。
  现在,已知的化合物已超过了一千万种,但组成这些物质的元素并不多。 目前发现只有 112 种。就像红、黄、蓝三原色组成了万紫千红的各种颜色一 样,这一百余种元素组成了形形色色的各种物质。
地壳中含量最多的元素是氧,几乎占地壳质量的一半。其次是硅,如图
1—25 所示。



单质和化合物


百余种元素是怎样组成千千万万种物质的呢? 有些物质是由同种元素组成的,如氧气由氧元素组成,铁由铁元素组成。
像这种只由一种元素组成的纯净物叫做单质。单质按性质一般分为金属与非
金属两大类。组成金属单质的元素通常称为金属元素,组成非金属单质的元 素通常称为非金属元素。
  有些物质是由不同种元素组成的。如水由氢和氧两种元素组成,氢氧化 钠由氢、氧和钠三种元素组成的。像这样由不同种元素组成的纯净物叫做化 合物。其中,只由氧和另一种元素组成的化合物,称为氧化物。

想一想:
·化合物与混合物有什么区别?

元素符号


  化学反应若用文字语言来表述,则不胜其烦。如何才能化繁为简呢?人 们是采用化学符号来表示的。
  
表示元素的符号是瑞典化学家贝采里乌斯(J.J.Berzelius,1779—
1848)在 1813 年提出的。1860 年召开的第一次国际化学会议以此为基础, 规定:统一采用该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大写字母相同时可再附加一个小写字母来区别,例如:
氧的拉丁文为 Oxygenium 化学符号为 O 氢的拉丁文为 Hydrogenium 化学符号为 H 碳的拉丁文为 Carbonium 化学符号为 C 氮的拉丁文为 Nitrogenium 化学符号为 N 钠的拉丁文为 Natrium 化学符号为 Na 汞的拉丁文为 Hydrargyrum 化学符号为 Hg
这种化学符号叫做元素符号。是国际通用的。



徐寿(1818—1884) 我国近代化学的先驱者,早在青年时代就开始接触近代科学。徐寿勤奋
好学,一生共译书 13 种之多,主要翻译近代化学书籍,其中以《化学鉴原》 一书影响最大,在化学元素译名和制定化学名词方面做出过重要贡献。


  书写元素符号有严格的规定,第一个字母必须是大写,第二个字母必须 小写,否则会出错。例如,Mg 表示镁元素,若写成 mg,则为质量单位毫克的 符号;Co 表示钴元素,若写成 CO,则表示化合物一氧化碳了。


  每种元素都有一个汉字名称。元素名称的偏旁清楚地表明了元素的种类 和单质的状态;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“金”字旁(汞除外)。十分有利于识记。

元素符号表示一种元素,还表示这种元素的一个原子。
  表 1—5 列出了一些常见元素的名称,元素符号和相对原子质量(近似 值)。
  
表 1 — 5 一些常见元素的名称、元 素符号和相对原子质量(近似值)
元素
名称 元素符号 相对原
子质量 元素
名称 元素
符号 相对原子质量 氢 H 1 钠 Na 23 氦 He 4 镁 Mg 24 氮 N 14 铝 Al 27 氧 O 16 钾 K 39 氟 F 19 钙 Ca 40 氖 Ne 20 锰 Mn 55 氯 Cl 35.5 铁 Fe 56 氩 Ar 40 铜 Cu 63.5 碳 C 12 锌 Zn 65 硅 Si 28 银 Ag 108 磷 P 31 钡 Ba 137 硫 S 32 汞 Hg 201



元素性质与核外电子排布的关系


  既然不同种元素的原子具有不同的结构,那么,元素的性质与原子的核 外电子排布有什么关系?
原子的核外电子排布,对元素的性质有着非常重要的影响。这可从如下
探讨中看出:
1.稀有气体元素。其原子核外电子排布的显著特点是最外层电子数目都
是 8 个(氦是 2 个)。一般认为稀有气体原子的结构是最稳定的。结构决定 性质,所以稀有气体的化学性质都很稳定,通常条件下很难跟其它物质反应。
2.金属元素,其原子核外电子排布的显著特点是最外层电子数目一般少
于 4 个。在化学反应中,金属原子较易失去最外层电子,使次外层变成最外 层,达到 8 个电子的稳定结构。
3.非金属元素,其原子核外电子排布的显著特点是最外层电子数目一般
多于 4 个。在化学反应中,非金属原子较易获得电子,使最外层达到 8 个电 子的稳定结构。
  由于金属元素、非金属元素的原子最外电子层,都没有达到稳定结构, 所以在一定条件下,它们都有达到稳定结构的倾向,这是原子在化学反应中 重新组合,发生化学反应的根本原因。

