鲁教版8年级化学全一册高清教材54制_4-教培资料-26年最新资料-同步更新_初中高中教资_03科三专项（进去保存报考的学科即可）_102025初中科目（全）电子教材

责任编辑：王 源 封面设计：武 斌 王 琦 丽 子 绿色印刷产品 义务教育教科书（五·四学制） 化学 八年级 全一册 定价：9.77元 价格批准文号：鲁发改价格核（2021）607011 举报电话：12345（五·四学制）主 编：毕华林 卢 巍 副 主 编：丛祥滋 孙志学 姜承彬 责任编辑：王 源 YIWU JIAOYU JIAOKESHU （WU·SI XUEZHI） HUAXUE BA NIANJI QUAN YI CE 义务教育教科书（五·四学制） 化学 八年级 全一册 * 山东出版传媒股份有限公司 山东教育出版社出版 （济南市市中区二环南路 2066 号 4 区 1 号） 山东新华书店集团有限公司发行 山东汇文印务有限公司印装 * 开本：787 毫米×1092 毫米 1/16 印张：10 插页：2 字数：200 千 定价：9.77 元（上光） ISBN 978-7-5328-7151-3 2012 年 7 月第 1 版 2019 年 7 月第 4 版 2021 年 7 月第 10 次印刷 著作权所有·请勿擅用本书制作各类出版物·违者必究 山东出版传媒股份有限公司教材中心售后服务电话：0531－82098188出 版 说 明 为了更好地满足五四学制实验区义务教育教学的需要，2003年山东省教育 厅决定以全国中小学教材审定委员会初审通过的义务教育课程标准实验教科书 为基础，委托山东教育出版社等单位改编、出版一套五四学制的义务教育课程 标准实验教科书。该套实验教科书经全国中小学教材审定委员会初审通过后供 山东省的烟台、威海、淄博、莱芜等五四学制实验区选用，受到了广大师生的 欢迎和肯定。 2011年7月，教育部启动了义务教育课程标准实验教材的修订送审工作。 山东教育出版社依据《义务教育化学课程标准》（2011年版），对原《义务教 育课程标准实验教科书·化学（八年级全一册）》进行了修订，于2012年5月 经教育部审定通过，作为义务教育教科书供全国五四学制地区选用。 2012年版教材修订由毕华林、卢巍任主编，丛祥滋、孙志学、姜承彬任副 主编。参加修订工作的还有亓英丽、王媛、梁青、齐玉和、崔素芳、朱思光、 朱殿光、樊勃生、东野长熙、徐迎春、周传昌、高爱玲、高秀玲、石秀竹、石 娟、李爱华、李发启等。2013年以来对本教材的历次修订做出贡献的人员有 葛东修、曲海霞、张永华、马维娟、于培海、李峰、王荣桥、刘红梅、孙艳 华、陈丽艳、刘文静、张云鹏、封秀玉、马伟、马立霞、李友虎、郝洋洋、崔素 芳、吕红晓、刘振国、辛本春、韩晓梅、李颖华、孙娟、徐红莉、崔艳、焉 兆东、董丽花等。 在教材修订过程中，曾得到中国科学院院士、南京大学陈洪渊教授，北京 师范大学刘知新教授，华东师范大学高剑南教授，山东师范大学陈德展教授等 专家和广大一线化学教师的指导和帮助；全国中小学教材审定委员会的专家们 提出了许多宝贵的意见；山东省教育厅、山东出版集团、山东省教学研究室、 烟台市教育科学研究院、威海市教育教学研究中心、淄博市教研室、莱芜市教 研室，以及泰安、青岛、济宁、濮阳等教研单位的领导和学科专家给予了大力 的帮助和支持。在此一并表示衷心的感谢。 山东教育出版社致同学 亲爱的同学： 从现在开始，你就要学习化学了，你是否对此充满了期待和憧憬？ 说化学是一门神奇的科学，一点也不为过！是化学，给了我们认识世界的火 眼金睛；是化学，使我们拥有了改变世界的神奇力量；是化学，为我们展现了物 质变化的无穷魅力；是化学，为我们创造了丰富多彩的物质世界。 与你已经学习过的物理学和生物学等科学课程一样，化学也有其独特的知识 体系和思想方法。不仅如此，化学还有自己的专用语言和独特的思维方式！ 我们期待你能在化学课上学到更多的化学知识，在探究物质世界的活动中不 断提高分析问题、解决问题的能力。在互相尊重、互相信任、互相关爱的学习氛 围中，充分发挥你的天赋，不断开发你的潜能，富有成效地学习、自信快乐地成 长，为将来成为一名合格的公民奠定坚实的基础。 尽管我们力图使这本教科书编写得让你喜欢，促进你对化学的学习和理解， 但化学毕竟是一门既魅力十足又充满挑战的科学，你在学习过程中一定会遇到 这样或那样的困难。请不要因此而气馁甚至放弃，“成功＝90%的态度＋10％的方 法”。只要你坚定信心，充分发挥自己的主动性和创造性，就一定能学好化学! 让我们携手共进，步入化学科学的殿堂吧！ 编 者Contents 目 录 第一单元 步入化学殿堂 第一节 化学真奇妙 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 第二节 体验化学探究 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9 到实验室去：化学实验基本技能训练（一） ⋯⋯ 14 到图书馆去：你好，化学！ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 19 第二单元 探秘水世界 第一节 运动的水分子 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 26 第二节 自然界中的水 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 30 第三节 水分子的变化 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 36 到实验室去：化学实验基本技能训练（二） ⋯⋯ 41 到图书馆去：卡文迪什的发现 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 44 第三单元 物质构成的奥秘 第一节 原子的构成 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 50 第二节 元素 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 59 第三节 物质组成的表示 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 66 到图书馆去：化学自有深意 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 72第四单元 我们周围的空气 第一节 空气的成分 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 78 第二节 氧气 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 85 到实验室去：氧气的实验室制取与性质 ⋯⋯⋯⋯ 93 到图书馆去：走进氧的世界 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 95 第五单元 定量研究化学反应 第一节 化学反应中的质量守恒 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 102 第二节 化学反应的表示 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 106 第三节 化学反应中的有关计算 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 111 到实验室去：探究燃烧的条件 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 114 到图书馆去：用天平称出来的伟大定律 ⋯⋯⋯ 116 第六单元 燃烧与燃料 第一节 燃烧与灭火 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 122 第二节 化石燃料的利用 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 130 第三节 大自然中的二氧化碳 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 136 到实验室去：二氧化碳的实验室制取与性质 ⋯ 142 到图书馆去：地球越来越热 问题越来越烫手⋯ 144第一节 化学真奇妙 步入化学殿堂 第一单元 当听到“化学”这个词的时候你会想到什么？在你心目中，化学 是一门什么样的科学？它与数学、物理学、生物学有什么不同？化学 为什么会随着时代的发展而成为一门中心科学？它与我们的生活有什 么关系？怎样才能学好化学？ 1.1 化学真奇妙 ▲ 化学改变了世界 ▲ 神奇的化学变化 ▲ 物质构成的奥秘 1.2 体验化学探究 ▲ 从问题开始 ▲ 通过科学探究解决问题 ▲ 对探究活动进行反思 到实验室去：化学实验基本技能训练（一） 1第一单元 步入化学殿堂 第一节 化学真奇妙 化学，顾名思义，是有关物质变化的学问。化 学家们的重要工作是利用实验的方法研究物质及其 变化的原因和规律，继而根据这些规律来改变和创造 物质。 你知道吗？汽车轮胎、众多药物、各种塑料，包 括你的书包和轮滑装备⋯⋯都是以石油为原料通过化 学方法生产出来的，这让你难以置信吧？然而，化学 家和化学工程师们早已将这一切变成了现实！ 一、化学改变了世界 化学就是这么神奇，它能把石油、空气、食盐等 极为普通的物质转变成功能各异的产品，它能创造出 我们所需要的物质，也能消除我们不需要的物质，还 能实现物质与能量的转化。人类利用化学科学知识在 一个“纯天然”的地球上搭建起一个五彩缤纷、美轮 美奂的人造世界。我们的衣、食、住、行都离不开化 学科学，正是那些无处不在的化学制品，使我们的生 活变得多姿多彩、充满现代气息。 2第一节 化学真奇妙 大多数服装面料中都含有化学合成纤维 化学肥料和农药的使用将世界粮食产量 提高了40%〜60% 现代建筑和装饰材料很多来自化学工业 现代交通工具的制作材料大多是用化学 方法生产的 活 动天 地 1-1 仔细观察教室中的各种物品，说一说哪些是来自自然界中本来就有的物质， 哪些是来自用化学方法人工制造的物质。假设周围所有化学制品在一瞬间全部消 失，我们的生活会变成什么样子？ 如今，化学科学已日益渗透到社会生活的各个 方面，特别是与人类社会发展密切相关的重要领域， 如信息科学、功能材料研制、能源开发利用、环境保 护、生命过程探索等。 3第一单元 步入化学殿堂 化学合成功能材料、化学燃料技术的 利用化学技术消除机动车排放的有 发展，成就了中国人的飞天梦想 害气体，研发新能源汽车、减少化 石燃料消耗 纵观人类发展的历史，每一次时代变革都与化学 科学的发展密不可分。从钻木取火的石器时代到青铜 器时代、铁器时代，从钢铁、化石燃料得到广泛应用 的工业时代到计算机和互联网技术飞速发展的信息时 代，化学科学都是当之无愧的“主角”。依靠化学， 人类才能更好地解决诸如能源危机、环境污染、疑难 疾病救治等重大问题；依靠化学，人类才能架设起从 贫穷走向繁荣、从蒙昧走向文明、从地球走向太空的 桥梁。 二、神奇的化学变化 化学改变世界的途径是使物质发生化学变化。什 么样的变化是化学变化呢？ 光合作用 葡萄酿成酒 铁生锈 4第一节 化学真奇妙 生活经验告诉我们，图示的变化都有新物质生 成。这种生成新物质的变化叫作化学变化，也叫化学 反应。没有生成新物质的变化叫作物理变化。 怎样知道物质是否发生了化学变化呢？ 活 动天 地 1-2 观察化学变化的现象 实验1. 点燃镁条。 实验现象 实验2. 向试管中加入少量氢氧化钠溶液，再滴加几 滴酚酞试液。 ① ② 实验现象 实验3. 将几颗锌粒放入试管中，再加入3〜4 mL稀 盐酸。 实验现象 实验4. 取3〜4 mL硫酸铜溶液于一试管内，再用滴 管滴加4〜5滴氢氧化钠溶液。 ③ ④ 实验现象 化学变化的基本特征是有新物质生成，在这个过 程中常常伴随发光、发热、颜色变化、产生气体、生 成沉淀等现象。我们通常可以通过观察这些现象来推 断是否发生了化学变化。 物质发生化学变化不但生成新物质，还会伴随着 能量变化。这种能量变化通常表现为热能、光能和电 能的释放或吸收。如炸药、石油、煤炭等储存的能量 都是通过化学反应释放出来的；而绿色植物则是通过 5第一单元 步入化学殿堂 化学反应（光合作用）将太阳能储存起来。其实我们 的身体就像一个复杂的“化学工厂”，食物、氧气、 水等“原料”每时每刻都在进行着化学反应，为我们 的生命活动提供能量。 能 光 储存 释放 电能 化学反应 能量 能量 热 能 化学反应中的能量转化 三、 物质构成的奥秘 同学们想过吗？从杯子中的水到遥远太空的恒 星，宇宙中的一切物质是由什么构成的？ 一滴水中约含有1021个水分子。如果能有一种仪 器把水分子放大到一定程度，你会看到每个水分子都 是由两个氢原子和一个氧原子紧密结合在一起形成 的，而且水分子中的氢原子和氧原子按一定的角度排 列成特定的空间形状。 化学上分别用符号H、O和H O表示氢原子、氧 2 原子和水分子。 氢原子和氧原子不仅能相互结合形成水分子，还 能两两自相结合形成氢分子和氧分子（分别用化学符 号H 和O 表示）。大量的氢分子聚集成氢气，大量的 2 2 氧分子聚集成氧气。 人类经过长期的探索研究，认识到世界万物都是 水分子（H O） 由极其微小的粒子（分子、原子等）构成的。 2 6第一节 化学真奇妙 O O H H 氢分子（H ） 氧分子（O ） 2 2 如今，科学家们已经能够通过扫描隧道显微镜 （STM）观测到原子和分子，而且实现了对原子、分 子的移动和排列，以及复制、改造和创造分子。化学 就是在原子、分子水平上研究物质及其变化规律的一 门基础学科，它能指导我们更好地认识、改造和应用 物质。 用STM技术拍摄 用STM技术将铁原子 用STM技术排列 的硅原子图像 排列成“原子”二字 一氧化碳分子 长 话 短 说 1. 化学变化是有新物质生成的变化，通常伴随发光、发热、颜色变化、 产生气体、生成沉淀等现象。通过化学变化，人们改造物质世界并实现物质 与能量的相互转化。 2. 世界上的物质都是由分子、原子等微小的粒子构成的。化学是在原 子、分子水平上研究物质及其变化规律的一门基础自然科学，它能指导我们 更好地认识、改造和应用物质。 7第一单元 步入化学殿堂 挑 战 自 我 1. 区别以下各组变化中的化学变化和物理变化。 （1）铁生锈和铁受热熔化 （2）咬碎食物和消化食物 （3）火柴折断和火柴点燃 （4）蜡烛受热熔化和蜡烛燃烧 2. 选择完成下列两个小实验中的一个，详细记录实验现象。将你观察并记录的实 验现象与同学们交流，看谁更善于观察和思考。 实验A： （1）将2药匙小苏打加入一只干净的玻璃杯中。 （2）再加入半杯白醋，盖上硬纸片，轻轻摇动玻璃杯。 （3）观察玻璃杯内物质的变化情况，通过触摸感受杯子的温度变化。 （4）取下硬纸片，小心扇动玻璃杯口处的空气，闻一闻有什么气味。 实验B： （1）将一枚鸡蛋放入一只干净的玻璃杯里；倒入大约2/3杯白醋，观察现象，标 记鸡蛋在杯中的位置。 （2）第二天，观察鸡蛋壳发生的变化和鸡蛋在杯中的位置变化。取出鸡蛋，清 洁鸡蛋壳的表面，重新放回杯子中。 （3）连续操作、观察一周，鸡蛋发生了什么变化？ （4）两周后，取出鸡蛋，你又会有什么发现？ 8第二节 体验化学探究 第二节 体验化学探究 化学真是太奇妙了，它几乎无处不在，时刻影响 着我们的生活，不断地推动着人类社会向前发展。化 学科学的每一项成果都是通过科学探究获得的，科学 探究也是我们学习化学的重要方式。那么，怎样开展 化学科学探究呢？ 一、 从问题开始 科学始于问题，如果没有了问题，科学发展就走 到了尽头。化学科学就是在不断发现问题和解决问题 的过程中向前发展的。 活 动天 地 1-3 观察蜡烛燃烧并提出有探究价值的问题 你也许认为自己对蜡烛燃烧现 象再熟悉不过了，那里不会有什么引 提出一个问题，往往 人入胜的故事发生。然而，19世纪英 比解决一个问题更重要，因 国科学家法拉第在观察蜡烛燃烧现象 为解决一个问题也许仅是一 后提出的值得探究的科学问题达数十 个数学上或实验上的技能而 个，并且这些问题的解决带来诸多新 已，而提出新的问题、新的 的科学发现。现在也请你尝试观察蜡 可能性，从新的角度去看旧 烛燃烧现象，看看你能提出哪些有探 的问题，都需要有创造性的 究价值的问题。 想象力，而且标志着科学的 〔观察现象〕 真正进步。 1. 取一支蜡烛，点燃，仔细观察刚点燃时、燃烧过 ——爱因斯坦 程中、熄灭时、熄灭1分钟后的现象。 2. 取一根火柴梗，将其迅速插入蜡烛火焰中，约1 秒后取出，观察火柴梗不同部位的烧灼情况。 9第一单元 步入化学殿堂 3. 在蜡烛火焰上方罩上一个冷而干燥的烧杯，观察烧杯壁上的现象；再将烧 杯迅速倒置，向其中加入少量澄清石灰水，振荡，观察现象。 〔提出问题〕 1. ； 2. ； 3. ； ⋯⋯ 敏锐观察和深入思考是提出问题的关键。如果能 做到仔细观察，不轻易放过任何“反常”现象，不轻 信现成的结论，不迷信权威观点，养成独立思考的习 惯，提出有探究价值的问题就不再是一件难事了。 多 识 一 点 化学之谜 无论是我们自己还是化学家都有许多未找到答案的问题，这些谜一样的 问题，吸引了无数化学爱好者在化学科学的王国里不懈地探索。 1. 空气的组成是什么时候变成现在这个样子的，将来还会变吗？空气中 氧气的含量是否会随着二氧化碳含量的变化而变化？ 2. 如何设计各种“魔法分子”，使它们具有人们预先设定的功能？比如： 设计治疗癌症的药物分子，使它能够只杀灭癌细胞，而不会损伤正常细胞。 3. 太阳能无穷无尽，无处不在，水也是普遍存在，利用太阳能分解水来 制取高效无污染的理想能源——氢气，是多么合算的事情！但是，目前利用 光能分解水还是一项有待攻克的世界性难题。 4. 光合作用是地球上最重要的化学反应。小小一片绿叶，在太阳光的 照射下，就可以把水和二氧化碳这两种物质轻而易举地转化为人类赖以生存 的基础物质——碳水化合物和氧气，同时把太阳的光能转化为化学能储存起 来。这个在通常条件下进行的化学反应至今都无法在化学实验室中实现，许 多科学家正致力于探索光合作用的奥秘。 5. 人们要把空气中的氮气转换为植物可以利用的氮肥，需要高温、高压 等条件，而豆科植物的根瘤菌却在不知不觉中轻松完成了这一过程，这可真 是一个谜。 ⋯⋯ 10第二节 体验化学探究 二、通过科学探究解决问题 有了问题，就要设法寻找答案。如何寻找问题 的答案呢？首先要根据以往的经验或已有的知识，提 出猜想或假设，然后通过实验、调查或查阅资料等方 法收集证据，并对这些证据进行分析与归纳，得出结 论，最后还要对探究的过程及结论进行反思评价。 