元素之最


氢元素形成的单质最轻,其密度最小。 地壳中含量最多的元素是氧。 元素单质硬度最大的是金刚石。 熔点最高的是金属元素钨。

沸点最低的是稀有气体氦。 延展性最强的金属是金。 导电导热性最强的金属是银。 形成化合物最多是元素碳。 空气中含量最高的是氮。 最容易着火的非金属是白磷。 冶炼最多的金属是铁。

想一想:
·在化学反应中原子核有无变化?元素的化学性质主要决定于什么?


【习题】 一、填写下表中的元素名称或元素符号。
元素名称 氢 氮 氧 氯 碳 硫 磷 元素符号 K Ca Na Mg Al 元素名称 氟 氦 氖 氩 硅 锰 钡 元素符号 Fe Zn Cu Hg Ag

二、将正确答案的序号填在括号里。
1.地壳中含量最多的金属元素是 ( )
(A)硅
(B)铁
(C)铝
(D)氧
2.下列几种说法中正确的是 ( )
(A)任何纯净物都是由一种元素组成的
(B)任何化合物都是由不同种元素组成的
(C)凡是含氧元素的化合物都是氧化物

(D)单质只能由一种元素组成
3.下列符号中,表示 1 个氢原子的是 ( )
(A)H2
(B)H
(C)H2O
(D)He
4.下列物质中,氧元素以化合态存在的是 ( )
(A)氧气
(B)水
(C)液态氧
(D)二氧化锰(MnO2)
5.不同种元素最本质的区别是 ( )
(A)质子数不同
(B)中子数不同

(C)相对原子质量不同
(D)核外电子数不同
三、具有 的 原子总称为元素。碳元素就是所有
的碳原子的总称。
  四、由同种 组成的纯净物叫做单质;由不同种 组成的 纯净物叫做 物。铁单质由 元素组成,氧化铁(Fe2O3)由
元素和 元素组成。 五、指出下列物质中,哪些是单质?哪些是化合物?并简述原因。
1.空气 2.二氧化碳
3.氯气 4.红磷
5.氧化钙 6.氢氧化钠
7.硫酸 8.碳酸钙

本章小结


一、空气和水 空气和水均是最重要的自然资源。
1.空气成分:主要是氮气和氧气,还含有少量稀有气体,二氧化碳、其
它气体和杂质等。空气是混合物。 水的成分:由氢元素和氧元素组成。纯水是纯净物。
2.人类面临大气污染、水污染等环境问题的严峻挑战。
防治大气污染和水污染,保护大气环境和水资源。 二、物理变化和化学变化 物理变化:不生成新物质的变化。 化学变化:生成新物质的变化。
三、物质的构成
  1.分子、原子都是构成物质的微粒。有些物质是由分子构成的,而分子 又是由原子构成的;有些物质则是由原子直接构成的。
2.分子是保持物质化学性质的一种微粒,在化学反应中可以再分;原子
是化学变化中的最小微粒,在化学反应中不能再分。
3.原子的构成


? ?质子:1个质子带1个单位正电荷
?原子核?
? ?中子:呈电中性
?
原子?(居于原子中心)
?电子:1个电子带1个单位负电荷
(分层排布)


原子呈电中性:核电荷数=质子数=核外电子数
  4.原子的质量很小且集中于原子核。国际上以碳-12 的质量的 1/12 作 为标准,其它原子的质量跟它相比较所得的数值,就是该种原子的相对原子 质量。
  
5.可以用原子结构示意图表示核外电子排布的情况。 四、物质的简单分类



? ? ?

?金属

? ? ?单质?

? ?纯净物?

?非金属

? 物质? ?