实验 探 究 1-1 探究蜡烛燃烧的奥秘 〔发现并提出问题〕小明在观察蜡烛燃烧时发现了这样的现象：蜡烛的火焰集中 在烛芯周围，石蜡在不断熔化而液态的石蜡却没有直接燃烧。这是为什么呢？固体石 蜡是否需要变成石蜡蒸气后才能被点燃？ 你提出的问题是： 。 〔猜想与假设〕小明猜想：在空气中点燃蜡烛时，固体石蜡需变成蒸气才能燃烧。 你的猜想是： 。 〔设计并进行实验〕小明设计了下列实验来验证自己的猜想： 1. 从蜡烛上切下一块固体石蜡，放在蒸发皿里，尝试用火柴点燃。 2. 点燃一支蜡烛，待烛芯周围有较多的石蜡油产生时，熄灭蜡烛，立即尝试用火 柴点燃石蜡油。 3. 用坩埚钳夹持一根短尖嘴玻璃管，将其末端插入 燃着的蜡烛烛芯附近，一段时间后用火柴在玻璃管尖嘴 处点燃。 请你按小明设计的实验验证他的猜想或自行设计 实验验证你的猜想。 〔结论与解释〕小明获得的结论是：石蜡是先熔 化成液态再变成气态才燃烧的，因为气态的石蜡比液态或固态的石蜡更容易被点燃。 你获得的实验结论是： 。 〔反思与交流〕 1. 对探究过程的反思 小明在实验后反思：在试图点燃液态石蜡油时，起初是先把石蜡油滴到蒸发皿中 再尝试点燃的，结果由于石蜡油冷凝太快，始终未能得到液态石蜡。后来想到的改进 方法为：熄灭蜡烛后立即用火柴尝试点燃烛芯周围的石蜡油，获得了预期的效果。可 11第一单元 步入化学殿堂 见勤于思考是保障探究成功的关键！ 你的反思是： 。 2. 有待进一步研究的问题 （1）从石蜡燃烧火焰的不同部位引出的气体都能继续燃烧吗？ （2）如何证明石蜡燃烧是化学变化？ 你还能提出哪些有待进一步研究的问题？ 。 三、对探究活动进行反思 确定了科学探究的问题后，从设计实验到实施实 验需要“三思而后行”；实验完成后，还应“行后而 三思”。只有对探究活动的过程和结果进行认真的反 思，才能使我们不断进步。 活 动天 地 1-4 书写化学探究实验报告 当探究活动结束后，还有一项重要的任务是对自己的探究活动进行反思，完 成探究实验报告。请你根据下列格式，将你在“实验探究1-1”中的探究活动写成 一篇完整的化学探究实验报告。 化学探究实验报告 姓 名 合作者 班 级 日 期 实验名称： 。 通常可从以下方面 实验目的： 。 对探究活动进行反思：探 实验步骤和现象： 。 究方法是否科学、有效？ 探究程序是否合理、简 实验结论： 。 捷？探究过程是否安全、 反思： 环保？有哪些需要改进的 1. 对本次实验的反思： 。 地方？还有哪些问题有待 2. 希望进一步探究的问题： 。 进一步探究？ 12第二节 体验化学探究 化学科学的神奇之处不仅在于它能改造物质世 界，还能丰富我们的精神世界。学好化学，有助于我 们增进对物质世界的了解，提升科学探究的能力。 化学实验是化学科学发展和化学学习的重要途径，在 “做实验”中“学化学”，你会体验到无穷的乐趣。 让我们到实验室去吧！ 长 话 短 说 1. 科学探究是学习化学重要而有效的方式，化学实验是进行科学探究的 重要途径。 2. 科学探究的基本环节包括：提出问题、猜想与假设、收集证据（包括设 计实验方案、进行实验等）、获得结论、反思与评价、表达与交流等。 3. 科学探究需要动手操作，更需要动脑思考，是一个动手与动脑紧密相 结合的过程。 4. 科学探究是一个合作与交流的过程，只有积极参与、充分表达交流才 能享受到探究的乐趣。 挑 战 自 我 1. 议一议：下列观点是否正确？为什么？ （1）当个人的观点与大多数人的观点不一致时，应三缄其口。 （2）当个人的实验结论与书上的权威结论不一致时，应相信权威。 （3）当个人实验获得了与多数人不同的结果时，应查找原因、重复实验。 （4）在进行实验之前，应认真分析实验任务，仔细设计好实验方法和步骤，做 好一切准备。 2. 家庭小实验：食盐是你再熟悉不过的物质了，你观察过食盐溶于水的过程吗？ 你能通过食盐溶于水的实验获得哪些发现？提出多少问题？ 13第一单元 步入化学殿堂 到实验室去 化学实验基本技能训练（一） 明确任务 1. 认识常见的化学实验仪器，初步学会使用酒精灯、胶头滴管等。 2. 掌握药品的取用、物质的加热等基本实验技能。 3. 牢记化学实验室安全规则，养成遵守实验室安全规则的自觉意识。 4. 初步养成“动脑思考、规范操作、周密观察、详实记录”的实验习惯。 做好准备 1. 认识化学实验室 走进化学实验室，找一找： ① 电源、灭火器在哪儿？安全通道在哪儿？ ② 排气扇、废液缸在哪儿？ ③ 化学实验仪器、药品在哪儿？ 2. 认识常见的仪器 依据课本附录Ⅰ，认识酒精灯、胶头滴管、试管、药匙、镊子、试管夹等仪 器的用途和使用注意事项。 友情提示 走进化学实验室，你会抑制不住内心的激动，想马上开始做实验。然而， 如果不按照规程操作，化学实验是有一定危险性的。因此，你必须听从老师的指 导，遵守实验室规则，确保实验安全。看一看，下图中的哪些做法是不安全的？ 怎样做才安全？ 14到实验室去 化学实验室安全规则 为保证实验安全，取得预期实验效果，养成良好的实验习惯，尽可能减少对环境的污 染，请同学们遵守以下规则： 1. 不能在实验室内饮食、嬉戏打闹、大声谈话。 2. 易燃、易爆的药品要远离火源；避免将腐蚀性药品沾在衣服或皮肤上。 3. 进入实验室前，应明确实验任务、实验步骤和注意事项。对于自己设计的实验方案， 需征得老师同意后才能进入实验室操作。 4. 动手实验前，要检查实验用品是否齐全；实验进程中，要将实验用品按顺序摆放整齐。 5. 不要用手接触药品，不要把鼻孔凑到容器口闻药品气味，严禁品尝药品。 6. 做实验时要尽可能佩戴护目镜；加热操作中，不要凑近被加热仪器直视观察，不要将 试管口朝向自己或他人。 7. 实验剩余药品既不要放回原瓶，也不要随意丢弃，更不能带出实验室，要放入指定的 容器内。 8. 实验完毕后，应及时洗涤所用器皿；仪器、药品归类整理，放在规定位置。 9. 注意安全用电和节约用水。离开实验室前，务必关闭电源和水源。 15第一单元 步入化学殿堂 动手实验 实验一 药品的取用 【技能训练】 取用粉末状固体药品使 用药匙或纸槽；取用块状药 向试管中加入粉末状固体 品使用镊子。取用时，先将 试管平放，再将盛有药品的 药匙或夹持固体的镊子伸入 试管中，然后将试管直立， 使药品慢慢滑落至试管底 部。 向试管中加入块状固体 向试管中倾倒液体药 品时，先取下瓶塞，倒放在 桌面上，然后手心对着标签 拿起瓶子，使瓶口紧靠试管 口，将液体缓缓倒入试管。 用胶头滴管向试管中滴 加液体时，胶头滴管应垂悬 在试管口上方，不能接触试 管。 向试管中倾倒液体 向试管中滴加液体 【实战演练】 1. 向试管中倒入少量液体A，然后 向其中加3~5滴液体B，振荡试管，观察 现象。用同样的方法，分别向盛有少量 液体A和液体B的试管中滴加液体C，观 察现象。 A B C 16到实验室去 实验现象 氢氧化钠溶液+硫酸铜溶液 氢氧化钠溶液+酚酞试液 硫酸铜溶液+酚酞试液 2. 在试管中加入2~3块石灰石，用胶头滴管向试管中滴入约2 mL稀盐酸，观 察石灰石表面发生的变化，然后将一根燃着的木条放在试管口，观察现象。 现象 实验二 物质的加热 【技能训练】 取下灯帽，用火柴点燃酒 精灯；用温度较高的外焰给物 外焰 质加热；用灯帽盖灭酒精灯。 内焰 焰心 注意：切忌向燃着的酒精灯内 添加酒精。酒精灯内添加的酒 精量一般控制在酒精灯容量的 酒精灯的使用 1/3至2/3。不能用燃着的酒精灯 去点燃另一个酒精灯。 给试管中的液体加热时，液体的体积不得超过试管容积 的1/3。将试管夹夹持在离试管口约1/3处，使试管倾斜。先将 试管预热，加热过程中要不断地上下稍稍移动试管。 注意：不要手持试管加热，不要触碰刚加热完的试管，以免 被烫伤。加热时切不可让试管口对着自己或他人，以免液体 沸腾溅出伤人。 给试管里的液体加热 17第一单元 步入化学殿堂 首先放置好酒精灯，然后根据酒精灯火焰的高度将盛有 药品的试管固定在铁架台上，试管口略向下倾斜。 先将试管均匀加热，然后将酒精灯固定在有药品的部位 加热。 给试管里的固体加热 【实战演练】 1. 取少量氧化铜粉末，装入试管中，再向试管中加入约2 mL稀硫酸，振荡试 管，观察现象。然后加热试管，观察现象。 现象 2. 取少量硫酸铜晶体，放入试管中，将试管固定在铁架台上，用酒精灯加热 试管，观察现象。 现象 反思交流 1. 在化学实验基本技能训练中，你有哪些经验要与同伴分享？ 2. 结合对本实验的体验，谈谈化学实验中应该注意哪些安全事项？ 3. 下面是一些危险化学品标识，请登录互联网查询了解有关危险化学品的更 多信息。 18到图书馆去 到图书馆去 你好，化学！ ——跟化学第一次亲密接触 当你听到“化学”这个词的时候，眼前可能会浮现出 这样的景象：一脸严肃的科学家正在实验室里“鼓捣”那些 瓶瓶罐罐，里边盛的“神秘物质”正在“咕咕”冒泡，或者 “嗞嗞”作响，或者发生神奇的颜色变化⋯⋯看到这些，你 可能觉得化学非常神秘，离我们很遥远，然而，化学就在我 们身边，遍观周围，几乎每件事物都与化学有关。 生活离不开化学 自有文明以来，人类对物质世界孜孜不倦的探索成 为了历史长河中改变世界最强大的力量。从中国的炼丹术 到欧洲的炼金术，在烟熏缭绕的炼丹炉和反应锅旁边的炼 化学家在实验室里做实验 金术师无意间成为了化学的先驱。直到16世纪，伴随着 文艺复兴，磷元素的发现带来了一场科学的革命。磷燃烧闪耀且低温，当时被称为最 耀眼的神奇之火，这也意味着化学元素第一次正式公开地变成了人们使用的工具，化 学逐渐成为一门科学。进入18世纪，法国科学家拉瓦锡让人类知道了氧气的存在，第 一次用“元素”定义了化学物质，将人们对自然界与物质的认知带到了一个崭新的高 度。19世纪，门捷列夫叩响了化学的时代之音，他根据元素的原子结构及核外电子的 运动规律将元素按照化学性质进行排列，元素周期表的总结意味着改变自然的力量被 人类真正掌握。 如今，化学的创造力几乎覆盖了我们生活的方方面面。从日常饮食到生活起居， 从穿衣出行到休闲娱乐，当代化学的进步极大地丰富了我们的物质生活，改善了我们 的生活水平。你穿的衣服也许是纯棉的，但更有可能是由尼龙、涤纶、聚氨酯等化学 合成材料制成的；你喝的自来水是在数小时前用化学方法消毒处理过的；化学合成洗 涤剂会帮你很容易地洗掉衣物上的污渍；化学方法帮助我们获得汽车燃料，化学催化 19第一单元 步入化学殿堂 剂帮助我们消除汽车尾气对空气的污染；药物、化妆品、涂料等等，都是现代化学工 业的产物。 化学离我们有多远 虽然我们的生活已经离不开化学，但是也许你依然会这么想：呵！我只管享受 科学发展的成果就是了，至于化学知识和化学研究，是那些穿着白大褂的化学家们 应该考虑的事吧。然而，现实情况往往和你想的并不一样。让我们来看这样一个真 实的事例： 科学家研究恐龙化石，试图 破解恐龙突然从地球上消失的秘 密。他们得到一个重要发现：在 白垩纪和第三纪过渡期的沉积物 中，铱元素含量偏高。而恐龙正 是在那时似乎于一夜之间从地球 上消失的。研究人员发现，陨石 中的铱含量也比地壳中的偏高。 于是，他们猜测导致恐龙突然消 失的原因很可能是一颗体积较大 的流星撞击地球，导致地球气候巨变。 看上去，化学跟恐龙似乎没什么直接的关联，然而，在上述研究过程中，化学却 成为一种极其重要的工具。 虽然化学的发展已经使我们的生活深受影响，然而，我们一定要明白化学知识本 身没有好坏之分，问题的关键是我们如 何利用化学知识。由于有些人过于关注 眼前利益，致使我们面临环境恶化的威 胁。然而，找出解决问题的方法远比抱 怨和谴责更为重要。解铃还需系铃人， 我们还是要从化学中寻找问题的答案。 现在，许多国家的化工企业已经下决心 利用化学科学解决问题，而不是源源不 断地制造问题。可见，学好化学是何等 重要。 遭受酸雨腐蚀的大理石雕像 20到图书馆去 怎样才能学好化学 化学学习是一个非常有趣的过程。化学有着不同于其他学科的学习方法。首先，化 学既研究物质宏观上的性质及其变化，也研究物质微观上的组成和结构。宏观与微观相 联系是化学不同于其他学科的特点，也是化学学科最具特征的思维方式。这就需要我们 养成宏观与微观相结合的思维习惯，学会从微观的视角去看物质及其变化。其次，化学 有其特殊的“学科语言”（化学用语），理解并正确使用化学语言是学好化学的基础。你 要学会用化学语言来描述物质及其变化。化学还是一门以实验为基础的科学，实验探究 是学习化学的重要方法，你要学习通过实验探究去解决生产、生活中的化学问题。 你有更为远大的目标 化学课程为我们提供的不仅仅是化学知识，还有解决问题的方法。采取正确的态度 和方法学习化学，你会逐渐成为一个解决问题的高手。当然，我们这里所说的不仅仅是 解决化学问题的能力，更是解决任何一个领域、任何一种问题的能力。所以，请你在学 习化学、解决化学问题的时候，一定要谨记在心：你有更为远大的目标！ 思 考 1. 也许很多同学会像你一样，担心学不好化学。为什么化学会被很多人贴上 “难学”的标签？请列出你关心或担心的有关化学学习的话题，与同学和老师讨论。 2. 复习课堂笔记、研读课本固然很重要，但是化学学习很大程度上是建立在科 学探究基础上的。然而，仅靠学习科学探究示例，能否掌握解决问题的方法？为什 么说解决问题的能力对化学学习很重要？为什么说解决问题的方法与问题的答案同 样重要？ 21第一单元 步入化学殿堂 单元练习 知识应用 1. 下列叙述不正确的是（ ）。 A. 物质都是由分子、原子等微观粒子构成的 B. 化学变化的过程常会伴随能量变化 C. 物质本身并无优与劣之分，但应用的方法和目的却存在好与坏的差别 D. 化学科学和技术的快速发展必然导致生态环境的恶化 2. 下列变化中，与另外三个有本质区别的是（ ）。 A. 铁锅生锈 B. 牛奶变酸 C. 葡萄酿成酒 D. 水结成冰 3. 下列行为中，符合实验室安全规则要求的是（ ）。 A. 酒精灯被碰翻着火时，立即用湿抹布盖灭 B. 实验结束后，剩余药品要倒入下水道 C. 加热试管中的液体时，不能将试管口对着他人，要对着自己 D. 为提高实验操作效率，没有毒性的药品可以直接用手抓取 4. 在化学变化中，物质具有的化学能可以转化为热能、光能或电能。 （1）镁条燃烧时，化学能转化为 能和 能。 （2）蜡烛燃烧时伴随发生了哪几种能量变化？在这个过程中是往环境中释放 了能量还是从环境中吸收了能量？ 5. 用图示中的“关键词”填空： 水分子（H O） 氢分子（H ） 氧分子（O ） 氧原子 氢原子 2 2 2 晶莹的水滴是由大量 聚集而成的，水分子里的 和 是按一定的角度排列的。氢气是由大量 聚集而成的，氢分子是 由 自相结合构成的。氧气是由大量 聚集而成的。由此可知，不 同种类的原子可以相互结合构成分子，同种原子也可以自相结合构成分子。 22单元练习 方法探究 6. 请你参与某学习小组的下列探究活动，并回答问题。 〔发现问题〕小明将一只燃烧正旺的蜡烛轻轻吹灭后，发现烛芯处产生一缕 白烟。 〔提出问题〕小明想：这缕白烟的成分是什么呢？ 〔猜想与假设〕大家展开了热烈讨论。小亮猜测白烟是蜡烛燃烧产生的二氧 化碳；小光猜测白烟是石蜡燃烧产生的水蒸气；小明猜测白烟是石蜡蒸气凝结成 的石蜡固体颗粒。 〔收集证据〕 （1）查阅资料：烟是由固体颗粒形成的，雾是由小液滴形成的。石蜡的熔 点和沸点都很低，很容易液化或汽化。二氧化碳是无色且能使澄清石灰水变浑浊 的气体。 （2）实验探究：① 吹灭蜡烛，立即用一个内壁涂有澄清石灰水的烧杯罩 住白烟，观察到澄清石灰水 。小亮由此得出结论：白烟 是二氧化碳。② 吹灭蜡烛，立即用一块干而冷的玻璃片罩在白烟上，玻璃片上 没有出现水雾，而是出现了一些白色固体物质。小光由此得出结论：白烟不是 。③ 吹灭蜡烛，立即用燃着的木条靠近白烟，发现蜡烛 重新被点燃，说明白烟具有可燃性，这为 的猜测提供了证据，同时可 以排除 的猜测。 〔结论与解释〕 （1）由以上探究结果可知： 的猜测是正确的。 （2）小亮在实验时确实看到石灰水变浑浊，但他获得的结论不正确，原因 可能是 。 〔反思与评价〕 小光同学的反思是：蜡烛燃烧产生水，由于温度高于100℃而呈气态，不会 凝结成雾状。所以不应该猜测白烟是水蒸气。 小亮同学的反思可能是： 。 也许你对该小组的探究活动也有所思考，你思考的问题是： 。 23第一单元 步入化学殿堂 反思交流 7. 小芳同学学习本单元后，将主要内容概括如下，请说出你对此网络图的 理解。 化学研究的基本目的 化学研究的领域 化学对人类的贡献 化 学 化学科学对物质的 化学学习的重要方 化学实验安全知识 认识 式——科学探究 和操作技能 24第一节 运动的水分子 探探探秘秘秘水水水世世世界界界 第二单元 浩瀚的海洋、奔腾的江河、皑皑的白雪、变幻的云朵⋯⋯组成了 一个多姿多彩的水世界。有了水，才有了地球上的万物生灵；有了 水，才有了人类的灿烂文明。水是一种什么样的物质？自然界中的水 为什么会变化莫测？水是由什么样的粒子组成的？这些肉眼看不到的 粒子内部又有着怎样的奥秘？组成水以及自然万物的基本成分是什 么？⋯⋯让我们走进水世界，探索水及整个物质世界构成的奥秘吧！ 2.1 运动的水分子 ▲ 水的三态变化 ▲ 分子 2.2 自然界中的水 ▲ 水的天然循环 ▲ 天然水的人工净化 2.3 水分子的变化 ▲ 水的分解 ▲ 水的合成 到实验室去：化学实验基本技能训练（二） 25第二单元 探秘水世界 第一节 运动的水分子 水是由水分子聚集而成的。水分子很小，小得 你看不见、摸不着。只一滴水，就含有约1021个水分 子！这么小的水分子似乎是微不足道的，然而，没有 小小的水分子，哪有晶莹的水滴？没有水滴又怎么会 有潺潺的小溪、奔腾的江河、浩瀚的海洋？ 水分子有什么特征？为什么水有时能幻作朵朵白 云，有时能化为绵绵细雨，有时又能变成皑皑白雪？ 一、水的三态变化 水变作云、雨、雪是水分子的运动状态发生变化 的结果。 设想把封闭在针管中的少量水煮沸，液态的水就 会变为水蒸气，体积会明显增大。你有没有想过，在 封闭在针管中的水 表示水分子 这个过程中，水分子发生了什么变化？ 水分子本身变大了？ 水分子之间的间隔变大了？ 水分子的数目增多了？ 水分子受热都运动到针管的另一端去了？ 在固态的水中，水分子紧 密有序排列，只能在固定的 一定量的水，当它由固态变为液态，再由液态变 位置上振动。在液态的水 为气态时，水分子的数目和大小不会变化，变化的只 中，水分子间隔较小，可在 是水分子之间的间隔和排列方式。这样的变化属于物 一定程度上自由运动。在气 态的水中，水分子间隔较大， 理变化。 可以完全自由运动。 26第一节 运动的水分子 雨后初晴的夏日，路边的斑斑水渍一会儿就消失 得无影无踪了，这是水蒸发的缘故。在水蒸发的过程 中，水分子获得太阳光的能量后，运动加快，克服了 水分子之间的相互作用，离开液体表面，变成水蒸气 逸散到空气中去了。 烧开了水之后，揭开锅盖，立即就会有许多水滴 滴下，这是水蒸气在锅盖上冷凝的结果。烧水时，部 分水分子获得足够能量，离开水面向锅盖处运动。这 些水分子遇到冷的锅盖后失去部分能量，导致其运动 减慢，由于分子间的相互作用而彼此靠近，于是聚集 在一起，凝结成水滴。 活 动天 地 2-1 描述水分子的运动 水结冰和冰融化的过程中，水分子的能量、运动速率、相互间的作用及间隔 是怎样变化的？小丽根据自己的理解，对这些变化进行了下列描述： 如果把一杯水放到冰箱的冷冻室里，只要几小时，它就变成了坚硬剔透的 冰，这便是液态水的凝固。水凝固时，水分子自身的能量降低，彼此间隔较小相 互作用增强，运动减慢，从而整齐有序地排列起来，形成冰。冰中的水分子在各 自的位置上不断振动。 27第二单元 探秘水世界 杯中的冰在室温下放置，又会很快变成液态水，这叫作冰的融化。在这个过 程中，水分子吸收热量，能量升高，运动加快，排列变得无序。在液态的水中， 水分子的运动比较自由，但彼此间隔仍然较小。 思考：你同意小丽的描述吗？你有没有更好的方式描述水分子的这些变化？ 二、分子 许多物质像水一样，是由分子构成的，如氢气、 氧气和蔗糖等。分子是构成物质的一种基本粒子，它 们都是由原子构成的。 实验 探 究 2-1 分子的特征 请按照下述步骤进行实验，观察、记录实验现象，并对现象予以解释。 1. 取两支25 mL的量筒，一支加入10 mL水，另一支加入10 mL酒精，然后将这两 种液体在其中一支量筒中混合，静置后观察现象。 现 象 解 释 2. 取两只相同容量的小烧杯，一只中加入半杯热水，另一只中加入半杯冷水，然 后分别加入少量品红，观察现象。 现 象 解 释 思考：你还能想到哪些可从分子角度解释的宏观现象？ 分子的质量和体积都很小，相互之间有间隔，存 在着相互作用，自身有能量，总在不断地运动。正是 由于分子具有这样的本质属性，自然界里的水才会通 过分子能量的变化实现固、液、气三种状态之间的相 互转化。 28第一节 运动的水分子 多 识 一 点 水分子存在的佐证 1827年，苏格兰植物学家布朗将新鲜花粉撒到水面上，用显微镜观察， 发现花粉颗粒在水面上不停地做无序运动。布朗想，难道花粉是会动的生命 体？于是又用干花粉重复了上述实验，但结果一样。 布朗的发现引发了诸多人的思索，最终人们给出了科学的解释：悬浮于 水中的每一个花粉颗粒，皆处在无数个水分子的包围之中，而且在某一瞬间 所受到的水分子撞击力又不尽相同，因此花粉颗粒才会不断地做无序运动。 布朗的发现后来成为水分子真实存在的有力佐证。 长 话 短 说 1. 分子是构成物质的一种基本粒子，它们都是由原子构成的。分子的体 积和质量均很小。分子之间有一定的间隔且存在相互作用。分子自身具有一 定的能量，总是在不断地运动。 2. 水的三态变化是分子自身的能量、运动速率、分子间隔和排列方式的 改变造成的。 挑 战 自 我 1. 你同意对下列现象做出的微观解释吗？ （1）水在液态和气态时易于流动：因为液态或气态水中水分子运动快，彼此之 间相互作用较小，且位置不定；水在固态时不能流动，是因为固态水中水分子之间作 用力大，且相对位置固定。 （2）将一瓶白酒敞口放置一段时间后，酒的味道会变淡：酒精分子摆脱了分子 间的束缚，逸散到空气中。 2. 对下列现象的解释错误的是（ ）。 A B C D 蔗糖晶体放置在空气中不 红墨水加入水 50 mL水和50 mL 现 结成冰的水不 象 会“消失”，而放入水中会 中后，整杯液 酒精混合后的总 能流动 很快“消失” 体变为红色 体积小于100 mL 空气中的气体分子与蔗糖 温度降到零度 解 分子之间的相互作用较 分子总是在不 释 以下后，水分 分子间存在间隔 弱，而水分子与蔗糖分子 断运动 子不再运动 之间的相互作用更强 29第二单元 探秘水世界 第二节 自然界中的水 水是地球上分布最广、与我们的日常生活联系最 紧密的物质之一。当你听到夏夜里泉水叮咚，看到冬 日里雪花飘落，你是否会想：这些水是从哪里来的？ 天然水是如何变成饮用水的？ 一、水的天然循环 地球表面70%以上 下雨了，掬一把雨水，想一想，这些水分子是 的区域被水覆盖 从哪里来的？当然，现在它们来自于你头顶上的那片 乌云，可是去年，也许它们还凝固在黄河源头的冰川 里，抑或流淌在滚滚不息的长江里呢！ 降雨，只是水天然循环中的一个环节，大自然中 的水究竟是怎样循环的？ 活 动天 地 2-2 认识水的天然循环 转移 转移 水蒸气冷凝 降水 冰雪沉积 水蒸气冷凝 降水 冰雪升华 融雪径流 蒸腾 海水蒸发 蒸发 地表径流 地表径流 土壤入渗 植物吸收 地下渗漏 地下水流 观察图中水的天然循环路线，想一想：在水循环的每个环节上，水分子是怎 样运动的？水分子的能量如何变化，是什么原因导致其能量变化？ 30第二节 自然界中的水 水的天然循环是通过其三态变化实现的。太阳为 水分子提供能量，使其运动加快，达到一定程度后， 一些水分子便克服了分子之间的相互作用，变成水蒸 气，扩散到空气里，在高空中遇冷凝结成云。云随风 飘移，再遇冷又转变成雨或雪，降落到地面，汇入江 河湖海，渗进山川土地。大自然就是通过水分子的运 动，既实现了水的自身净化，又完成了水资源的重新 分配，周而复始、源源不断地为地球上的生物补充淡 水资源。 二、天然水的人工净化 地球上水的储量很大，分布范围也很广，但是大 约97.5%的水集中在海洋和咸水湖里。跟人类关系最 淡水2.5% 为密切的淡水约占地球总水量的2.5%，可供人类直 海洋和咸水湖中的水 97.5% 接利用的江河水、湖泊淡水以及浅层地下水，仅约占 地球淡水总量的13%，占地球总水量的0.3%。 冰68.7% 河流、湖泊等1.2% 水的天然循环给我们带来了淡水。但是，天然淡 浅层地下水11.8% 水中往往含有泥沙、可溶性的矿物质和细菌等，为满 深层地下水18.3% 足生活和生产的需要，人们需要根据天然水水质的不 同而进行相应的净化处理。 实验 探 究 2-2 净化天然水 给你一杯浑浊的天然水，你是否会想：这杯水中有哪些杂质？应该采用什么 方法，分别除去其中的各种杂质而最终得到纯净的水？ 1. 沉降：在烧杯A和烧杯B中分别加入约100 mL天然水样品。将烧杯A放在实 验桌上静置；同时在烧杯B中加入明矾粉①， 用玻璃棒充分搅拌后再静置。观察两 个烧杯中发生的变化。 沉降：天然水中较大的泥 现象 沙颗粒，静置后会在重力 作用下沉降下来，加入明 结论 矾可以加速泥沙的沉降。 ① 明矾是一种净水剂，溶于水后可促进水中悬浮杂质的沉降，从而起到一定的净水作用。 31第二单元 探秘水世界 2. 过滤：按照图示制作一个过滤器，完成对上述烧杯A中上层液体的过滤。 想一想：怎样使滤纸 紧贴在漏斗的内壁 上？过滤操作中应注 意的事项有哪些？ 过滤器的制作 过滤操作 过滤：过滤是分离颗粒大小 现象 不同的混合物的方法。过滤 结论 器就像一个小筛子，水分子 等体积较小的粒子能通过滤 3. 吸附：在步骤2中得到的略带颜色的滤液中放入 纸中的细小空隙，而泥沙等 一个活性炭包，充分搅拌后静置。观察烧杯中液体的 较大的颗粒则留在滤纸上。 变化。 现象 吸附：活性炭疏松多孔，表 结论 面积很大，具有较强的吸附 作用，水或空气中的一些有 用滴管取1滴上述烧杯中的清液，滴在洁净的玻璃 颜色或气味的杂质很容易附 片上，置于酒精灯上慢慢加热，至水分消失。观察玻 着在其表面而被除去。 璃片上是否仍有残留的物质？混入水中的这类物质应 如何除去？ 蒸发：加热时，水由液态变 成气态，扩散到空气中，此 4. 蒸馏：将步骤3中得到的滤液加热煮沸，使水蒸 时，我们说水分蒸发了。 气冷凝在烧杯上部的表面皿上。取所得冷凝水，滴在 结晶：溶解于水中的矿物质 玻璃片上，在酒精灯上慢慢加热至水分消失。观察玻 在水分蒸发后以固体的形式 璃片上发生的现象。 留在玻璃片上，我们说矿物 质结晶析出了。 32第二节 自然界中的水 蒸馏：给水加热使之变为水 蒸气，再将水蒸气冷凝得到 液态水的过程叫水的蒸馏。 蒸馏得到的水称为蒸馏水。 现象 结论 思考：在上述净化天然水的实验过程中经历了哪些操作步骤？每个步骤的作 用是什么？ 很多物质像天然水一样，是由两种或两种以上 硬水和软水 物质组成的，属于混合物。还有一些物质和蒸馏水一 天然水分为硬水和软 样，是由一种物质组成的，属于纯净物。世界上完全 水。含有较多可溶性钙、镁 纯净的物质是没有的，那些仅含少量杂质的物质，由 矿物质的天然水称为硬水， 于纯度极高，所含杂质对其性质几乎不产生影响，通 不含或含较少钙、镁矿物质 常被视为纯净物。 的水称为软水。可以通过一 自来水厂通常对天然水进行沉降、过滤、灭菌 定的化学方法将硬水转化成 软水。 等净化操作，使之达到饮用水标准，再输送到千家万 户。自来水在输送过程中还可能受到二次污染，所以 要煮沸杀菌后再饮用。 隔网 蓄水池 加入液氯消毒 清水池 滤水池 澄清池 储水池 供水系统 自来水生产过程 33第二单元 探秘水世界 在线 测 试 1. 下列观点错误的是（ ）。 A. 水变成水蒸气的过程中，水分子变大 B. 水在天然循环过程中，发生的是物理变化 C. 河水、井水、海水都可视为含有某些可溶物的混合物 D. 用滤纸过滤不能除去天然水中溶解的矿物质 2. 结合净化天然水的活动经验和自来水生产过程，分析水中下列杂质的去除方法。 杂质种类 净化方法 颗粒较大的不溶性杂质 颗粒较小的不溶性杂质 微生物 可溶性杂质 长 话 短 说 1. 水通过它在自然界里的三态变化，实现天然循环。水的天然循环是自 然界中水分子运动的结果，对生命活动具有重要意义。 2. 江河、湖泊等中的天然淡水经沉降、过滤、杀菌消毒等净化过程，可 以变成生活用的自来水。 3. 纯净物是由一种物质组成的，混合物是由两种或两种以上物质组成 的。过滤、吸附、蒸发、结晶和蒸馏等是常用的分离混合物的方法。 挑 战 自 我 1. 请选用下列“关键词”填空： 沉降 过滤 吸附 蒸发 结晶 蒸馏 某实验小组从河中取水样，观察到：水样浑浊，有固体小颗粒。他们对水样进行 34第二节 自然界中的水 如下处理：首先向水样中加入明矾，搅拌、溶解后静置一段时间，其目的是促进水中 部分杂质的 ；然后进行 ，以除去固体小颗粒；最后向滤液中加入活 性炭，利用其 性除去水样的颜色和异味。 2. 公园、车站等公共场所设有许多可直接取水饮用的饮水台，其中的水处理过程 如下图所示。步骤①对应的作用是 （填字母，下同），步骤③对应的作用是 。 A. 杀菌消毒 B. 吸附杂质 C. 过滤 直饮水机 ①炭罐 ③紫外灯 可直接饮 水厂原水 ②超滤膜 （内含颗粒活性炭） 管照射 用的水 35第二单元 探秘水世界 第三节 水分子的变化 水的三态变化改变的是水分子间的间隔和排列 方式，而“每个水分子由一个氧原子和两个氢原子构 成”这一事实始终未变，因为水没有变为其他物质。 但是，如果在水中插入电极，通直流电，情况是否会 有所不同呢？ 一、水的分解 实验 探 究 2-3 HO 2 水在直流电作用下的变化 1. 如图所示，在水电解器的玻璃管中 注满水，接通直流电源。观察两个电极和 两支玻璃管内液面有何变化？ ？ 现象 ？ 2. 用一根点燃的火柴接近液面下降 较多的玻璃管尖嘴处，慢慢打开活塞， 观察现象。 现象 3. 用一根带火星的木条接近液面 电极 下降较少的玻璃管尖嘴处，慢慢打开活 塞，观察现象。 现象 思考：水通直流电后得到的两种气 体分别是什么？ 直流电源 36第三节 水分子的变化 在上述实验中，水电解器的两个电极上都有气 体产生，分别聚集在两侧玻璃管的上部，这些气体不 是水蒸气。其中能使带火星的木条复燃的气体是氧气 （O ），能被点燃的气体是氢气（H ）。 2 2 水通电生成两种物质——氢气和氧气。这一反应 可表示为： 通电 水 氢气 ＋ 氧气 H O H O 2 2 2 + 水分子 氢分子 氧分子 像水通电生成氢气和氧气这样，由一种物质生成 两种或两种以上其他物质的反应，叫作分解反应。 交 流 共 享 在水受热蒸发和水通电分解的过程中，水分子分别发生了怎样的变化？ 二、水的合成 从电解水的实验中我们看到，氢气可以被点燃。 这是氢气和空气中的氧气发生了化学反应，反应的结 果是不是还能生成水呢？如何用实验来证明你的猜 想？ 37第二单元 探秘水世界 实验 探 究 2-4 氢气在空气中燃烧 如图所示：在空气中点燃纯净的氢气，并在火焰 上方罩一只干燥的凉烧杯，观察现象。用手轻轻触摸 烧杯。 现象 注意：在点燃氢气前，一定 要检验它的纯度！ 纯净的氢气在空气中安静地燃烧，火焰呈淡蓝 色，烧杯内壁凝结有水雾；用手触摸烧杯，烧杯发 烫。这是因为氢气和空气中的氧气在点燃的条件下发 生反应生成了水，并放出热量。这一反应可表示为： 点燃 氢气 ＋ 氧气 水 H O H O 2 2 2 + 氢分子 氧分子 水分子 像氢气和氧气反应生成水这样，由两种或两种以 上的物质生成一种物质的反应，叫作化合反应。 38第三节 水分子的变化 氢气在空气中燃烧，能放出大量的热，是一个 释放能量的化学反应，所以人们将氢气视为一种大 有发展前途的新型燃料，甚至认为21世纪将是氢能 源世纪。 交 流 共 享 在水通电分解成氢气和氧气、氢气与氧气反应生成水的过程中，分子和构成分子 的原子是否都发生了变化？ 上述两个实验表明：由分子构成的物质发生化 学变化时，分子改变了，而原子没有改变。 我们把物质在化学变化中表现出来的性质，称为 该物质的化学性质，如水通电可以发生分解，氢气可 以在空气中燃烧，氧气可以支持燃烧等；而物质不需 要发生化学变化就能表现出来的性质，称为该物质的 物理性质，如物质的颜色、气味、状态、密度、熔点 和沸点等。 在线 测 试 1. 从分子的角度分析，下列解释错误的是（ ）。 A. 酒好不怕巷子深——分子在不断运动 B. 热胀冷缩——分子间隔的大小随温度的改变而改变 C. 电解水生成氢气和氧气——分子可以分成原子，原子也可重新组合成新的分子 D. 水可以分解为氢气和氧气，所以水是由不同种物质组成的混合物 2. 下列观点正确的是（ ）。 A. 水蒸气遇冷能凝结成水，说明水分子之间是能够化合的 B. 氧气支持氢气燃烧时表现的是氧气的化学性质 C. 白炽灯泡的钨丝通电时发光放热，说明发生了化学变化 D. 无论是混合、分离，还是化合、分解，都是物质发生物理变化的过程 39第二单元 探秘水世界 长 话 短 说 1. 在直流电作用下，水分解生成氢气和氧气。在点燃的条件下，氢气与 氧气化合生成水。 2. 在化学反应中，分子改变，而原子在反应前后不变。 3. 由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应，叫作分解反应；由 两种或两种以上的物质生成一种物质的反应，叫作化合反应。 4. 物质在化学变化中表现出来的性质称为该物质的化学性质；物质不需 要发生化学变化就能表现出来的性质称为该物质的物理性质。 挑 战 自 我 反应前 反应后 1. 右图是某个化学反应的微观模拟示意图， 从图中不能获得的信息是（ ）。 A. 该反应前后一共涉及3种分子 B. 该反应在常温下就很容易发生 （ 表示一种原子； 表示另一种原子） C. 该反应前后各种原子的种类没有变化 D. 该反应属于化合反应 2. 水通电分解时没有发生变化的是（ ）。 A. 水分子的能量 B. 水分子的组成和结构 a b C. 水的化学性质 D. 构成水分子的原子种类 3. 将水注入水电解器装置中，接通直流电一 段时间后，可以观察到a管中产生气体和b管中产 生气体的体积关系为________________________； 检验b管中气体的方法是_______________________ ___________________________。 40到实验室去 到实验室去 化学实验基本技能训练（二） 明确任务 1. 初步学会使用托盘天平（或电子秤）、量筒等仪器。 2. 学会物质的称量、仪器的连接、装置气密性的检查和仪器的洗涤等实验 技能。 做好准备 参考附录，了解托盘天平（或电子秤）、量筒等仪器的用途和使用方法。 动手实验 实验一 物质的称量 【技能训练】 分度盘 指针 托盘天平在使用前应先将游码调至零刻度 处，然后检查是否平衡，如果未平衡，应调节左、 托盘 右平衡螺母使其平衡。称量时把称量物放在左盘， 平衡螺母 游码 砝码放在右盘。添加砝码时，先加质量大的砝码， 标尺 再加质量小的砝码，最后移动游码。所称药品的质 量为砝码和游码所示的质量和。 托盘天平 注意：砝码应用镊子夹取，不要直接用手取用，以 免污染砝码。 称量时，药品不能直接放在托盘里。没有腐 蚀性的药品应放在纸片上称量；有腐蚀性的药品应 放在烧杯中称量。 电子秤 41第二单元 探秘水世界 用量筒量取液体时，先向量筒 里倾倒液体至接近所需刻度，然后 × 将量筒平放在桌面上，再用胶头滴 管滴加液体至该刻度。 √ 注意：读数时视线要与量筒内凹液 × 面的最低处保持水平。不要用量筒 盛放热的物质，也不要在量筒中溶 解物质。 液体的量取 【实战演练】 称量3 g食盐，放入一只100 mL的烧杯中，再用量筒量取15 mL水，倒入烧杯 中，用玻璃棒轻轻搅拌，观察现象。 现象 实验二 仪器的连接与洗涤 【技能训练】 在玻璃管上 用橡皮塞塞住试管 套上胶皮管 将玻璃管插入胶皮管时，先将玻璃管一端用水 注意：进行仪器连接时， 润湿，然后一手持玻璃管，一手持胶皮管，稍稍用 一定要小心操作。为防止 力转动插入。 玻璃管折断后刺破手，最 用橡皮塞塞住试管时，一手持试管，一手持橡 好用抹布将其包裹起来再 皮塞，稍稍用力转动塞入。 进行操作。 42到实验室去 【实战演练】 按右图所示连接好仪器。将导管的一端浸入水 中，用手握住试管，如果导管口有气泡冒出，证明装 置连接完好、不漏气。 连接仪器并检查 【技能训练】 装置的气密性 废液缸 实验仪器的洗涤 注意：洗涤试管时，用力不要过 实验结束后，将废液倒入废液缸中。 猛，以防损坏试管。 清洗试管时，将试管刷轻轻转动或上 玻璃仪器洗涤干净的标准是： 下移动进行刷洗。洗涤后的废液也要倒入 水在仪器内壁既不聚成水滴，也不 废液缸中。 成股流下。 反思交流 托盘天平和量筒都属于计量仪器，使用过程中哪些环节容易产生计量误差？ 如何减小这些误差？ 43第二单元 探秘水世界 到图书馆去 卡文迪什的发现 人类派出探测器登陆火星后证实：火星上确实有以“水冰”形式存在的水。这一消 息再度引发了科学界对地外生命的遐想和推测。水是生命存在的必需条件，是地球上分 布最广的物质。那么，水是由什么元素组成的呢？ 一个千年谜团 水是由氢和氧组成的，现在这几乎是所有人都知道的常识。然而，人们对水的组成 的认识却经历了一个非常漫长的过程。长期以来，人们把水视为一种单一的、不可再分 的、构成万物的基本成分，甚至还有不少人认为水能变成土。水到底是一种什么样的物 质呢？直到1784年，一个叫卡文迪什的人才解开了这个千年谜团。 