? ?
? ?混合物

?化合物



由同种元素组成的纯净物叫做单质。由不同种元素组成的纯净物叫做化
合物。 五、元素
1.元素是具有相同的核电荷数(即质子数)的同一类原子的总称。
2.可以用元素符号表示元素。
3.元素性质主要与原子的最外层电子数密切相关。

复习题

【A 组】

一、选择题。(每小题有 1~2 个选项符合题意)
1.下列现象属于化学变化的是 ( )
(A)钢铁生锈
(B)汽油挥发
(C)石蜡熔化
(D)火药爆炸
2.下列物质中,属于纯净物的是 ( )
(A)空气
(B)液态氧
(C)蓝墨水
(D)澄清石灰水
3.下列关于水的组成的叙述中,正确的是 ( )
(A)水由氧气和氢气组成
(B)水由氢分子和氧原子组成
(C)水由氢元素和氧元素组成
(D)水由氢分子和氧分子组成
4.地壳里含量最多的元素是 ( )
(A)氧
(B)铝
(C)硅
(D)铁
5.下列物质中,含有氧单质的是 ( )
(A)空气中的氧气
(B)二氧化碳

(C)水
(D)电解水时,和电源正极相连的一端产生的气体
6.分子与原子的本质区别是 ( )
(A)分子能独立存在,原子不能
(B)分子质量大,原子质量小
(C)分子能直接构成物质,原子不能
(D)在化学变化中分子可分,原子不可分
7.原子的核外电子总数,等于 ( )
(A)核内中子数
(B)核内质子数
(C)核电荷数
(D)质子数加中子数
8.元素的化学性质主要决定于原子的 ( )
(A)核外电子总数
(B)核内中子数
(C)最外层电子数
 (D)核外电子层数 二、填空题。
1.原子是 中的最小微粒;分子是 的一种微粒;元素是具有
的同一类原子的总称。
  2.空气、水、氧气、氮气、二氧化碳、稀有气体、氢气等物质中,属于 混合物的是 ;属于
纯净物的是 ;属于单质的是 ;属于化合物的是 ;属于氧
化物的是 。
3.某氯原子核由 17 个质子和 18 个中子构成,该氯原子的核电荷数是
,核外电子数是 。
  4.给试管里的固体物质加热,要先使试管 受热,然后再将火焰固 定在 的部分加热。

【B 组】

一、判断下列说法是否正确,并说明为什么。
1.空气是几种单质和几种化合物的混合物。
2.水是由氢元素和氧元素组成的。
3.1 个水分子是由 1 个氢原子和 1 个氧原子构成的。
4.由不同种元素组成的物质是化合物。
5.由同种元素组成的纯净物是单质。
6.凡发热、发光的变化都是化学变化。
  二、有 A、B 两种元素的原子,A 原子失去两个电子后,原子核外只具有 两个稳定结构的电子层。B 原子的核外 L 电子层上有 6 个电子。
1.写出 A、B 两种元素的名称 A B
2.写出 A、B 两种原子的核外电子排布
A B

3. 是金属元素, 是非金属元素。
4.由 A、B 两种元素组成的化合物的名称是 。

第二章 氧气

本章要点

·氧气的性质、用途和制法
·化合反应分解反应氧化反应
·催化剂催化作用
·燃烧燃烧的条件灭火原理
·爆炸缓慢氧化自燃
·化学式式量有关化学式的计算
·离子化合物和共价化合物
·化合价化合价与化学式的关系


  氧气是空气中重要的成分,它与人类生命息息相关。因此,人们曾把氧 气叫做“养气”。同时氧气也是一种活泼的气体。无论是人类和动植物的呼 吸,还是燃料的燃烧,都离不开氧气。

        第一节 氧气的性质和用途 氧气的性质
氧气的物理性质


  在通常状况①下,氧气是一种没有颜色、没有气味的气体。它不易溶于 水,1 升水中仅能溶解约 30 毫升氧气(这部分氧气是水中生物所必须的)。


①通常状况指的是室温(25℃)和压强为 1.01×105 帕时的情况。 在标准状况①下,氧气的密度是 1.429 克/升,比空气的密度(1.293
克/升)略大。

①标准状况指的是温度为 0℃和压强为 1.01×105 帕时的情况。


  在压强为 1.01×105 帕时,淡蓝色液态氧的沸点为-183℃(90K),雪花 状的淡蓝色固态氧的熔点为-218.4℃(54.6K)。

氧气的化学性质

1.氧气跟金属反应
【实验 2—1】铁丝在氧气里燃烧


  如图 2—1 所示。取长约 15 厘米的细铁丝 1 根,用砂纸打亮,绕成螺旋 状,上端系在一根粗铁丝上,下端系 1 根火柴。在酒精灯上点燃火柴后,不 等到燃尽就放入盛有氧气的集气瓶里(集气瓶里应预先在瓶底铺一薄层细砂 或装少量水)。观察铁丝的变化。
  