卡文迪什是英国著名科学家，在物理学和化学领域具有极高的造诣。在物理学领 域，卡文迪什被称为有史以来最伟大的实验科学家之一。他用实验的方法测得了万有引 力常数G，验证了牛顿于1666年发现的万有引力定律，并据此确定了地球的平均密度， 估算了地球的质量（其结果与现在的计算值相差不过10%）。 也许是因为在物理学领域的伟大贡献，卡文迪什在许多人眼里是一位物理学家，而 实际上，他在化学领域取得的成果绝不逊色于物理学。卡文迪什是氢气的发现者，他还 研究了二氧化碳的性质和空气的组成，证明了空气中存在稀有气体。正是由于这一系列 的重大贡献，卡文迪什又被人们称为“化学界的牛顿”。 卡文迪什在化学领域最杰出的贡献就是对水的组成的研究。与之前不少科学家一 样，卡文迪什也注意到当金属锌或铁浸泡在酸里的时候，会产生一种气体。他把这种气 体称作“可燃空气”（即氢气）。与前人不同的是，卡文迪什依靠高超的实验技巧，系统 研究了它的性质。卡文迪什于1766年将他对“可燃空气”的研究成果公之于众。 直至15年后的1781年，与卡文迪什一样痴迷于气体研究的另一位英国科学家普利斯 特里将自己的一些实验成果告诉了卡文迪什：他将卡文迪什发现的“可燃空气”通入一 个含有空气的球形密闭玻璃瓶中，用一种静电装置打火，瓶子中发出爆鸣声，瓶子内壁 还出现了露珠。然而，普利斯特里无法对这些现象给出满意的解释。 44到图书馆去 像许多其他许多科学家一样，卡文迪什重复了普利斯 特里的实验。即使按照现在的标准衡量，卡文迪什的实验也 是非常精确的。他发现：当将“可燃空气”和空气混合点燃 时，几乎全部“可燃空气”和大约1/5的空气被消耗并产生露 珠，而且这种露珠就是水!卡文迪什又用氧气（当时他已经 发现并制取了氧气）代替空气进行了多次实验，同样得到了 水。卡文迪什还证明氢气和氧气互相化合的体积比（“体积” 这一概念也是由卡文迪什首次提出的）是2.02∶1。 卡文迪什对水的研究工作虽然很快就取得了非凡的成 果，但精益求精的他并没有马上公布他的实验结果，而是 普利斯特里铜像 又做了3年的改进实验。在此 期间，卡文迪什的研究助手布莱格登在1783年访问巴黎的 时候将卡文迪什的研究结果告诉了法国科学家拉瓦锡。拉 瓦锡抱着怀疑的态度与布莱格登一起重复了卡文迪什的实 验，并迅速将结果通报给法兰西科学院。后来，拉瓦锡又 分别精心设计了水的分解及合成的实验，并于1783年11月 在法兰西科学院召开的会议上宣布：水不是一种不可再分 拉瓦锡合成水实验装置 的基本成分，而是由氢和氧两种成分组成的。 最富有的学者 最有学识的富翁 卡文迪什于1731年出生于一个英国贵族家庭，在40岁那年因继承遗产而成为百万富 翁。然而，这位百万富翁的日常行为和嗜好却与其他贵族富豪们格格不入。他像一位羞 怯、谦卑的隐士，过着极其简朴的生活，终身未娶。卡文迪什唯一的爱好就是做科学实 验，他的钱大部分都花在购置实验仪器和图书上，对科学之外的事情很少关注。曾有科 学史家这样评价卡文迪什：他是“有学问的人当中最富有的，富人当中最有学问的”。 卡文迪什观察事物非常敏锐，精于实验设计，所做实验的结果都相当准确，而且研 究范围非常广泛，对于许多化学、力学和电学问题的研究都有重要发现。也许是出于慎 重，或是过于羞怯，卡文迪什的许多科研成果都没有公开发表，而是被尘封在他的实验 笔记里。在将近50年的科研生涯中，他没有写过一本书，只发表过18篇论文。1871年， 著名物理学家麦克斯韦在筹建剑桥大学卡文迪什实验室时，发现了卡文迪什的实验笔 记，倾其生命的最后几年重复了卡文迪什所有的实验，并将这些成果整理发表，这才使 得卡文迪什的科学成就为世人所知。麦克斯韦曾说“卡文迪什几乎预料到了电学上所有 45第二单元 探秘水世界 伟大的事实”。 在卡文迪什的世界里，似乎所有的东西都是 有办法“精确计量”的，甚至包括自己的寿命。 卡文迪什孤独一生，也是在孤寂中离世的。当感 觉到自己大限将至的时候，他吩咐仆人离开他的 房间，直到某个时间再回来。当仆人再次返回的 时候，发现这位伟大的科学家已经与世长辞。 亨利·卡文迪什 思 考 1. 早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就在他的“四元素说”中将水列 为构成一切物质的基本成分之一。直至17世纪，仍有许多科学家认为水是一种最简 单、最基本的物质。为什么两千多年来人们对此笃信不疑？ 2. 最早合成出水的是普利斯特里，然而他却对此感到“无法理解”，还将水的 合成实验作为“魔术”一遍一遍地表演给别人看。普利斯特里为什么没能成为第一 个揭开水的组成奥秘的人？ 46单元练习 单元练习 知识应用 1. 下列叙述正确的是（ ）。 A. 自来水澄清透明，属于纯净物 B. 用直流电电解水，发现正极与负极上得到的气体体积比大约是2∶1 C. 水覆盖了地球表面约四分之三的面积，因此不存在水危机 D. 给水加热，水分子获得能量，运动速率加快，分子之间的间隔增大 2.下列物质中，属于纯净物的是（ ）。 A. 白醋 B. 蒸馏水 C. 纯牛奶 D. 空气 3. 下列叙述正确的是（ ）。 A. 水电解生成氢气和氧气，说明水中含有氢分子和氧分子 B. 在水电解的反应中，氢原子和氧原子都没有发生变化 C. 水的蒸发和水的电解都生成气体，它们都是化学变化 D. 物质在变化中所表现出的性质，就是物质的化学性质 4. 用分子的知识解释下列现象，正确的是（ ）。 A. 缉毒犬能靠辨别气味发现毒品，是由于分子在不断运动 B. 宇宙火箭使用液氢而不是气态氢作燃料，是因为液氢和气态氢中的氢分子 化学性质不同 C. 变瘪的乒乓球放入热水中能鼓起来，是由于分子受热后体积变大 D. 降温能使水结成冰，是因为低温导致水分子静止不动 5. 下列图示实验操作中，正确的是（ ）。 A B C D 47第二单元 探秘水世界 6. （1）根据实验目的从下图中选择相关仪器，将其序号填写在横线上。 ① 取用少量粉末状固体时用 。 ② 吸取和滴加少量液体时用 。 ③ 量取8 mL液体时用 。 （2）将已称量好的6 g食盐溶解在30 mL水中，除下图中所列仪器之外，还需 要添加的仪器是 。 方法探究 7. 如右图所示：烧杯A中盛有10 mL浓氨水；烧 杯B中盛有20 mL 蒸馏水，并滴入2~3滴酚酞试液， 得到无色溶液。用一只大烧杯把A、B两烧杯罩在一 浓氨水 A B 起。几分钟后，观察到烧杯B中的溶液变成红色。 蒸馏水 和酚酞 上述现象说明了什么？请设计简单的实验证明自己 试液 的解释。 48第一节 原子的构成 奥秘 物物物质质质构构构成成成的的的 第三单元 蛋白质是生命的基础物质，可是你能想到吗，结构看似复杂的蛋 白质大分子仅仅是由几类原子作为“基本单元”结合形成的。这些微 小的“基本单元”不过一百多种，然而它们却组成了我们周围的一 切，乃至整个宇宙！ 从古希腊的古代元素观，到近代原子结构模型，直至今天的人工 合成元素，人类从来就没有停止过对物质世界构成规律的探索，这样 的探索和努力为我们带来的不仅仅是对宇宙的基本认识，更是对生命 的深入理解。 3.1 原子的构成 ▲ 原子的结构 ▲ 原子质量的计量 ▲ 原子中的电子 3.2 元素 ▲ 元素与元素符号 ▲ 元素周期表简介 3.3 物质组成的表示 ▲ 化学式及其意义 ▲ 化合价 ▲ 物质组成的定量表示 49第三单元 物质构成的奥秘 第一节 原子的构成 水分子很小，它的直径只有千万分之一毫米。构 成水分子的氢原子和氧原子岂不更小？这么小的原子 还能不能再分呢？在历史上，人们曾经一度认为原子 是最微小的粒子了，不能再分成更小的粒子。然而英 国科学家汤姆森（Joseph John Thomson）等人通过实 验改变了人们的这种认识。1897年，汤姆森等人认真 分析了高压放电管的阴极射线，发现它是由一种带负 电荷的粒子形成的粒子流，这种粒子就是电子。汤姆 森进行了一系列实验后发现，不论阴极材料是什么， 都会发射出电子。这让他意识到，电子是所有物质的 原子中共有的粒子！既然原子中存在更小的粒子，那 么原子就是可分的。 一、原子的结构 原子里究竟有什么呢？若只有电子，怎么能保证 原子为电中性呢？汤姆森猜测原子中一定还有带正电 的物质，并由此提出新的原子模型：原子呈圆球状， 充斥着正电荷，而带负电荷的电子则像一粒粒葡萄干 电子 一样镶嵌其中。这就是原子的“葡萄干布丁”模型。 汤姆森原子模型 1911年，著名物理学家卢瑟福（Ernest Rutherford） 和他的研究团队用一束带正电的、质量比电子大得多 的高速α粒子轰击一张极薄的金箔。他们预期这些α 粒子会毫不费力地击穿金原子，顺利到达对面的探测 板上。结果却发现：绝大多数α粒子能穿过金箔且不 改变原来的方向，但有一小部分却改变了原来的前进 方向，甚至有极少数的α粒子被反弹了回来！ 50第一节 原子的构成 α粒子束发生偏转 金箔 α α粒 粒 α粒子束未 子源 子 α粒子束 束 发生偏转 探测板 铅罩 α粒子轰击金箔实验 交 流 共 享 为什么绝大多数α粒子能够顺利穿过金箔，只有一小部分发生偏转，还有极少数 被反弹回来？如果当时你在现场，发现这一现象后，你会怎样想呢？ 卢瑟福等人认为：极少数α粒子被反弹回来是 因为它们和金原子中某种极为坚硬密实的核发生了碰 撞。这个核很小、带正电，却集中了原子的大部分质 量，称为原子核。从而推测原子是由原子核和核外电 子构成的，电子在原子核外“很大”的空间里运动。 原子核很小，它的体积仅为原子体积的几千亿分 之一。即使这样，原子核仍然是可以再分的。后来的 研究表明，原子核是由带正电荷的质子和不带电的中 子构成的，因此原子核带正电，其所带的正电荷数称 为核电荷数。质子和中子的质量差不多，都比电子大 得多，质子质量约为电子质量的1836倍，因此原子的 质量几乎全部集中在原子核上。 质子（1个质子带1个单位正电荷） 原子核（带正电） 中子（不带电） 原子（不显电性） 核外电子（1个电子带1个单位负电荷） 51第三单元 物质构成的奥秘 活 动天 地 3-1 探寻原子构成的规律 下表列出几种原子的基本构成，请你分析表中信息，看看能得出哪些结论？ 名称 符号 质子数 中子数 核外电子数 氢 H 1 0 1 氧 O 8 8 8 钠 Na 11 12 11 氯 Cl 17 18 17 碳－12 C-12 6 6 6 碳－13 C-13 6 7 6 碳－14 C-14 6 8 6 在原子中：核电荷数＝质子数＝核外电子数 原子是构成物质的一种基本粒子，金、金刚石等 都是由原子直接构成的。因此原子具有微观粒子的一 般性质，如质量和体积很小、原子之间存在间隔和相 互作用、总在不断运动等。 金刚石 金 52第一节 原子的构成 二、原子质量的计量 虽然所有原子都非常微小，但是它们的质量仍存 在差异。例如：1个氧原子的质量为2.657×10-26 kg， 1个铁原子的质量为9.288×10-26 kg。这么小的数字， 书写、记忆和运算都很不方便，为此国际上统一采用 相对原子质量来计量原子的质量。 以一个碳12原子的实际质量（1.993×10-26 kg） 的1/12作为基准，计算出其他原子的相对质量，就是 这种原子的相对原子质量。 原子的实际质量 相对原子质量＝ 碳12原子质量的1/12 氢的相对原子质量约为1 氧的相对原子质量约为16 氧原子 C12 C12 氢原子 O H 一些常用的相对原子质量 氢（H） 1 镁（Mg） 24 钾（K） 39 碳（C） 12 铝（Al） 27 钙（Ca） 40 氮（N） 14 硅（Si） 28 铁（Fe） 56 氧（O） 16 硫（S） 32 铜（Cu） 64 钠（Na） 23 氯（Cl） 35.5 锌（Zn） 65 注：① 表中的相对原子质量数值全部采用“四舍五入”法取整数值（氯除外）；② 其 他原子的相对原子质量可从书后附录中查到。 53第三单元 物质构成的奥秘 由上表可知：计量原子的质量时，采用“碳12原 子质量的1/12”作为基准，所得的相对原子质量数值 要比采用“千克”作为基准所得的实际原子质量数值 更简约，更便于比较和运算。 多 识 一 点 计量中的科学 说到计量，其实你一点也不陌生，上学期你有没有称体重、量身高、测量 肺活量？那就是在计量你成长发育的阶段性成果呢！然而，计量也不是一件简 单的事情，要讲究科学。 一要科学选择计量单位，以使得计量结果易于比较和运算。例如：计量从 你家到学校的距离可以用“千米”为单位，而要计量恒星之间的距离则要用 “光年”为单位。 二要科学选择计量工具，以保证计量结果的精确性。例如：在实验室称取 少量的固体药品时，可以使用托盘天平，其误差不超过0.1g；而要称量一辆装 满货物的载重车时就要使用地秤，它的称量误差甚至达几十千克！如果你把少 量的药品放到地秤上去称量，其结果可想而知。 三要科学控制影响计量的各种外界因素，以确保计量结果的公正性。例 如：如果你想通过比较两个气球体积大小来说明气球中各自所装氢气的多少， 就要做到气球内氢气的压强和温度相同才行，否则你的比较就有失公正。 在线 测 试 1. 关于相对原子质量，下列叙述正确的是（ ）。 A. 相对原子质量就是原子质量 B. 两种原子的质量之比等于它们的相对原子质量之比 C. 碳原子的相对原子质量是12 g D. 采用相对原子质量后，就增大了原子的质量 2. 已知一个铁原子的质量为9.288×10－26 kg，则铁的相对原子质量为 。 3. 已知一个碳12原子的质量是1.993×10－26 kg，氧的相对原子质量为16，则一个 氧原子的实际质量为 。 54第一节 原子的构成 三、原子中的电子 在原子中，电子是体积小、质量轻的一种小粒 子。不同的原子含有的电子数目不同。例如：1个碳 原子含有6个电子，1个氧原子含有8个电子。在多电 子原子中，核外电子的能量是不同的。能量高的在离 核较远的区域运动，能量低的在离核较近的区域运 动。通常把电子在离核远近不同的区域运动称为电子 第二电子层 的分层排布。 用原子结构示意图可以方便简明地表示原子核外 ＋ 8 2 6 电子的排布。在原子结构示意图中，圆圈和圈内的数 字表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线 第一电子层 氧原子结构示意图 上面的数字表示该层的电子数。 核外电子对原子在化学反应中的表现有很大影 响。在化学反应中，有的原子容易失去电子，如多数 金属原子；有的原子容易得到电子，如许多非金属原 子；也有的原子既不易失去电子，也不易得到电子， 如氦、氖、氩等稀有气体的原子。 多 识 一 点 原子的稳定结构 研究表明，原子都有形成稳定结构的趋势。在化学变化中原子是否容易得 失电子，与其最外层电子数密切相关： 1. 稀有气体一般不易与其他物质发生化学反应，原因是它们的原子最外层 有8个（氦是2个）电子，这样的结构被认为是稳定结构。 2. 金属原子的最外层电子数一般小于4，在化学反应中易失去最外层电 子，使次外层成为最外层，从而达到稳定结构。 3. 非金属原子的最外层电子数一般大于4，在化学反应中易得到电子，使 最外层达到稳定结构。 在化学反应中，原子核是不变的，发生改变的只 是原子核外的电子。原子失去电子后变成带正电荷的 55第三单元 物质构成的奥秘 阳离子，得到电子后变成带负电荷的阴离子。例如： 钠原子（Na）失去1个电子，形成带1个单位正电荷 的钠离子（Na＋）；氯原子（Cl）得到1个电子，形成 带1个单位负电荷的氯离子（Cl－）。带相反电荷的钠 离子和氯离子相互作用，就形成了新的物质——氯化 钠（NaCl），它是食盐的主要成分。除氯化钠外， 氧化镁（MgO）、氯化钾（KCl）等很多物质都是由 离子构成的，离子也是构成物质的一种基本粒子。 ＋ 11 2 81 ＋ 17 2 8 7 ＋ 11 2 8 ＋ 17 2 8 8 交 流 共 享 构成物质的基本粒子——分子、原子、离子，有何异同？它们之间有什么关系？ 在线 测 试 1. 分别说出下列原子结构示意图提供的信息。 ＋ 7 2 5 ＋ 12 2 8 2 ＋ 16 2 8 6 2. 原子得到或失去电子后形成离子。右图为某粒子的结构示意图。 ① 当a = 时，该粒子是原子。 ＋ a 2 8 ② 当a = 11时，该粒子是 （原子/阳离子/阴离子）。 ③ 当a = ，该粒子是带有1个单位负电荷的阴离子。 56第一节 原子的构成 长 话 短 说 1. 原子是构成物质的一种基本粒子，具有微观粒子的一般性质。 2. 原子是由居于原子中心、带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子构 成的，原子不显电性。原子核所带电荷数称为核电荷数，它是由质子数决定 的。 3. 某原子的相对原子质量是一个该原子的质量跟一个碳12原子质量的1/12 的比值。 4. 原子在化学反应中的表现主要是由原子的最外层电子数决定的。最外 层电子数较多的原子在化学反应中易得到电子；最外层电子数较少的原子在 化学反应中易失去电子。 5. 原子得到或失去电子后转变为离子。离子也是构成物质的一种基本粒子。 挑 战 自 我 1. 右图是钙原子的结构示意图，下列有关钙原子的叙述中正确的是（ ）。 A. 核外共有5个电子层 B. 在化学反应中不易失去电子 ＋ 20 2 8 8 2 C. 核外电子总数为40 D. 易形成带2个单位正电荷的阳离子 2. 请你在下列框图中填写粒子名称，归纳构成物质的粒子有哪些。 原子核 物质 原子 3. 下列有关原子构成的叙述不正确的是（ ）。 A. 原子不显电性 B. 相对于原子来说，原子核的体积小到几乎可以忽略不计 C. 原子核是不可分割的实心球体 D. 原子的质量主要集中在原子核上 57第三单元 物质构成的奥秘 4. 李涛同学撰写了一篇描述他心目中的原子的短文，下文是其作品中的一个片 段。 那是一个巨大的群体，从我们身边触手可及的各种物品到自然界里的一草一 木，从脚下的一粒尘土到遥远的星际太空，世间万物，只要是你能看到的、想到的， 无一不是由这个群体里的诸多成员构成的。这个群体里的每一个成员都是一个被称作 “原子”的小粒子。 原子极其渺小，肉眼是根本无法看见的，就连科学研究者们常用的显微镜也不 能窥得其真面目。然而它们真真切切、确确实实是构成这个纷繁复杂、千变万化的 物质世界的最重要“基石”。这些“基石”就如同我们小时候玩过的积木，既能直接 “搭建”成物质（因为有些物质是由原子直接构成的），又能先“搭建”成各种分 子，再由不同的分子“搭建”为各种物质，当然还能先通过得到或失去电子转化为离 子，再由离子“搭建”成物质。 它们为数众多，多到你难以想象，无法计数。它们擅长运动，无处不在，无孔 不入。你一举手、一投足，一颦一笑、一呼一吸，无时无刻不在与之亲密接触。它 们隐匿于世间万物之中，现身于分子、离子大家庭，在化学变化的“战场”上纵横驰 骋。 它们亘古即有，虽沧海桑田，但生命不绝。任凭大自然极尽风雨雷电之能，小 小身躯与地球并生、与日月同在、与宇宙共休戚。人们称呼它们为“原子”，想必是 因为它们代表着宇宙的初始吧。 请你分析他在文中已经论及的关于原子的特征有哪些？有哪些说法你认为是不 妥的？请将你想象中的原子以你喜欢的方式描述出来。 58第二节 元 素 第二节 元 素 自然界里形形色色的物质为什么会变化无穷、 循环往复？人们很早就意识到，所有物质都是由几 种亘古不变的基本成分——“元素”——组成的。然 而，对于这些元素究竟是什么，人们却众说纷纭。有人 认为元素是水、火、土、气，也有人认为是金、木、 水、火、土⋯⋯但是，随着人们认识的逐步深入，发 现它们仍然是可变的，并不是物质的基本成分。那 么，物质的基本成分——元素——究竟是什么呢？ 一、元素与元素符号 活 动天 地 3-2 组成物质世界的元素究竟是什么？ 古人曾经认为水是组成物质世界的元素之一，认为它普遍存在、不易变化。 根据你对水的认识谈谈这种观点是否正确。 小明认为“所有的物质都是由原子、分子、离子等基本粒子构成的，这些基 本粒子才是组成物质的元素”。小丽认为“分子在化学变化中可以再分，是容易变 的；而原子是不变的，并且分子是由原子构成的，离子是由原子得失电子后形成 的，所以原子才是组成世界万物的元素”。请提出你的观点。 原子以不同数量、不同种类、按照不同的方式结 合，构成了多种多样的物质。虽说大千世界中物质种 类繁多、千变万化，但是构成它们的原子不易变化。 所以，原子才能作为组成物质的基本成分——元素。 那么，什么样的原子才能归为同种元素呢？ 59第三单元 物质构成的奥秘 科学研究表明，原子核中质子数相同的原子在化 学变化中表现出来的性质几乎完全相同。因此，科学 家们把具有相同质子数的原子归为一类，每一类原子 称为一种元素。例如：质子数为1的一类原子称为氢 元素，质子数为6的一类原子称为碳元素，质子数为8 的一类原子称为氧元素。水就是由氢和氧两种元素组 成的，二氧化碳则是由碳和氧两种元素组成的。 目前已发现的物质有数千万种，但是组成这些 物质的元素只有一百多种。我们可以根据组成物质 的元素的种类将纯净物分类：氢气、氧气、碳等只 由一种元素组成的纯净物，属于单质；而水、二氧化 碳、氯化钠等由两种或两种以上元素组成的纯净物， 属于化合物。 元素在自然界中的分布并不均匀，按质量计算， 地壳中含量最多的是氧元素，其他元素含量由高到低 依次是硅、铝、铁、钙等。 氧： 46.6％ 硅： 27.7％ 铝： 7.7％ 铁： 4.8％ 钙： 3.5％ 其他：9.7％ 地壳中的元素分布 为方便区分和交流，国际上规定每种元素都采用 统一的符号来表示，这种符号叫作元素符号。例如： 用“H”表示氢元素，“O”表示氧元素。元素符号能 表示一种元素，还能表示这种元素的一个原子。例 如：“Cl”既表示氯元素，又表示一个氯原子。 60第二节 元 素 一些常见元素的名称、符号和原子结构示意图 ＋ 1 1 ＋ 2 2 氢（H） 氦（He） ＋ 3 2 1 ＋ 4 2 2 ＋ 5 2 3 ＋ 6 2 4 ＋ 7 2 5 ＋ 8 2 6 ＋ 9 2 7 ＋ 10 2 8 锂（Li） 铍（Be） 硼（B） 碳（C） 氮 （N） 氧（O） 氟（F） 氖（Ne） ＋ 11 2 81 ＋ 12 2 82 ＋ 13 2 8 3 ＋ 14 2 8 4 ＋ 15 2 8 5 ＋ 16 2 8 6 ＋ 17 2 8 7 ＋ 18 2 8 8 钠（Na） 镁（Mg） 铝（Al） 硅（Si） 磷（P） 硫（S） 氯（Cl） 氩（Ar） ＋ 19 2 8 8 1 ＋ 20 2 8 8 2 钾（K） 钙（Ca） 多 识 一 点 化学元素汉语名称的由来 氢（H）、氧（O）、钠（Na）等化学元素的汉语名称，是我国 近代化学先驱徐寿创造的。 1869年，徐寿在翻译《化学鉴原》时发现大部分元素 在汉语中没有对应的名称。于是，他把化学元素进行了分 类：（1）对于金、银、铜、铁、锡、铅、硫等国人早已定 名的元素，继续沿用旧名。（2）对于一些有特定性质的元 徐寿（1818－1884） 素，则采用意译的方式，如轻气、养气、淡气等（后来分 别演变为氢、氧、氮，但仍保持原字的读音）。（3）对于其他元素，将元素的 英文名称的首音节或次音节译为发音类似的汉字，再加以汉字部首大致区分元 素的类别。例如：凡是金属元素（汞除外）均使用“钅”部首；而非金属元素 则分别加“气”“氵”或“石”部首，以表示其单质在通常状况下的存在状态是气 态、液态或固态，如硒、碘、钙、铍、锂、钠、镍等元素名称都是根据这一原 则创造的。 61第三单元 物质构成的奥秘 二、元素周期表简介 自然界中的物质是由不同的元素组成的，这些 元素彼此是否有联系？有没有规律可循？早在原子 结构被发现之前，科学家们就已经对此进行了长期 的探索。直到1869年，俄国化学家门捷列夫才在前 人研究的基础上，把当时已经发现的63种元素按照 相对原子质量由小到大的顺序排列起来，并分成几 行，使性质相似的元素排在同一列中，从而得到第 一张元素周期表。 周 期 族 ⅠA 1 气体 1 H 原子序数 1 H 元素符号 氢 液体 11..000088 ⅡA 2 元素名称 氢 物质状态 相对原子质量 1.008 固体 3 Li 4 Be 锂 铍 ＊ 6.941 9.012 人造元素 11 Na 12 Mg 钠 镁 22.99 24.31 ⅢB 3 ⅣB 4 ⅤB 5 ⅥB 6 ⅦB 7 8 Ⅷ 9 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 钾 钙 钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 39.10 40.08 44.96 47.87 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 铷 锶 钇 锆 铌 钼 锝 钌 铑 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.96 [ 98 ] 101.1 102.9 55 Cs 56 Ba 57~71 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 铯 钡 La~Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 132.9 137.3 镧系 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 87 Fr 88 Ra 89~103 104 Rf 105 Db 106 SSgg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 钫 镭 Ac~Lr ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊ [ 223 ] [ 226 ] 锕系 [ 265 ] [ 268 ] [ 271 ] [ 272 ] [ 270 ] [ 276 ] 62第二节 元 素 如今的元素周期表是把目前已发现并被正式命名 的112种元素按照原子核内质子数由小到大的顺序排 列而成的，共有7个横行、18个纵行，每一个横行叫 作一个周期，每一个纵行叫作一个族（8、9、10三个 纵行共同组成一个族）。 元素周期表中每种元素都有一个序号，称为原子 序数。它的数值等于其原子核内质子数。 元素周期表是学习和研究化学、探索未知世界最 有力的工具之一。它为发现新的元素和化合物、预测 新元素的结构和性质提供了线索，为我们深入学习和 门捷列夫（1834－1907） 掌握物质性质及其变化规律提供理论指导。 0 18 金属元素 2 He 氦 Ⅲ A13 Ⅳ A 14 ⅤA 15 ⅥA 16 ⅦA17 44..000033 非金属元素 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 硼 碳 氮 氧 氟 氖 10.81 12.01 1144..0011 1166..0000 1199..0000 2200..1188 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 铝 硅 磷 硫 氯 氩 Ⅷ 10 Ⅰ B 11 Ⅱ B 12 26.98 28.09 30.97 32.06 35.45 39.95 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪 58.69 63.55 65.38 69.72 72.64 74.92 78.96 79.90 8833..8800 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [ 209 ] [ 210 ] [ 222 ] 110 Ds 111 RRgg 112 Cn 113 Uut 114 Uuq 115 Uup 116 Uuh 117 Uus 118 Uuo ＊＊ ＊＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ [ 281 ] [ 280 ] [ 285 ] [ 284 ] [ 289 ] [ 288 ] [ 293 ] [ 292 ] [ 294 ] 63第三单元 物质构成的奥秘 活 动天 地 3-3 认识元素周期表 1. 翻开课本附录中的元素周期表，看看元素周期表都能为我们提供哪些关于 元素的信息？ 2. 认真观察并分析元素周期表中的每一种元素的元素符号，它们在书写上有 什么规律？ 3. 将氢、碳、氮、氧、钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、钾、钙、铁、铜、 锌、金和银的元素符号和中文名称分别写在一张纸上，制成“元素扑克牌”进行 下列比赛，看谁找得又快又准： （1）找出“同一字母打头”的元素符号。 （2）按汉字部首“钅”“石”“气”进行分类。 （3）按元素符号第一个英文字母顺序进行排序。 在线 测 试 1. 写出下列元素的符号或名称： 硫 硅 镁 钙 钾 Cl I Cu Al P 2. 请在元素周期表中查找并填写下列元素的相关信息： （1）地壳中含量最多的非金属元素： ； （2）地壳中含量最多的金属元素： 。 长 话 短 说 1. 元素是组成物质的基本成分，人们把质子数相同的一类原子称为一种元 素。国际上通常采用元素符号表示每一种元素。 2. 只由一种元素组成的纯净物属于单质，由两种或两种以上的元素组成的 纯净物属于化合物。 3. 元素周期表是学习和研究化学的重要工具。 64第二节 元 素 挑 战 自 我 1. 下图摘自元素周期表，据此判断下列叙述错误的是（ ）。 A. 氮原子的核外电子数为7 B. 氧的相对原子质量为16.00 6 C 7 N 8 O C. C、N、O的原子序数依次递增 碳 氮 氧 12.01 14.01 16.00 D. 碳、氮、氧在元素周期表中属于同一族 2. 从下图所示的两种微粒结构示意图中，所获取信息不正确的是（ ）。 A. 它们属于同种元素 ＋ 8 2 8 ＋ 10 2 8 B. 它们的核外电子层数相同 C. 它们的核外电子数相同 ① ② D. ①是一种阴离子，②是一种原子 3. 20l0年，科学家成功合成了第117号新元素，填补了元素周期表中第116号和 118号元素之间的空缺。确定该元素为117号元素的依据是其（ ）。 A. 中子数 B. 质子数 C. 电子数 D. 中子数和质子数 4. 掌握分类的方法对于化学学习非常重要。请将以下物质归类填写到相应的横线 上：矿泉水、蒸馏水、氧气、氯化钠、镁、氧化镁、氢气、二氧化碳、空气。 混合物_________________ 物质 单质____________________________________ 纯净物 化合物__________________________________ 5.“元素”一词如今被广泛使用。如世博会中国馆——东方之冠，凝聚了“中国 元素”，再如媒体经常使用的“音乐元素”、“时装元素”、“车元素”⋯⋯请你思考以 下问题： （1）你认为“元素”一词的含义是什么？社会上广泛使用的“元素”与我们化 学上使用的“元素”含义是否相同？ （2）小丽和小明就他们对元素概念的理解进行讨论： 小丽认为如果将元素比喻成英文字母，每一个英文单词就可以看作是一种物质。 小明认为如果把元素类比为小麦，那么麦粒就可以看作是原子。 你认为他们的比喻或类比合理吗？你还可以将物质与元素、元素与原子进行怎样 的类比？ （3）再复杂的事物也是由简单的基本单元构成的，只要把握住它的基本单元及 其构成的逻辑脉络，就可以化繁为简。这一点对你现在的学习和未来的生活、工作有 哪些启示？ 65第三单元 物质构成的奥秘 第三节 物质组成的表示 我们知道，用元素符号可以表示某种元素以及该 元素的一个原子。那么，怎样用元素符号来表示物质 的组成呢？ 一、化学式及其意义 从宏观角度看，物质是由各种元素组成的；从微 观角度看，物质又是由分子、原子和离子等基本粒子 构成的，且各元素的原子或离子之间存在一定的数量 关系。例如：二氧化碳是由碳元素和氧元素组成的， 而且每个二氧化碳分子又是由1个碳原子和2个氧原子 构成的，所以我们可以用化学符号CO 表示二氧化碳 2 的组成。像这样用元素符号和数字表示物质组成的式 子叫作化学式。 Cu 金属铜 铜原子的聚集 铜原子 化学式 NaCl 氯化钠 钠离子和氯离子的聚集 钠离子数∶氯离子数 = 1∶1 化学式 H O 2 每个水分子中含有1个 水 水分子的聚集 化学式 氧原子和2个氢原子 物质的组成与化学式的关系 66第三节 物质组成的表示 任何纯净物都有固定的组成，都可以用化学式来 表示其组成。例如：金属铜是由无数铜原子聚集而成 的，我们可以直接用元素符号Cu作为铜的化学式； 氯化钠是由大量钠离子和氯离子结合形成的（其中钠 离子和氯离子的个数比是1∶1），其组成元素为钠和 氯，因此氯化钠的化学式可写为NaCl。对于由分子 构成的物质，我们一般将它们的分子式作为其化学 式。在分子式中，元素符号右下角的数字表示每个分 子中所含该种原子的数目。 化学式不仅能表示某种物质及其组成元素，还能 表示各元素的原子或离子之间的数量关系。 交 流 共 享 1. 化学式“H O”具有哪些含义？符号“2H O” 2 2 表示什么？ 2. 请组织一段简短的语言描述右图的情境，与你 的同伴们交流。想一想，这对我们学习元素符号、化 H O 学式等有什么启示？ 2 二、化合价 有些化合物如NaOH、 NH Cl等，它们中的某些原 4 水的化学式为H O，氨的化学式为NH ，甲烷的 2 3 子是作为一个整体参加化 化学式为CH 。为什么在这些化合物的分子中，不同 4 学反应的，在反应中的表 的原子结合氢原子的数目不同呢？是什么决定了原子 现如同一个原子。化学上 之间相互化合的数量关系？ 用“根”来命名这些原子集 通常，一种元素的原子能够跟其他元素的原子 合体，如氢氧根（OH）、 铵根（NH ）。根得到或失 相互化合的比例，与这种元素的化合价有关。在化 4 去电子后形成较为复杂的 合物中，元素的化合价是由这种元素的一个原子得 阴离子或阳离子，如氢氧 到或失去电子的数目决定的。例如：当钠元素与氯 根离子（OH-）、铵根离子 元素化合时，每个钠原子失去1个电子，同时每个氯 （NH+）。 4 原子得到1个电子。因此，在氯化钠中，钠元素表现 67第三单元 物质构成的奥秘 +1价，氯元素表现-1价。有些情况下，不同元素的 原子之间相互化合是靠各自提供电子、形成共用电 子对来实现的，这种情况下，化合价的数值就是形 成共用电子对的数目。 有些元素的原子在不同条件下得失电子或形成共 用电子对的数目是不同的，所以在化合物中表现出多 种化合价。 常见元素或根在化合物中的主要化合价 名称（符号） 化合价 名称（符号） 化合价 名称（符号） 化合价 名称（符号） 化合价 氢氧根 氢（H） +1 镁（Mg） +2 钙（Ca） +2 -1 （OH） 硝酸根 碳（C） +2、+4 铝（Al） +3 铁（Fe） +2、+3 -1 （NO ） 3 +4、+6 硫酸根 氮（N） +5、-3 硫（S） 铜（Cu） +1、+2 -2 -2 （SO ） 4 碳酸根 氧（O） -2 氯（Cl） -1 锌（Zn） +2 -2 （CO ） 3 铵根 钠（Na） +1 钾（K） +1 银（Ag） +1 +1 （NH ） 4 交 流 共 享 1. 从上表中可以看出金属元素和非金属元素的化合价各有什么特点？ 2. 根据元素的化合价，计算MgO、H O、MgCl 中各元素正负化合价的代数和。 2 2 元素的化合价用于定量 描述不同元素的原子之间形 在化合物中，各元素的正负化合价之和为零。依 成化合物时相互化合的比 据这一规则，我们可以根据化合价写出已知物质的化 例。因此，人们规定单质中 元素的化合价为零。 学式。 68第三节 物质组成的表示 活 动天 地 3-4 根据化合价写化学式 由铝元素与氧元素组成的氧化铝中，铝元素的化合价是+3，氧元素的化合价 是-2，写出氧化铝的化学式。 书写步骤如下： 1. 写出化合物中各元素的符号，通常把正价元素写在左边，负价元素写在右 边： AlO 2. 求出两种元素的正、负化合价绝对值的最小公倍数： 3 × 2 = 6 3. 求各元素的原子数： 最小公倍数 原子数= 正价 ( 或负价 ) 的绝对值 Al：6÷3 = 2 O：6÷2 = 3 4. 把原子数写在各元素符号的右下角，即得化学式（如果原子数为1，则省略 不写）： Al O 2 3 5. 检查化学式。计算正价总数跟负价总数之和是否等于零： （+3）× 2 + （-2）×3 = 0 氧化铝的化学式是Al O 。 2 3 思考：由两种元素组成的化合物，如NaCl、CO 、P O 等，分别读作：氯化 2 2 5 钠、二氧化碳、五氧化二磷。 （1）这些物质的化学式在写法与读法上有什么规律？ （2）请推测NO 、Fe O 、CaCl 的名称。 2 2 3 2 应该注意的是，物质的组成是通过实验测得的， 因此化学式的书写必须依据客观事实。只有确实知 道有某种化合物存在，才可能根据元素化合价写出 它的化学式，而不能随意写出实际上不存在的物质 的化学式。 69第三单元 物质构成的奥秘 在线 测 试 1. 氮元素和硫元素具有多种化合价，请根据下列几种物质的化学式判断其中所含 氮元素或硫元素的化合价。 NO HNO NH SO H SO Na S 2 3 3 2 2 4 2 2. 已知在铁元素与氧元素组成的某种化合物中，铁元素的化合价为+3，氧元素 的化合价为-2。请写出该化合物的化学式。 