反应后生成的固体叫做四氧化三铁。 反应可用文字表示如下:



铁 + 氧气点燃

点燃? →四氧化三铁

(Fe)(O2 ) (Fe3O 4 )


想一想:
·在此实验中,为什么要预先在集气瓶底铺些细砂或装少量水? 氧气几乎能跟除银、金、铂(即白金)外的所有金属发生反应,生成金
属氧化物。
【实验 2—2】铝在氧气里燃烧
  取一块 2×5 厘米的铝箔,卷成筒状,下端系 1 段镁条,用铁丝钩住铝箔 的上端,在酒精灯上点燃镁条后,将铝箔放入盛有氧气的集气瓶里(预先在 集气瓶底铺一薄层细砂)观察铝箔的变化(见图 2—2)。


反应后生成的白色固体是氧化铝。 反应可用文字表示如下:

铝 + 氧气点燃→氧化铝
(Al)(O 2 ) (Al2 O 3)


2.氧气跟非金属反应
【实验 2—3】木炭在氧气里燃烧
  (1)在燃烧匙里放(或用镊子夹)一小块木炭,在酒精灯上加热至红热。 然后伸进盛有氧气的集气瓶里(见图 2—3),观察发生的现象。


  (2)待燃烧停止后,取出燃烧匙,立即向瓶里倒入一些澄清的石灰水, 振荡(见图 2—4),观察石灰水发生的变化。


实验说明碳跟氧气反应生成了二氧化碳。 反应可用文字表示如下:

碳 + 氧气点燃 ??点?燃 ? 二氧化碳
(C)(O2 ) (CO2 )




想一想:
·为什么木炭在氧气里燃烧比它在空气里燃烧得更旺?
【实验 2—4】硫在氧气里燃烧
  (1)在铺有细砂的燃烧匙里放少量硫,在酒精灯上加热使硫燃烧,观察 硫在空气里燃烧的现象。然后立即伸进盛有氧气的集气瓶里,观察硫在氧气
  
里燃烧发生的现象(见图 2—5)。


  (2)等燃烧停止后,取出燃烧匙,轻轻用手扇动少量生成的气体进入鼻 孔,闻一闻它的气味。再将一张用水湿润的蓝色石蕊试纸放在集气瓶口,观 察试纸颜色的变化。
硫跟氧气反应生成的气体是二氧化硫。 反应可用文字表示如下:



硫 + 氧气点燃

点燃? →二氧化硫

(S) (O2 ) (SO2 )


【实验 2—5】磷在氧气里燃烧
  在铺有细砂的燃烧匙内放入少量红磷,在酒精灯上加热使磷燃烧,迅速 伸入盛有氧气的集气瓶里(见图 2—6),观察现象。
反应后生成的白烟是五氧化二磷的固体小颗粒。 反应可用文字表示如下:



磷 + 氧气点燃

点燃? 五氧化二磷

(P) (O2 ) (P2 O5 )


根据实验可知,碳、硫、磷在点燃时都能在氧气里燃烧。氧气能够跟许
多非金属单质直接化合,生成非金属氧化物。 分析以上五个化学反应,会发现它们有一个共同的特点,都是由两种物
质起反应而生成另一种物质。人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。


3.氧气跟化合物反应 蜡烛的主要成分是碳元素和氢元素。前面已看过蜡烛在空气里燃烧的实
验,现在观察它在氧气里燃烧的现象。
【实验 2—6】蜡烛在氧气里燃烧
(1)把一小段蜡烛点燃,置于燃烧匙上,然后伸进盛有氧气的集气瓶中
(见图 2—7),观察现象。


  (2)待燃烧停止后,稍冷却,观察在瓶壁上出现的现象。取出蜡烛,向 瓶里倒入少量澄清的石灰水,振荡,观察石灰水发生了什么变化。
实验说明蜡烛燃烧后有水和二氧化碳生成。 许多化合物能够跟氧气发生反应。像汽油、天然气、酒精等在空气里的
燃烧。由于这些反应的生成物不是一种而是几种,所以它们都不是化合反应。 木炭、硫、磷、铁、石蜡等物质跟氧气的反应,尽管不都是化合反应, 但其共同的特点都是物质跟氧气发生的反应。人们把物质跟氧发生的化学反
应叫做氧化反应。 通过对以上实验和分析,可以认识到,氧气是一种化学性质活泼的气体。