三、物质组成的定量表示 组成物质的各元素之间存在着固定的质量关系， 而化学式就反映了物质中的这种质量关系。利用化学 式，不仅可以推算组成物质的各元素的质量比，还可 以计算出该物质中某种元素的质量分数。 1. 计算组成物质的各种元素的质量比 例如：计算水中氢元素与氧元素的质量比。 水中氢元素与氧 所有水分子中氢原子 1个水分子中氢原子 = = 元素的质量比 与氧原子的质量比 与氧原子的质量比 由上图可知，水中氢元素与氧元素的质量比为： （1×2）∶（16×1）= 1∶8 2. 计算物质中某元素的质量分数 物质中某元素的质量分数，就是该元素的质量与 物质的总质量之比。 70第三节 物质组成的表示 例如：水中氢元素的质量分数（%） 氢元素的相对原子质量×1个水分子中的氢原子个数 = × 100% 水的相对分子质量 某物质化学式中各原子的 1 × 2 = × 100% 相对原子质量的总和，就是该 1 × 2 + 16 × 1 物质的化学式量。对于由分 ≈ 11.1% 子构成的物质，其化学式量也 叫相对分子质量。 在线 测 试 1. 计算下列物质的化学式量： （1）氯气（Cl ） （2）二氧化碳（CO ） （3）氢氧化钙〔Ca（OH）〕 2 2 2 2. 尿素是一种常用的化肥，化学式是CO（NH），请计算： 2 2 （1）尿素中各元素的质量比； （2）尿素中氮元素的质量分数。 长 话 短 说 1. 化学式可以表示一种物质，还可以表示该物质的组成元素以及各元素的 原子或离子之间的数量关系。分子式除具有上述含义外，还可以表示该物质的1 个分子。 2. 一种元素的原子能够跟其他元素的原子相互化合的比例，与这种元素的 化合价有关。在化合物中，元素的化合价是由这种元素的1个原子得失电子的数 目决定的。 3. 化合物中各元素的正负化合价的代数和为零。因此，可以根据化合价写 出已知物质的化学式。 4. 根据物质的化学式可以计算组成该物质的各元素间的质量关系。 挑 战 自 我 1. 在镁元素与氮元素组成的化合物中，镁元素显+2价，氮元素显-3价，写出该化 合物的化学式。 2. 某碳酸氢铵（NHHCO）产品的含氮量为15％，判断它是纯净物还是混合物。 4 3 3. 某化合物由碳、氢两种元素组成，这两种元素的质量比为3∶1，该化合物的化 学式量为16，写出它的化学式。 71第三单元 物质构成的奥秘 到图书馆去 化学自有深意 ——元素周期律的发现 故事始于19世纪最初的几年。那时，道尔顿提出了原子理论，科学家们也知道了什 么是化学元素。“元素”被定义为“不可被分割为任何更简单成分的物质”。但是这种定 义使得一些化合物也偷偷溜进了不断扩充的元素名单中。这也不奇怪，那时的实验技术 条件还比较落后，很多化合物难以被分解，所以很自然地被当作一种元素。当时的情况 是：大部分元素尚未被发现，而已发现的“元素”中有不少实际上是化合物。探索元素 之间的联系就像是在做没有原始图案的拼图游戏，其中一部分碎片丢失，还有一些碎片 来自另外的图案，困难可想而知。 此时，电解池的发明为元素探索者们带来了福音。因为许多化合物（我们现在知 道它们是由离子构成的化合物）在熔融状态下可以通电分解，产生奇异的金属和陌生的 非金属。可以想象，当某种世上从未有过的金属或气体出现在电解实验中的时候，是多 么令人激动！也正是在这一时期，化学家们通过对比含有相同数量原子的气体试样的质 量，发现了计算相对原子质量的方法，这对元素周期律的发现提供了帮助。 “三和弦” 1817年，化学家发现了一个有趣的现象：几个“三 元 素 相对原子质量 元素组”内的元素表现出相似的化学性质；更为重要的 钙（Ca） 40 是，它们的相对原子质量之间也有一定的联系。化学家 锶（Sr） 87.6 将这些元素组称为“三和弦”——位于三元素组中间的 钡（Ba） 137 元素的相对原子质量大致为另外两种元素相对原子质量 的平均值。难道这是某种奇妙的巧合吗？当时没有人能 够解释其中的原因，以及为什么没有更多的三元素组。但是，人们对元素性质规律的探 索仍在继续。 “大地螺旋”和“元素八音律” 下一个线索是在1862年被发现的。地质学家将已知元素按照相对原子质量大小沿一 72到图书馆去 个圆柱面螺旋排列，将性质相似的元素上下排列在一起，并赋予其极具地质学色彩的名 字“大地螺旋”。 几年之后，化学家们也尝试按照相对原子质量大小排列已知的化学元素，注意到这 样的规律：在排列的元素表中，每隔8种元素就会重复某一性质。化学家给这一规律起 了个很好听的名字——元素八音律。不过，该规律只对当时已知的前15种元素有效。 纸牌带来的灵感 科学的脚步似乎越走越快，新的元素不断被发现，元素之间究竟有没有关联？19世 纪60年代末，俄国化学家门捷列夫为人们带来了等待已久的真正突破。门捷列夫也一直 在为这个困扰了化学家50多年的问题头痛——当时他正在编写一份化学讲义，非常希望 找到正确的元素分类方法。 门捷列夫将每一种元素分别写在一张卡片上，经常排列、整理这些卡片，寻找元素 的排列规律。门捷列夫喜欢玩纸牌，特别是单人纸牌游戏。一天晚上，他在工作的时候 睡着了，梦见他的元素卡片像在纸牌游戏中那样一行一行地排列起来。醒来后，他意识 到元素可以按相对原子质量大小顺序排列，但是应该分行排列，让具有相似性质的元素 排在同一行中。门捷列夫后来将行列颠倒过来，使具有相似性质的元素排在同一列中。 他在1869年制得的第一张元素周期表有17列，后来修改为8列。 门捷列夫将他的元素列表称为“周期表”，因为表中元素的性质有规律地按一定周 期重复（这一规律后来被称为元素周期律）。 门捷列夫的元素周期表 73第三单元 物质构成的奥秘 科学家们对门捷列夫是否真的破解了这一具有重要意义的化学密码还心存疑问。这 张周期表中有几个空白，门捷列夫不得不这样做，以使性质相似的元素排在同一列中。 他解释说，这些空白会被新发现的元素填满。但是，一种新理论创立初始就无法解释它 为什么看起来自相矛盾，难免会引起人们的质疑。 然而，如果某个理论能够对未来的科学发现做出正确的预测，那么它绝不失为一种 好的理论。门捷列夫的元素周期表非常完美地预测了当时尚未被发现的元素的性质。当 人们得知这些陆续被发现的新元素的性 属性 门捷列夫的预测 锗的真实属性 质完全符合门捷列夫的预测之时（在 相对原子质量 72 72.6 1886年发现的锗元素就是一个很好的例 密度 5.5 g/cm3 5.35 g/cm3 证），再也没有人怀疑门捷列夫的伟大 颜色 浅灰 深灰 发现了。 探索未知世界的有力工具 然而，尽管门捷列夫对元素分类的研究取得了很大成功，仍然有一些客观事实难 以解释。为使性质相似的元素排在同一列中，门捷列夫不得不改变了一些元素的排列顺 序。例如：碘（I）的相对原子质量为127，本应排在相对原子质量为128的碲（Te）的前 面，但碘显然属于氟、氯、溴这一列（即卤素），门捷列夫还是选择将碘排在碲的后面。 直到人们对原子结构有了更深入的了解之后，这一谜团才被解开——在周期表中， 元素实际上是按照原子中质子的数目（原子序数）排列的。元素周期表在原子结构被发 现之前即得到实际应用，直到今天仍然是科学家探索未知世界最有力的工具之一。 思 考 1. 为什么在19世纪初发现元素之间的联系十分困难？ 2.“元素三和弦”是什么？请利用元素周期表及另一组“原始”的“三和弦”—— 氯、溴、碘，来检验这一理论。 3. 门捷列夫的元素周期表存在着什么样的问题，直到20世纪才得以解决？除了 碘与碲之外，你还能在元素周期表中找到其他属于同类问题的例子吗？ 74单元练习 单元练习 知识应用 1. 下列叙述错误的是（ ）。 A. 分子、原子和离子都能直接构成物质 B. 原子中原子核与核外电子的电量相等、电性相反，因而原子不显电性 C. 决定原子质量大小的主要是电子 D. 原子得到或失去电子就变成离子 2. 卢瑟福在测定原子构成时做了如下实验：用α粒子（带正电荷的氦核）轰 击一张极薄的金箔，发现绝大多数α粒子通过了金箔，极少数α粒子发生偏转或 被弹回。根据上述现象得出以下结论，其中正确的是（ ）。 A. 金原子是实心球体，紧密排列 B. 金原子核的质量比α粒子大得多 C. 金原子核带正电荷 D. 金原子质量与氦核质量相当 3. 下列对“使用化学式表示物质的重要意义”的叙述不正确的是（ ）。 A. 一个简单的符号能表达多种信息，所以符号做到了化繁为简 B. 更有利于科学的传承与交流 C. 可以帮助人们推测物质的所有性质 D. 把客观存在的宏观物质与它的微观构成联系起来，能帮助人们从微观本 质上认识物质 4. 下列物质一定属于纯净物的是（ ）。 A. 由同种分子组成的物质 B. 由不同分子组成的物质 C. 由相同元素组成的物质 D. 由不同元素组成的物质 5. 请按氮元素的化合价由低到高将下列物质排序： 。 ① NO ② NO ③ NH ④ HNO （硝酸） 2 3 3 ⑤ NaNO （亚硝酸钠） ⑥ N 2 2 6. 不经常进行体育锻炼的人，如果突然剧烈运动，停下来后就会感到肌肉酸 痛，这是身体内乳酸积累造成的。乳酸的化学式为C H O ，则它的化学式量为 3 6 3 ，其中碳、氢、氧三种元素的质量比为 （最简整数比）， 碳元素的质量分数为 （计算结果精确到0.1％）。 75第三单元 物质构成的奥秘 方法探究 7. 阅读下表中的数据，找一下有哪些规律，你能获得哪些信息？ 原子核 原子 核外 相对原 1个原子的质量/ kg 种类 电子数 子质量 质子数 中子数 氢 1 0 1 1.674×10-27 1 碳 6 6 6 1.993×10-26 12 氧 8 8 8 2.657×10-26 16 钠 11 12 11 3.818×10-26 23 铁 26 30 26 9.288×10-26 56 反思交流 8. 小明同学在学习了元素、原子、分子、离子等概念以后，列出了如下概念 关系图，你能解释此图吗？请用类似的方式将你学过的化学概念进行简要归纳。 离子 质子 原子核 元素 物质 原子 中子 电子 分子 元素周期表 核电荷数＝质子数＝核外电子数 76第一节 空气的成分 空气 我们周围的 第四单元 空气看不见，摸不着，但你时时都会接触到空气，一刻也离不开 空气。你知道空气的成分是什么吗？你关注空气质量吗？空气中的氧 气除了供给呼吸外，还有哪些用途？怎样获得氧气？ 4.1 空气的成分 ▲ 认识空气的组成 ▲ 空气是一种重要的资源 ▲ 关注空气质量 4.2 氧气 ▲ 氧气的实验室制法 ▲ 氧气的性质 ▲ 自然界中的氧循环 到实验室去：氧气的实验室制取与性质 77第四单元 我们周围的空气 第一节 空气的成分 我们每时每刻都要吸入空气，空气成分的微小变 化甚至会对人类的生存产生巨大的影响。你知道空气 是由哪些成分组成的吗？你关注每天的空气质量报告 吗？你对你所在地区的空气质量满意吗？ 一、认识空气的组成 在地球历史上，空气的成分曾经几度发生巨大 变化，现在的空气约形成于3.5亿年前。长期以来， 人们一直认为空气是一种单一成分的物质，后来通过 科学研究才逐渐认识到空气组成的复杂性。现在我 们知道，干燥洁净的空气主要是由氮气（N ）、氧气 2 （O ）和稀有气体（主要为氩气，另外还有氦气、氖 2 气等）组成的，另外还含有少量的二氧化碳（CO ） 2 和极少量的其他气体。 氩气 约0.934％ 氧气 氮气 （约21％） 二氧化碳 约0.034％ （约78％） 其他气体 约0.002％ 干燥洁净空气的成分（体积分数）① 在小学科学课程中，我们已经知道空气中约含 1/5体积的氧气。你知道怎样通过实验测定空气中氧 气的含量吗？ ① 氮气和氧气的含量精确到小数点后3位分别为：78.084％和20.946％；氩气含量0.934％已获国际公 认。除上述气体及二氧化碳之外的其他气体的含量不会超过0.002％；二氧化碳含量呈逐年递增趋势。 78第一节 空气的成分 实验 探 究 4-1 测定空气中氧气的含量 仪器用品：铜粉、硬质玻 璃管（相同规格2支）、橡皮塞 （带玻璃导管及不带玻璃导管各2 个）、量筒、酒精灯、铁架台（带 铁夹）、气球、注射器。 实验步骤： 1. 将一支硬质玻璃管注满水 （两端用橡皮塞封住）。然后打开上端橡皮塞，将水倒入量筒中，记录体积。 2. 如图所示：在另一支干燥的硬质玻璃管中装入铜粉，两端塞上带玻璃导管的橡 皮塞，其中一端用气球密封。移动注射器活塞，在注射器中留下一定体积的气体，记录 体积后与硬质玻璃管另一端密封连接。根据酒精灯的高度，将玻璃管固定在铁架台上。 3. 用酒精灯在铜粉部位加热，加热时不断推拉注射器。 4. 停止加热后，待玻璃管冷却至室温，将气球内的气体全部挤出。待注射器活塞 稳定后，记录注射器中气体的体积。 硬质玻璃管 反应前注射器 反应后注射器 反应消耗的 提示：加热时，铜能跟 的容积 中气体体积 中气体体积 氧气体积 空气中的氧气反应，生 成黑色的氧化铜： 铜 + 氧气 → 氧化铜 实验结论： 。 思考： 1. 为测定空气中氧气的含量而运用化学方法除去氧气时，应注意哪些问题？ 2. 上述实验在哪些环节上可能造成误差？如何避免或减小这些误差？ 在科学研究和社会生产、生活中，为了研究物质 的某些性质或优化物质的某些性能，经常采用化学方 法实现物质之间的转化。上述实验，就是依据混合物 中各组分性质的差异，利用化学反应，在不引入新的 气态杂质的前提下，将氧气转化为固态的氧化铜，从 而达到测定空气中氧气含量的目的。 79第四单元 我们周围的空气 二、空气是一种重要的资源 空气不仅是生命赖以存在的物质基础，还是人类 生产活动的重要资源，空气中的各种成分具有广泛的 用途。 在工业上，通过降温加压使空气液化，然后加热 液态空气，利用空气中氧气、氮气、稀有气体的沸点 不同，使它们在不同温度下分别汽化，逐一从空气中 分离出来。 氮气-196℃沸腾 氩气-186℃沸腾 液态空气 氧气-183℃沸腾 空气中各种成分的分离 氧气能供给生物呼吸，支持燃料燃烧，还能用于 钢铁冶炼和金属焊接等。 氮气是工业上生产硝酸和氮肥（如碳酸氢铵、尿 素等）的重要原料；食品包装袋中充入氮气可延长食 品的保质期；液态氮气是很好的制冷剂，可用于冷藏 血液等。 稀有气体（包括氦、氖、氩、氪、氙、氡）在通 常条件下几乎不与任何物质发生化学反应，在通电时 可以发出各种不同颜色的光，可用作工业生产和科学 实验中的保护气，也可被填充在灯管中，用于制造多 种用途的电光源。 80第一节 空气的成分 多 识 一 点 稀有气体的发现 空气中存在稀有气体这一发现是由英国科学家瑞利和拉姆齐共同完成 的。在此之前，人们普遍认为空气中除了少量的水蒸气和二氧化碳之外，其 余的就是氧气和氮气了。1892年，物理学家瑞利利用灵敏度达0.0001g的天 平，在经过长达10年的气体密度测量工作之后，发现从空气中分离得到的氮 气密度（1.2572 g/L）与分解含氮物质得到的氮气密度（1.2508 g/L）之间总是 有微小的差异。瑞利没有放过这一微小的差异，他与化学家拉姆齐合作，先 是仔细去除空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气和氮气，然后利用分光镜观察 剩余气体的光谱线，终于发现在空气中还存在着氩气。在以后的几年里，拉 姆齐又通过分离液态空气和光谱法陆续发现了氪、氖、氦、氙。 稀有气体是从气体密度测量结果里的微小差异中发现的，因此被称为“第 三位小数的胜利”，这也是科学工作高度精确性的胜利。1904年，瑞利和拉姆 齐因为在稀有气体发现中的杰出贡献分别荣获诺贝尔物理学奖和化学奖。 三、关注空气质量 通常情况下，空气中各种成分的含量保持相对稳 定。但随着人类活动的增加，特别是工业生产和交通 运输产生的废气源源不断地排放，使空气中有害气体 和烟尘的含量不断升高，导致空气质量下降。空气质 量状况随时间和地点的不同而有所不同。 实验 探 究 4-2 探究不同气体样本中二氧化碳含量的差异 仪器用品：试管、导气管、澄清石灰水、各种气体 样本。 实验步骤： 提示：收集气体样本的 过程中一定要注意安 1. 利用课余时间，用气球、塑料袋或塑料瓶收集至 全，切不可让自己置身 少3种气体样本，如田野或树林中的空气、人流密集商场 于危险中。 中的空气、自己或他人呼出的气体、机动车尾气等，留 作课堂实验时使用。 81第四单元 我们周围的空气 2. 将课前收集的各种样本气体中分别加入少量澄清石灰水，观察现象。 实验 样本气体来源 实验现象 实验结论 序号 1 2 3 思考： 1. 你是如何控制实验条件、保证对比实验的可比性？ 2. 实验结果对我们有哪些启示？ 目前，有关部门通过各种媒体向社会发布空气质 量报告，以使民众及时了解当地和全国各主要城市的 空气质量状况。 活 动天 地 4-1 认识空气质量报告 下表列出了三个城市某一天的空气质量报告。表中的空气污染指数（API）是 将几种空气污染物的含量按一定的方法处理，变成0〜500之间的数字。目前计入 空气污染指数的有害气体和烟尘主要包括：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭 氧、可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物等。其中，可吸入颗粒物又称PM10，指直径不 超过10 µm、可以进入人体呼吸系统的颗粒物。直径不超过2.5 µm的可吸入颗粒物 （即PM2.5）富含大量有毒、有害物质且在大气中的停留时间长，被吸入人体后可 直接进入支气管，因而对人体健康影响更 城 空气污染 首要污 空气质量 空气质量 大。我国一些城市已将PM2.5纳入常规空 市 指数 染物 级别 状况 气质量监测体系。 A 30~50 Ⅰ 优 思考： 可吸入 B 55~75 Ⅱ 良 颗粒物 1. 空气质量报告的主要内容是什么？ 可吸入 C 101~121 Ⅲ 轻微污染 2. 空气污染指数与空气质量之间存在 颗粒物 什么关系？ 82第一节 空气的成分 多 识 一 点 空气质量级别及对人体健康的影响 空气污 空气质 染指数 对健康的影响 标识颜色 量级别 （API） 空气质量优。不存在空气污染问题，对公众 0－50 Ⅰ 绿色 的健康没有任何危害。 空气质量良。除极少数对某种污染物特别敏 51－100 Ⅱ 黄色 感的人以外，对公众健康没有危害。 轻微污染。对污染物较敏感的人群，如儿童 101－150 Ⅲ（1） 和老年人、呼吸道疾病或心脏病患者，健康会受 橙色 到影响；对其他健康人群基本没有影响。 轻度污染。几乎所有人的健康都会受到影 150－200 Ⅲ（2） 红色 响，对敏感人群的不利影响尤为明显。 中度污染或中度重污染。所有人的健康都会 201－300 Ⅳ 紫色 受到比较严重的影响。 重 度污染。所有人的健康都会受到严重影 ＞300 Ⅴ 栗色 响，甚至出现危急情况。 空气不仅是我们赖以生存的物质基础，也是工 农业生产的重要资源，让我们为保护环境、提高空 气质量行动起来吧！ 长 话 短 说 1. 空气是由氮气、氧气、稀有气体和二氧化碳等多种成分组成的混合物， 它是一种重要的资源。 2. 空气质量状况对公众健康影响很大，监测并改善空气质量是社会发展的 必然要求。 83第四单元 我们周围的空气 挑 战 自 我 1. 下列事实说明空气中含有哪种物质？ （1）氢气能在空气中燃烧。 （2）可以利用空气制造氮肥。 （3）酥脆的饼干在空气中会逐渐变软。 （4）长期存放在空气中的澄清石灰水，表面会出现一层白色物质。 2. 哪些事例能说明空气是一种重要的资源？ 3. 下列气体中会污染空气的是（ ）。 A. 氮气（N ） B. 氧气（O ） 2 2 C. 水蒸气（H O） D. 二氧化硫（SO ） 2 2 84第二节 氧 气 第二节 氧 气 氧气与世间万物如影随形，动植物呼吸、燃料 燃烧、钢铁冶炼等都需要氧气。这些变化虽然发生 的场所和产生的现象各不相同，但都与氧气的性质有 关。下面，我们就先在实验室中制取氧气，进而研究 它的性质。 一、氧气的实验室制法 我们知道，分离液态空气能得到氧气，电解水也 可以得到氧气，除此之外，还可以用什么办法在实验 室中制得氧气呢？ 活 动天 地 4-2 实验室制取气体物质的思路分析 在实验室里制取一种气体时，首先要选择反应物，知道如何控制反应条件，然后 要确定气体发生和收集装置，最后要审查整个反应体系是否符合环保、安全的要求。 请认真思考以下问题： 1. 你认为下列哪些物质不能作为制取氧气的反应物？依据是什么？ ① 水（H O） ② 二氧化碳（CO ） ③ 氯化钠（NaCl） 2 2 ④ 高锰酸钾（KMnO ） ⑤ 过氧化氢（H O ） ⑥ 甲烷（CH ） 4 2 2 4 2. 某同学认为：确定实验室制取气体的化学反应时，应考虑以下几方面因素。你 是否同意他的观点？你还考虑到了哪些因素？ A. 原料是否容易获得 B. 实验条件是否容易控制 C. 实验装置是否容易装配 D. 实验操作是否安全可靠 3. 选择气体发生装置和收集装置的依据分别是什么？ 适合在实验室中制取氧气的物质和方法有很多。 其中，利用催化剂分解过氧化氢制取氧气是比较符合 环保、安全要求的常用方法。 85第四单元 我们周围的空气 活 动天 地 4-3 实验室制取氧气的方法 取A、B两支试管，分别加入3〜5 mL过氧化氢溶 液。请观察下列实验并填写实验现象。 1. 将带火星的木条伸入A试管的管口。 现象 2. 在B试管中加入少量二氧化锰粉末，将带火星的 木条伸入试管口。 排水法收集氧气 先将集气瓶中盛满水， 现象 用玻璃片盖住瓶口，然后倒 3. 实验室通常用下图所示装置制取氧气，请思 立在水槽中。当导管口有气 考：反应所需的过氧化氢溶液为什么要通过分液漏斗 泡连续、均匀地产生时，再 加入？用排水法收集氧气时应如何操作？ 把导管口伸入盛满水的集气 瓶里，等瓶里的水排完以 后，在水里用玻璃片盖住瓶 过氧化 氢溶液 口，将集气瓶移出水槽，正 放在桌面上。 二氧化锰 在二氧化锰的催化作用下，过氧化氢迅速分解产 能改变其他物质的化学 生氧气和水，这一反应可表示如下： 反应速率，而本身的质量和化 二氧化锰 过氧化氢 水 + 氧气 学性质在反应前后都没有发生 H O H O O 变化的物质叫作催化剂。 2 2 2 2 反应中，二氧化锰起到了催化作用，它加快了过 氧化氢的分解。 利用其他含有氧元素的物质，例如加热高锰酸钾 （KMnO ）、氯酸钾（KClO ）等也可以制得氧气。 4 3 86第二节 氧 气 多 识 一 点 形形色色的催化剂 在化工生产、科学实验和生命活动中，催化剂都可大显身手。例如，硫 酸生产中要使用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气，要使用以铁 为主体的多组分催化剂。在炼油厂，催化剂更少不了，选用不同的催化剂， 就可以得到不同品质的汽油、煤油。汽车尾气中含有污染性气体一氧化碳和 氮氧化物，利用钯、铂、铑等金属作催化剂可以迅速将二者转化为二氧化碳 和氮气。酶是动物、植物和微生物体内活细胞产生的具有催化功能的生物大 分子，生物体中的化学反应几乎都是在酶的催化作用下进行；酿造业、制药 业等有时也要用酶作催化剂。 二、氧气的性质 在化学上，当我们要认识某种物质的性质时，一 般要从这种物质的物理性质和化学性质两个方面进行 研究。 活 动天 地 4-4 归纳氧气的物理性质 观察一瓶氧气，结合你的生活经验和已有知识，归纳氧气的物理性质。 颜色 气味 状态 密度 溶解性 沸点 熔点 比空气大① 不易溶于水 -183 ℃ -218 ℃ 思考： 1. 为什么可以用排水法收集氧气？ 2. 充满氧气的集气瓶为什么应瓶口向上放在桌面上？ 氧气① 在标准状况（0℃、1.01×105 Pa）下，氧气的密度为1.429 g/L，空气的密度为1.293 g/L。 87第四单元 我们周围的空气 物质的化学性质是该物质在发生化学变化的过程 中表现出来的。根据组成物质的元素种类，我们把纯 净物分为单质和化合物。让我们从这两类物质中选取 几种物质，看看它们能否与氧气发生化学反应？ 实验 探 究 4-3 探究氧气的化学性质 请你认真观察以下实验，将实验现象填写在表格中： 氧气与木炭反应 氧气与铁丝反应 氧气与蜡烛反应 1. 氧气与木炭反应：用坩埚钳夹取一块木炭，在酒精灯上加热至燃烧，然后将木 炭插入盛有氧气的集气瓶中。待燃烧停止后，向集气瓶中加入少量澄清石灰水并振 荡。 木炭在空气中燃烧 木炭在氧气中燃烧 2. 氧气与铁丝反应：将细铁丝绕成螺旋状，用坩埚钳夹持，在酒精灯上加热。待 铁丝红热后迅速插入盛有氧气的集气瓶中（瓶中预先加少量水或铺一层细沙）。 现象 3. 氧气与蜡烛反应：在空气中点燃一根蜡烛（主要成分是由碳、氢元素组成的石 蜡），然后用燃烧匙将其转移至盛有氧气的集气瓶中。 88第二节 氧 气 蜡烛在空气中燃烧 蜡烛在氧气中燃烧 思考：木炭、铁丝、蜡烛在空气中反应与在氧气中反应剧烈程度明显不同，原 因是什么？ 实验表明，木炭、铁丝、蜡烛都能在氧气中燃 由两种元素组成的化合 烧，这说明氧气能与碳、铁、石蜡发生化学反应，这 物，如果其中一种元素是氧，这 些反应可分别表示为： 样的化合物叫氧化物。如：水 （H O）、二氧化碳（CO）、四 2 2 点燃 碳 + 氧气 二氧化碳 氧化三铁（FeO）等。 3 4 C O CO 2 2 点燃 氧气是一种化学性质比 铁 + 氧气 四氧化三铁 Fe O Fe O 较活泼的气体，许多物质都 2 3 4 可以与氧气发生化学反应， 点燃 石蜡 + 氧气 二氧化碳 + 水 这类反应属于氧化反应。 通过以上实验还发现：碳、石蜡等可燃物在氧气 中燃烧比在空气中燃烧更剧烈，而像铁这种在空气中 不易燃烧的物质也能够在氧气中剧烈燃烧。这说明物 质跟氧气发生化学反应时，单位体积的空间里氧分子 的数目越多，反应就越剧烈。 氧分子 氮分子 碳原子 交 流 共 享 1. 氧气的化学性质比较活泼，能与很多物质发生反应。但通常情况下，这些物 质却都能与氧气“和平共处”，这是为什么呢？ 2. 如果空气的组成不是现在的样子，而是氧气占78%，氮气占21%，世界会是什 么样的？ 89第四单元 我们周围的空气 三、自然界中的氧循环 氧是地壳中含量最高的元素，也是组成生命体的 重要元素。氧元素在自然界中的循环，广泛存在于物 质的天然转化、人工转化以及生命活动过程中，对于 维持健康的生命活动与和谐的生态环境都具有极其重 要的意义。 活 动天 地 4-5 了解自然界中的氧循环 观察下图，看看氧元素在自然界里是怎样循环的？ 自然界中的氧循环 思考： 1. 自然界中氧气产生与消耗的途径主要有哪些？ 2. 氧气是性质活泼的气体，自然界中很多物质在常温下就能与氧气发生化学 反应，为什么大气中氧气的含量没有越来越低呢？ 90第二节 氧 气 在自然界中，通过氧气以及各种含氧化合物的天 然或人工转化，形成持续、稳定的氧循环，从而维持 了相对恒定的大气含氧量，构建了陆地、海洋和大气 等环境的物质和能量平衡，为生态系统的正常运转提 供可靠的资源保障。 氧循环过程中，人和动物吸入的氧气主要用于 氧化所摄入的营养物质，为机体生长发育和新陈代谢 等提供物质基础和能量。这类反应往往进行得非常缓 慢，甚至不容易被察觉，称为缓慢氧化。常温下，许 多物质都能发生缓慢氧化反应，例如金属的锈蚀、动 植物体的腐烂和塑料的老化等。 交 流 共 享 有同学认为：我们每个人都在参与自然界中的氧循环。你同意这种观点吗？我们 是如何消耗氧气的？又对氧气的生成做了什么贡献？假如氧循环被破坏，空气中的氧 气含量明显升高或降低，可能会怎样影响我们的生活甚至生存？ 长 话 短 说 1. 氧气的化学性质比较活泼，能与许多单质和化合物发生氧化反应。 2. 在实验室里可以用分解过氧化氢等方法制取氧气。 3. 氧循环对维持自然界中的物质、能量及生态平衡具有重要意义。 挑 战 自 我 1. 下列关于氧气性质的叙述中，不正确的是（ ）。 A. 通常情况下，氧气是无色、无味的气体 B. 水生动物可在水中生存是因为氧气能少量溶于水中 C. 氧气是可燃物燃烧的催化剂 D. 在通常情况下氧气与氮气不能发生化学反应 91第四单元 我们周围的空气 2. 下列叙述正确的是（ ）。 A. 氧气的化学性质很活泼，常温下几乎能与所有物质发生剧烈的化学反应 B. 将木炭放入盛有氧气的集气瓶中，木炭会立即燃烧起来 C. 利用过氧化氢制取氧气的反应属于分解反应 D. 凡是氧化反应都是化合反应 3. 下列选项不属于氧气在大自然中消耗途径的是（ ）。 A. 生物的呼吸作用 B. 绿色植物的光合作用 C. 物质在空气中的燃烧 D. 物质在空气中的缓慢氧化 4. 张瑾同学认真分析“自然界中的氧循环”图后，产生了下列想法，其中一定 错误的是（ ）。 A. 森林里空气的含氧量高于沙漠中的空气 B. 动植物呼吸和燃料燃烧过程中都发生了有氧气参与的化学变化 C. 绿色植物的作用是使自然界中的氧原子总数增加 D. 教室中的某个氧原子有可能来自上世纪的欧洲田园 5. 如何用简单的方法区分氧气、空气、二氧化碳这三种无 色气体？ 6. 仔细观察一个完好的白炽灯泡，你会发现灯泡内玻璃柱 或支持钨丝的金属上有一点红色物质，那是红磷。只要看到使 用过的灯泡内有这点红色物质存在，就可基本断定该灯泡没有 漏气，你知道这是为什么吗？ 你想了解更多有关催化剂的有趣实验吗？请上网查阅一些介绍催化 剂或使用催化剂课外小实验的资料。若能亲自做一做，定会受益匪浅。 信 息 冲 浪 92到实验室去 到实验室去 氧气的实验室制取与性质 明确任务 1. 用过氧化氢溶液制取3~5瓶氧气，并选择适当物质，探究（或验证）氧气 的性质。 2. 初步学习用简单的装置和方法在实验室中制取并收集气体。 做好准备 1. 你需要准备以下实验用品：锥形瓶、分液漏斗、双孔橡皮塞、玻璃导管、 胶皮管、集气瓶（125 mL）、水槽、酒精灯、玻璃片、量筒（50 mL）、坩埚 钳、燃烧匙；10%的过氧化氢溶液、二氧化锰、木条、木炭、细铁丝、蜡烛、石 灰水。 2. 你需要学会连接实验仪器及检查装置气密性。 友情提示 1. 过氧化氢水溶液有一定的腐蚀性，使用时要尽量小心。 2. 物质在氧气中燃烧比较剧烈，实验存在一定的安全隐患，请注意认真观察 和控制反应，防止发生安全事故。 3. 这是你首次独立完成制备气体的实验，建议先熟悉实验的各项任务、基本 程序和具体操作，以防动手实验时忙乱。 动手实验 过氧化 1. 氧气的制取 氢溶液 （1）如图所示，按照自下而上、从左到右 的顺序安装实验装置，并检查装置的气密性。 （2）先向锥形瓶中加入约0.1 g二氧化锰， 再向分液漏斗中加入约15 mL过氧化氢溶液，并 二氧化锰 93第四单元 我们周围的空气 将盛满水的集气瓶倒扣于水槽中。 （3）打开分液漏斗的活塞，将过氧化氢溶液缓 想一想：如何证明集气瓶中 缓滴入锥形瓶中，待导管口有气泡连续、均匀产生 已经集满了氧气？ 时，再把导管口伸入集气瓶中集气。集满后用玻璃片 在水面下盖住瓶口，移出水面，正放在实验台上。 2. 氧气的化学性质 （1）木炭在氧气里燃烧 用坩埚钳夹取一小块木炭，在酒精灯火焰上灼烧至红热，放在燃烧匙里，立 刻插入盛满氧气的集气瓶中，观察现象。 （2）铁丝在氧气里燃烧 用坩埚钳夹取一端绑有火柴的螺旋状细铁丝，在 注意：铁丝会在氧气中剧烈 酒精灯上点燃火柴。待火柴即将燃尽时伸入盛满氧气 燃烧、火星四射，观察现象 的集气瓶中（瓶底预先加少量水或铺一层细沙），观 时不要凑近集气瓶直视。 察现象。 （3）蜡烛在氧气里燃烧 用铁丝固定一小段蜡烛，在空气中点燃后，伸入盛满氧气的集气瓶中，观察 现象。 实验现象与结论： 实验现象 实验内容 实验结论 空气中 氧气中 木炭的燃烧 铁丝的燃烧 蜡烛的燃烧 反思交流 1. 实验室制取氧气的实验操作步骤有哪些？ 2. 为什么物质在空气中和在氧气中燃烧的剧烈程度明显不同？ 3. 本次实验中你有哪些成功的经验和失败的教训要与同学交流？ 94到图书馆去 到图书馆去 走进氧的世界 在地球上，无论按体积还是按质量来衡量，氧都是最普遍的元素之一。空气中含 有12万亿吨的氧气，你每呼吸一次，吸入体内的气体就有五分之一是氧气。氧气是透明 的，无色无味，虽然我们很难意识到这种重要物质的存在，但氧气几乎无处不在。 空气中的氧 远古时期的大气是由火山喷发所产生的气体形成的，其中含有水蒸气和二氧化碳， 并不含有氧气。大多数科学家认为，大气中的氧气是在地球形成期的最后30亿年中产生 的，在那段时期，海洋植物开始通过光合作用产生氧气，氧气逐渐从水中释放出来，进 入大气，最终在空气中聚集到一定程度，达到适合生命在地表生活的浓度。 除氧气外，空气中还含有臭氧（O ）。臭氧是一种淡蓝色有强烈刺激性气味的气 3 体。大气中90%的臭氧分布在距地面20〜50 km的高空区，我们称之为臭氧层。臭氧层中 的臭氧主要是紫外线制造出来的。太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种，当大气中 的氧气受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成氧原子，氧原子与周围的氧分子结合， 形成了臭氧。臭氧形成后，会 逐渐向臭氧层的底层降落，在底 层受到长波紫外线的照射，再还 原为氧气。臭氧层一直保持着这 种氧气与臭氧相互转换的动态平 衡。因此，臭氧层具有吸收太阳 光中紫外线的作用，犹如一层保 护伞，保护地球上的人类和动植 物免遭紫外线的伤害。 臭氧层中臭氧的数量并不是很大，假设把所有的臭氧都均匀分布在地球表面，其厚 度也不超过3毫米，因此臭氧层很容易遭到破坏。臭氧可以与高空大气中的许多物质发 生反应，如含氯的化合物。其中有一类叫作氟利昂的物质，是一种制冷剂，广泛用于气 雾剂喷罐和空调制冷等过程中，氟利昂能分解臭氧，夺走一个氧原子，并释放出氧气。 95第四单元 我们周围的空气 这种反应消耗掉臭氧层中的臭氧，打破 了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的 增加，使得人类皮肤癌和白内障等疾病 的发病率随之升高。 水中的氧 氧原子与氢原子结合生成了水。氧 比氢重（氢的相对原子质量是1，氧的相 对原子质量是16），在海水中氧的质量占到了9/10。 海水中溶解有一定的氧，这是海洋生命活动不可缺少的物质。海水中溶解氧的含量 是衡量海水水质的重要指标，它主要来源于大气中氧 的溶解和海洋中藻类及浮游植物光合作用的释放。如 果海水中的氧气溶解量过低，不能满足鱼类的正常生 存需要，这样的水域就会成为名副其实的“死亡地 带”。从20世纪60年代开始，人类活动对海洋造成的 污染越来越严重，全世界范围内“死亡地带”的数目 大约每10年增加1倍。 “死水”是指水中含氧量很少而且不流动的水 体。一旦水中微生物消耗氧气的速度大于氧气溶解于 水中的速度，就会产生“死水”。由于氧气是缓慢溶 解于水中的，所以静止的水中氧气的含量相对较低。 在温暖的条件下，微生物的生长非常旺盛，消耗氧气 的速度快，造成水体处于缺氧状态。这就是为什么夏 “死水” 季比冬季更容易产生“死水”的原因。 矿石中的氧 氧是地壳中含量最丰富的元素，占整个地壳质量的46.6%，氧在地壳中基本都是以 含氧化合物的形式存在的。含氧的矿物中以硅酸盐和硅的氧化物居多，硅和氧占到了地 壳总质量的3/4。也就是说，硅和氧无处不在，当你看到任何土壤和岩石时，你就应该想 到他们很可能是由大量的硅和氧紧密结合而成的。 二氧化硅是硅的一种氧化物，是沙子、石英的主要成分。天然二氧化硅称为硅石， 约占地壳质量的12%。石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩，石英中无 色透明的晶体就是我们通常说的水晶，具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。 96到图书馆去 宝石是因稀有或外观独特而具有很高经济价值的矿石，包括蓝宝石、红宝石、祖母 绿等，大多数宝石都是含有硅或铝的氧化物。 蓝宝石 红宝石 祖母绿 思 考 1. 20世纪70年代科学家就发现高空大气中臭氧浓度有减少的趋势。1985年英国 南极考察队在南纬60°地区观测发现了臭氧层空洞，臭氧减少带来的危险已受到国 际社会的普遍关注，为了保护臭氧层免遭破坏，以更好地保护生态环境，你认为应 该怎么做？ 2. 海水中溶解的氧为海洋生物提供了生存的条件，影响海水中氧含量的因素有 哪些？ 97第四单元 我们周围的空气 单元练习 知识应用 1. 下列对空气的描述不正确的是（ ）。 A. 空气是由多种物质组成的混合物 B. 空气中各成分的含量恒定不变 C. 空气中的多种成分在工农业生产中具有重要作用 D. 空气中的各种成分含量变化可能会影响生命体的正常生命活动 2. 下列叙述正确的是（ ）。 A. 在过氧化氢的分解反应中，二氧化锰起催化作用 B. 当氧气参与化学反应时，单位体积空间里氧分子越多，反应越剧烈 C. 如果没有催化剂的帮助，过氧化氢不会分解产生氧气 D. 木炭在空气中燃烧不如在氧气中燃烧剧烈，因此属于缓慢氧化 3.下列关于氧气的叙述不正确的是（ ）。 A. 物质与氧气发生的反应都是氧化反应 B. 鱼虾能在水中生存是由于氧气易溶于水 C. 氧气能使带火星的木条复燃 D. 氧气可以供给呼吸，和动物体内某些物质反应而释放能量，维持生命活动 4. 实验室制取气体选择收集方法时，下列气体性质中必须考虑的是（ ）。 ① 颜色 ② 密度 ③ 溶解性 ④ 可燃性 ⑤ 能否与水反应 A. ①②③ B. ②③④ C. ③④⑤ D. ②③⑤ 5. 拉瓦锡推翻了“燃素说”，建立了燃烧氧化说。他认为空气是由两种气体 组成的：一种是能够帮助燃烧的，称为氧气；另一种是不能帮助燃烧的，称为氮 气。