氧气的用途


  氧气具有非常广泛的用途。主要是供给呼吸,支持燃烧和反应放热三个 方面。
  1.供给呼吸:一般情况下,呼吸只需要空气即可。但在缺氧、低氧或无 氧环境,例如:潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时, 常需使用氧气。
  2.支持燃烧:一般情况下,燃烧只需空气即可。但在某些需要高温、快 速燃烧等特殊要求时,例如鼓风炼铁、转炉炼钢等,则需使用富氧空气或氧 气。
3.反应放热:氧化反应特别是燃烧反应时,放出的大量热可被利用。例
如燃煤取暖、火力发电;工业上利用乙炔(C2H2)在氧气里燃烧时产生的氧
炔焰来焊接或切割金属(见图 2—8),氧炔焰能产生 3000℃以上的高温。


  人们还利用液态氧浸渍木屑、木炭粉等多孔物质制成液氧炸药,用于开 山凿石、挖沟采矿等露天工程爆破。此外,氧气(空气)也是生产硫酸、硝 酸等化工产品的原料。(见图 2—9)

资料

大气中氧气的形成和演变


  覆盖在整个地球表面的空气称为大气,其质量约为 5.3×1018 千克,占 地球总质量的百万分之一。现在的大气是由原始大气经历了一系列的复杂变 化才形成的。
在原始大气中并不含氧气,其主要成分是氢气、氦气和水蒸气等。现在
大气中的氧气是由于绿色植物的光合作用而产生的。在绿色植物尚未出现以 前,高空中尚无臭氧层存在,太阳的紫外辐射能穿透上层大气到达低空,把 水蒸气分解为氢气和氧气,在此过程中因太阳紫外辐射会破坏生命,所以, 生命在地面上就不能存在。



  在火箭发动机中液态氧是作为汽油或液态氢燃料的一种氧化剂来使用 的。


  初生的生命仅能存在于紫外线辐射不到的深水中,又经历了漫长的岁 月,逐渐转移到浅水中活动,发展成为绿色植物,通过光合作用和水蒸气的 光解作用,使大气中的氧气增加起来。
  当大气中氧气的含量较多时,在高空才可能形成臭氧层,臭氧层一旦形 成,就会吸收有害于生命的紫外线辐射,低空水蒸气光解为氧气的过程也不 再进行,于是在低空绿色植物的光合作用,就成为大气中氧气形成的最重要 原因。这时生命体因受到臭氧层的屏护,不再受紫外线辐射的侵袭,且能得 到氧的充分供应,就能脱离水域而上岸活动。所以,植物的出现和繁衍使大 气中的氧气出现并逐渐增多。此外,通过动植物的呼吸作用使大气中的氧气
  
和二氧化碳的比例得到调节。


  负氧离子对人体的健康十分有益,常被称为是空气“维生素”。对人体 功能有调节和保健功能。
  据报道:每立方厘米空气所含的负氧离子,在农村原野有 1500 个左右, 海滨地区 5000 个左右,喷泉、瀑布附近可达 5000 个以上。因而在这些地方 常觉得空气新鲜,使人感到精神愉快,体力充沛。


【习题】 一、将正确答案的序号填入括号里。
1.下列关于氧气物理性质的叙述中,正确的是 ( )
(A)通常是无色、无气味的气体
(B)易溶于水
(C)在标准状况下密度比空气略小
(D)液态氧和固态氧都呈淡蓝色
2.硫在氧气里燃烧时发出 ( )
(A)红色火焰
(B)蓝紫色火焰
(C)黄色火焰
(D)淡蓝色火焰
3.下列反应中,生成物是非金属氧化物的是 ( )
(A)磷跟氧气
(B)铜跟氧气
(C)硫跟氧气
(D)镁跟氧气
  4.铁丝在氧气里燃烧的实验中,预先在集气瓶里装少量水或砂所起的作 用是 ( )
(A)防止瓶底炸裂
(B)吸收生成物质
(C)增加氧气含量
 (D)降低瓶内温度 二、木炭在氧气里燃烧比在空气里燃烧得更剧烈,发出 光,并放
出 量,燃烧后生成的无色气体能使澄清石灰水 ,这说明所生成
的气体是 。木炭和氧气反应的文字表示为 。 三、细铁丝在集气瓶里和氧气反应的现象是 ,所生成的物质叫
做 。 四、用文字表示下列各化学反应:
1.氢气在氧气中燃烧。
2.乙炔(C2H2)在氧气中燃烧(生成二氧化碳和水)。
3.红磷在氧气中燃烧
4.电解水
  在以上 4 个反应中,属于氧化反应的有(填写序号) ,属于化 合反应的有(填写序号) 。
五、举出日常生活中的 3 个事例,说明氧气具有广泛而重要的用途。


氧气的发现


  1774 年英国化学家:普里斯特利(J.Priestley,1733—1804)用一个 直径达 0.31 米的聚光透镜来加热放在密闭玻璃瓶中的氧化汞,发现一种能强 烈帮助燃烧的气体。同时期瑞典化学家舍勒(K.W.Scheele,1742—1786) 也进行了类似的实验。两人各自独立地发现了氧气。但两人都未能正确解释 这种气体在燃烧过程中的作用。
  法国化学家 A.L.拉瓦锡研究了此种气体的性质,并正确地解释了这种 气体在燃烧过程中的作用。
  
第二节 氧气的制法
氧气的性质活泼,用途非常广泛。那么,如何制取纯净的氧气呢? 氧气的实验室制法 实验室通常采用加热氯酸钾或高锰酸钾的方法来制取氧气。通常在图 2
—10 所示装置中进行。
【实验 2—7】氧气的制取
(1)按图 2—10 将各仪器连接好,检查装置的气密性。


  (2)将 6 克氯酸钾和 2 克二氧化锰混匀,平铺在试管内,用带有导管的 单孔橡皮塞塞紧试管口。给试管加热,待气泡能连续发生时,再用排水法收 集氧气。
(3)待氧气收集完毕后,先将导气管移出水面,然后再熄灭酒精灯。 实验中生成的气体是氧气。 氯酸钾受热,除生成氧气外,还生成另一种物质氯化钾,反应可用文字
表示如下:


催化剂
氯酸钾催化剂 ????? 加热氯化钾 + 氧气
加热
(KClO ) (KCl) (O )
3


由于氧气不易溶于水,一般多用排水集气法收集,又由于氧气比空气略
重,所以也可采用向上排空气法收集(见图 2—11)。



想一想:
·制氧气装置中的试管管口为什么要稍向下倾斜?
·氧气收集完毕后,为什么要先把导气管移出水面,然后再熄灭酒精灯? 用氯酸钾制取氧气时,还要放入少量二氧化锰。这是为什么呢?让我们
通过实验进行研究。
【实验 2—8】二氧化锰的催化作用
实验装置如图 2—12 所示。


  在两支试管里分别加入 3 克氯酸钾、1 克二氧化锰。同时用酒精灯加热, 当氯酸钾熔化,产生气泡时,将带火星的木条分别插入试管里,观察现象。 然后,撤去酒精灯,将试管里的二氧化锰倒入盛氯酸钾的试管里,并将
带火星的木条插入此试管,观察现象。 实验现象说明:
第一,二氧化锰虽然含氧,但用酒精灯加热时不能分解出氧气。 第二,将氯酸钾加热到熔化状态时,只能缓慢地放出氧气。 第三,在加热条件下,氯酸钾中加入二氧化锰,就能迅速地放出氧气。

二氧化锰在这个实验中起了什么作用? 若把试管中反应后的混合物溶解于水,然后过滤。将滤出的黑色固体经
洗涤、干燥后称量。可发现其质量和反应前所加入的二氧化锰的质量相等, 而且其化学性质也相同。这就表明:二氧化锰具有使氯酸钾在较低温度下放 出氧气的特殊本领。像这种能改变化学反应速率,而本身的质量和化学性质 在反应前后都没有改变的物质,叫做催化剂(或称触媒)。
催化剂在化学反应里所起的作用叫做催化作用。 在这个反应中,二氧化锰就是氯酸钾迅速分解放出氧气的催化剂。 若用高锰酸钾制取氧气,则不需要催化剂,也不需要很高的温度,只需
稍稍加热,就可制出氧气。此外,还生成锰酸钾和二氧化锰。 反应可用文字表示如下:



高锰酸钾加热

加热? 锰酸钾

+ 二氧化锰

+ 氧气
九年义务教育三年制初级中学教科书(试用本)——化学(全一册)的下一页
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