现在我们知道，拉瓦锡对空气组成认识的不足之处是 。 98单元练习 方法探究 6. 用来测定空气成分的方法有很多。下图所示方法的化学原理是：磷 ＋ 氧 点燃 气 五氧化二磷（五氧化二磷是一种白色粉末）。实验过程是：将集气瓶容 积五等分，并做好标记；点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中并塞紧瓶塞； 待燃烧停止并冷却后，打开止水夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的 体积约为集气瓶总容积的1/5。 红磷 水 请回答下列问题： （1）集气瓶中剩余的气体主要是哪种气体？该实验说明这种气体具有哪些 性质？ （2）如果实验完毕，进入集气瓶的水不到总容积的1/5，你认为导致这一结 果的原因可能有哪些？ （3）你还能想到哪些测定空气成分的方法？ 7. 对自然界中的混合物进行分离，得到生产和生活所需的较为纯净的物质， 是人们改造物质的重要途径。 （1）说一说，从下列混合物中分离出指定的物质分别采用什么方法？依据 的原理是什么？ ① 从天然水中分离出纯水； ② 将溶解在水中的矿物质分离出来； ③ 从空气中获得较为纯净的氧气； ④ 从空气中获得较为纯净的氮气。 （2）结合你已有的知识经验，总结一下分离混合物的方法有哪些？尝试对 它们进行分类。 99第四单元 我们周围的空气 反思交流 8. 加强对空气质量的监测是保护环境的一项重要措施。下表列出了北方某城 市一年中春夏秋冬四季空气质量监测的平均数据。请你阅读后回答问题。 指标 可吸入颗粒物 氮氧化合物 二氧化硫 空气质量级别 （TSP） （NO） （SO ） 季节 指数 x 2 春 季 88 40 44 Ⅱ 夏 季 67 33 36 Ⅱ 秋 季 90 46 54 Ⅱ 冬 季 98 69 60 Ⅱ 注：TSP为空气中总悬浮颗粒物（即直径不超过100µm的颗粒物，又称PM100）。 （1）对该城市空气质量影响最大的指标是什么？ （2）哪个季节的空气质量最差？你认为造成这种状况的主要原因是什么？ 可采取哪些有效措施加以防治？ 100第一节 化学反应中的质量守恒 化学反应 定量研究 第五单元 化学是研究物质变化的科学。通过前面的学习，我们已经认识到 化学反应是实现物质间相互转化的重要途径，那么化学反应在导致 物质种类变化的同时，物质的总质量是否也随之改变呢？怎样科学简 明地描述化学反应？ 一定量的反应物发生化学反应后能生成多少产 物？ 5.1 化学反应中的质量守恒 5.2 化学反应的表示 ▲ 化学方程式及其意义 ▲ 化学方程式的书写 5.3 化学反应中的有关计算 到实验室去：探究燃烧的条件 101第五单元 定量研究化学反应 第一节 化学反应中的质量守恒 我们已经知道，化学反应的结果是反应物转化为 生成物。那么，在化学反应过程中，反应物和生成物 的质量是如何变化的呢？ 木炭燃烧成为灰烬，质量如何变化？ 树苗长成参天大树，质量如何变化？ 活 动天 地 5-1 推测过氧化氢分解过程中物质的质量关系 过氧化氢在催化剂作用下分解生成水和氧气。分解了的过氧化氢的质量与生成 的水和氧气的质量具有什么关系呢？ 1. 你同意下图两位同学中哪一位的观点？ 质量怎么会变呢？在 过氧化氢分解 化学反应中，分子虽然变 了，分子变了，质 了，但是原子没有改变， 量当然也就变了！ 质量应该不变吧？ 过氧化 氢溶液 氧气 二氧化锰 102第一节 化学反应中的质量守恒 2. 小丽同学用如下3个图示表示过氧化氢分解生成水和氧气的反应。你认为哪 个图示是正确的？为什么？ 甲 + 乙 + 丙 + 思考：分解了的过氧化氢的质量与生成水和氧气的质量是否相等？ 在上述活动中，可能你对物质在化学反应前后质 量是否改变已经做出了推测。那么，如何设计实验来 检验这一推测是否正确？ 实验 探 究 5-1 探究化学反应前后物质的质量有无变化 实验用品：托盘天平（或电子秤）、烧杯、试管、胶头滴管、锥形瓶、酒精灯、 橡皮塞、导管、试管夹、玻璃棒、塑料袋（或气球）、细线、细沙、放大镜、火柴； 盐酸、大理石、硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液、白磷等。 实验步骤： 提示：首先要确定一个 1. 确定一个化学反应作为研究对象 容易发生的化学反应作 下列反应可供你选择，当然也可以选择其他你熟悉的 为研究对象；其次要考 反应。 虑怎样测量反应前后的 （1）盐酸和大理石（主要成分是CaCO ）反应，生成 3 物质质量；同时还要考 二氧化碳、水和氯化钙（CaCl ）。 2 虑怎样使反应发生、在 （2）氢氧化钠（NaOH）溶液和硫酸铜（CuSO）溶液反 4 哪里发生，需要哪些仪 应，生成硫酸钠（Na SO）和氢氧化铜〔Cu（OH）〕。 2 4 2 器、药品等。 （3）白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷（P O）。 2 5 2. 确定实验操作步骤并进行实验 103第五单元 定量研究化学反应 实验步骤和方法 实验现象和结论 称量反应前反应物和 反应容器的总质量 思考： 1. 你的实验是否验证了自己的推测？ 2. 你的实验过程是否存在失误？是否影响了你的实验结果？ 无数实验证明：参加化学反应的各物质的质量总 和等于反应后生成的各物质的质量总和，这个规律叫 作质量守恒定律。质量守恒定律是自然科学的基本 定律之一，它告诉我们化学变化只能改变物质的种 类而不能改变物质的总质量。 交 流 共 享 为什么在化学反应前后物质的总质量不发生变化呢？请你根据化学变化的微观本 质分析化学反应前后质量守恒的原因。 物质是由分子、原子、离子等基本粒子构成 的。在化学变化中，构成物质的原子重新组合成新 的分子。在化学反应前后，原子的种类没有改变， 原子的数目没有增减，原子的质量没有变化。所 以，参加反应的各物质的质量总和必然等于反应生 成的各物质的质量总和。 104第一节 化学反应中的质量守恒 长 话 短 说 1. 化学变化的过程实质上是原子重新组合的过程。在化学变化过程中，原 子的种类、数目和质量不变。 2. 在化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质 的质量总和。这个规律叫作质量守恒定律。 挑 战 自 我 1. 某同学做了两个实验：一是在试管中加热氧化汞得到液态汞；二是在集气瓶中 点燃镁条得到白色粉末氧化镁。他将反应后的液态汞和氧化镁粉末全部收集起来进行 称量，发现与反应前的氧化汞和镁条相比质量都发生了变化。你认为这两个反应是否 符合质量守恒定律？为什么？ 2. 如果用O C O表示二氧化碳，请你用图式表示出二氧化碳与碳反应生成一氧 化碳的变化。 3. 某物质在空气中燃烧，生成水和二氧化碳，则该物质中一定含有 和 元素，可能含有 元素。 4. 蜡烛燃烧后生成二氧化碳和水。下列关于该化学反应的叙述正确的是（ ）。 A. 燃烧前后蜡烛质量不变 B. 蜡烛减少的质量等于生成的二氧化碳和水的质量 C. 蜡烛燃烧后生成物的质量之和等于蜡烛减少的质量与消耗氧气的质量之和 D. 燃烧前蜡烛的质量与消耗氧气质量之和等于生成的二氧化碳与水的质量之和 请到图书馆或登录互联网，查阅资料，进一步了解质量守恒定 律的发现史，认识定量研究对化学科学发展的重大作用。 信 息 冲 浪 105第五单元 定量研究化学反应 第二节 化学反应的表示 我们知道，通过化学反应可以将一种物质转化 为另一种物质，而且转化过程遵循质量守恒定律。那 么，怎样用化学语言简明、科学地把这些化学反应表 示出来呢？ 一、化学方程式及其意义 活 动天 地 5-2 化学反应的表示方法 氢气在氧气中燃烧生成水的反应可以用以下3种方法表示： 点燃 ① 氢气 + 氧气 水 ② + 点燃 ③ 2H + O 2H O 2 2 2 思考：分析上述3种表示方法的优点和缺点，你认为哪种表示方法最好？ 像③式这样用化学式表示化学反应的式子叫化 如果反应物和生成物 学方程式。在化学方程式中，通常用“△”表示反应 中都有气体，气体生成物 就不需要标注“↑”。同 需要加热，用“↑”或“↓”注明生成物是气体或沉 样，对于溶液中的反应， 淀。例如，水通电生成氢气和氧气反应的化学方程式 如果反应物和生成物中都 为： 有固体，固体生成物也无 需标注“↓”。 通电 2H O 2H ↑ + O ↑ 2 2 2 106第二节 化学反应的表示 化学方程式是国际通用的化学语言，它不仅简明 地表达了反应物、生成物是什么，反应在什么条件下 发生，还能反映出反应体系中微观粒子的数量关系和 各物质的质量关系。例如： 点燃 2H + O 2H O 2 2 2 粒子数目之比 2 ： 1 ： 2 相对质量之比（2×2）：（1×32）： （2×18） 物质的质量之比 4 ： 32 ： 36 二、化学方程式的书写 活 动天 地 5-3 用化学方程式描述化学反应 1. 请你试着写出以下两个反应的化学方程式，归纳书写化学方程式的基本步 骤：（1）氢气在氧气中燃烧；（2）二氧化碳与碳在高温下反应生成一氧化碳。 2. 小明同学根据过氧化氢分解生成水和氧气的反应事实，书写该反应的化学 方程式。如图所示，其中黑色字迹是他在第一个步骤中写出的，红色字迹是他在 第二个步骤中写出的。 小明同学把化学方程式的书写步骤归纳为下列两步，你赞同吗？ 第一步：描述反应事实。首先在短线的左边写出参加反应的物质（反应物） 的化学式，然后在短线的上方注明反应条件，最后在短线的右边写出反应所生成 的物质（生成物）的化学式，同时注明生成物的状态。 第二步：配平。根据质量守恒定律，在相应的化学式前配上适当的数字（称 为化学计量数），使反应前后各种元素的原子个数相等。 107第五单元 定量研究化学反应 思考：“配平”是书写化学方程式的关键步骤，下列问题你都明确了吗？ 1. 为什么要配平化学方程式？ 2. 配平时，为什么不能改动化学式中元素符号右下角的数字？ 3. 怎样确定化学式前的化学计量数？ 4. 怎样判断化学方程式是否配平？ 化学方程式描述的是物质发生化学反应的客观事 实，因此，书写化学方程式时要遵守两条原则：一是 必须以客观事实为依据，不能凭空臆造事实上不存在 的物质和化学反应；二是必须遵循质量守恒定律，要 使反应前后各原子的种类与数目保持不变。 多 识 一 点 最小公倍数法配平化学方程式 配平化学方程式的方法很多，最小公倍数法是最常用的方法之一。下面以 铝和氧气反应生成氧化铝（Al O ）为例说明这种配平方法（反应条件略）。 2 3 Al + O —— Al O 2 2 3 式子左边（反应物）氧气的化学式中，氧原子数是2；右边（生成物）氧 化铝的化学式中，氧原子数是3。要使两边氧原子数相等，可先求两边氧原子 数的最小公倍数（3×2＝6），然后用最小公倍数分别除以化学式中氧原子的 数目，所得的商即是该化学式的系数。用6除以左边O 中的氧原子数2得3， 2 因此在O 前配上系数3；用6除以右边Al O 中的氧原子数3得2，则在Al O 前 2 2 3 2 3 面配上系数2： Al + 3O —— 2Al O 2 2 3 两边的氧原子数相等了，再考虑铝原子的个数。右边的铝原子总数是4， 因此，应在左边Al的前面配上系数4： 4Al + 3O —— 2Al O 2 2 3 确认短线两边各元素的原子数相等后，将短线改成等号： 4Al + 3O 2Al O 2 2 3 108第二节 化学反应的表示 在线 测 试 点燃 1. 说说看，你能从化学方程式 CH + 2O CO + 2H O中获得哪些信息？ 4 2 2 2 2. 下列化学方程式是否正确？请把不正确的加以改正。 （1）CaCO + HCl CaCl + CO + H O 3 2 2 2 通电 （2）H O H + O 2 2 2 3. 写出下列反应的化学方程式： （1）天然气（CH）在空气中燃烧，生成二氧化碳和水。 4 （2）白磷在空气中燃烧，生成五氧化二磷（P O ）。 2 5 长 话 短 说 1. 化学方程式不仅可表明反应物、生成物和反应条件，还可以表示出反应 体系中各微观粒子的数量关系以及各宏观物质的质量关系。 2. 书写化学方程式必须以客观事实为依据，遵循质量守恒定律。 挑 战 自 我 催化剂 1. 下列关于化学方程式2H O 2H O + O↑含义的叙述中，正确的是（ ）。 2 2 2 2 A. 可表示双氧水是由水和氧气化合而成的 B. 双氧水在催化剂的存在下分解生成水和氧气 C. 2个双氧水分解生成2个水和l个氧气 D. 在催化剂存在的条件下，每34份质量的双氧水分解生成16份质量的氧气和18 份质量的水 2. 某化合物X在氧气中完全燃烧，反应的化学方程式为： 点燃 X + 3O 2CO + 2H O 2 2 2 试写出X的化学式。 109第五单元 定量研究化学反应 3. 下列化学方程式书写是否正确？若不正确，请改正。 （1）氢气在氧气中燃烧： 点燃 H + O H O 2 2 2 （2）铁在氧气中燃烧： 3Fe + 2O Fe O 2 3 4 4. 写出下列反应的化学方程式，计算反应中各物质间的质量比。 （1）镁在氧气中燃烧。 （2）氧化铜和碳在加热条件下反应生成铜和二氧化碳。 （3）乙醇（C H O）在氧气中燃烧生成二氧化碳和水。 2 6 110第三节 化学反应中的有关计算 第三节 化学反应中的有关计算 在生产、生活和科学研究中，我们不仅需要知道 化学反应生成了什么物质，还常常需要知道生成了多 少物质。依据化学方程式中物质的实际质量之比等于 相对质量之比，我们可以进行化学反应中的相关定量 计算。 例如：已知1 kg氢气能供一辆功率为50 kW的氢 能源汽车行驶约l00 km，要想知道18 kg水分解产生 的氢气能供该汽车行驶多少千米，就需要知道18 kg 水能分解产生多少氢气。 这一小桶 水分解产生的 H 可供汽车行 2 驶多少千米？ H O 2 18 kg H 2 光解反应器 像这样的问题要依据化学方程式来解决，其一般 思路为：首先弄清楚化学反应的原理，正确书写化学 方程式；然后根据化学方程式找出反应物与生成物之 间的定量关系，并据此确定已知量与未知量之间的关 系；再将上述关系列成比例式求解；最后检查确保计 算过程和结果无误后，简明地写出答案。 下面以上述问题为例来说明依据化学方程式进行 计算的步骤和格式。 111第五单元 定量研究化学反应 例：计算18 kg水完全分解产生氢气的质量。 （1）设未知量； 解：设18 kg水完全分解产生 氢气的质量为x。 光照 （2）写出反应的化学方程式； 2H O 2H ↑ + O ↑ 2 催化剂 2 2 （3）找出有关物质之间的质量关 2×18 2×2 系，并将与之成比例的已知量与未知量 18 kg x 写在相应的位置上； 2×18 18 kg = （4）列出比例式，求解； 2×2 x 4×18 kg x = = 2 kg 36 （5）检查无误后简明地写出答案。 答：18 kg水完全分解产生氢 气的质量为2 kg。 根据上述方法，尝试解决下列实际问题。 工业上电解氧化铝制取金属铝，反应的化学方程 式为： 通电 2Al O 4Al + 3O ↑ 2 3 2 如果加工一个铝锅需要l.08 kg铝，至少需要电解 多少千克氧化铝才能得到制成这个铝锅所需的铝？ 在线 测 试 1. 计算12 g碳在足量的氧气中燃烧生成二氧化碳的质量： （1）已知碳的质量是12 g，需要求 的质量。 （2）根据碳燃烧反应的化学方程式，计算已知量（碳）与未知量（二氧化碳） 的质量比是 。 （3）按照解题步骤，计算生成二氧化碳的质量。 2. 工业上利用煅烧石灰石（主要成分为CaCO ）的方法生产生石灰（主要成分为 3 CaO），同时得到CO。 2 （1）写出该过程中发生反应的化学方程式。 （2）计算煅烧1 000 t含杂质20％（杂质不分解）的石灰石能生产多少CaO ？ 112第三节 化学反应中的有关计算 长 话 短 说 依据化学方程式中物质间的质量关系，可以进行化学反应中的有关计算。 计算时要注意：列在化学式下面的质量必须是纯净物的质量；质量单位必须做到 上下对应、左右一致。 挑 战 自 我 1. 已知锌和稀硫酸（H SO ）反应生成氢气和硫酸锌（ZnSO ）。实验室制取2 g氢 2 4 4 气，需要多少克锌？ 2. 实验室中用分解过氧化氢（H O ）的方法制取氧气。76 g过氧化氢完全分解， 2 2 可以生成多少克氧气？ 3. 48 g镁与32 g氧气完全反应，能生成80 g氧化镁。36 g镁与30 g氧气充分反应，能 否生成66 g氧化镁呢？ 4. 某同学在学习了化学反应的定量计算方法后，独立完成了一道计算题。请你认 真阅读，完成以下两个任务。 （1）对该同学的解题过程进行评价，并对发现的错误进行改正。 （2）通过与大家交流，请你反思总结：在进行有关化学反应的定量计算时，应 该注意哪些问题？ 题目：15.5 g红磷在氧气中充分燃烧，可生成五氧化二磷多少克? 解：设可生成 x g五氧化二磷。 点燃 P + O P O 2 2 5 31 142 15.5 x 31 15.5 142 x 142×15.5 x = 31 x = 71 答：可生成五氧化二磷71 g。 113第五单元 定量研究化学反应 到实验室去 探究燃烧的条件 明确任务 1. 自行设计并动手实验，探究燃烧的条件。 2. 通过完成一系列促进或阻止燃烧反应的实验，初步体会控制化学变化的一 般思路。 做好准备 本次实验对学习第六单元的内容有很大的帮助，在实验之前请你先做好以下 准备工作： 1. 回顾有关知识和经验 例如：燃烧需要什么条件？日常生活中常用的灭火方法有哪些？怎样才能使 炉火烧得更旺？ 2. 确定本次实验你想解决的问题 你可以自行设计实验验证自己的猜想，还可以重复或改进下面3个实验。 3. 准备好实验用品 木条、A4纸、秒表、酒精灯、火柴、试纸、烧杯、坩埚钳、钢丝棉、酒 精、一瓶氧气。 友情提示 任何点燃操作和燃烧过程都可能因操作不当而带来危险，在动手操作前务必 思考可能存在的危险以及如何防范意外的发生。 动手实验 1. 分别尝试点燃浸过酒精和水的木条 取一根木条，将其一端浸入烧杯中的酒精里约10 s，用试纸轻轻擦拭后在酒 精灯火焰上点燃。取另一根木条，将其一端浸入烧杯中的水里约10 s，用试纸轻 轻擦拭后，也尝试在酒精灯火焰上点燃。 114到实验室去 思考：（1）你认为上述实验探究的燃烧条件是什么？该实验能否达到这一探 究目的？（2）你有自己的实验方案吗？你的方案与本实验相比有什么优点与不足？ 2.“纸船烧水” 取一张A4纸，裁成两半，折成两只同样的纸船。将一 只纸船放在铁架台的铁圈上，用酒精灯加热，记录纸船从开 始加热到燃烧需要的时间。 向另一只纸船中小心注入约一半的水，放在上述铁圈上 加热，记录该纸船从加热到燃烧需要的时间。 思考：上述实验能否证明燃烧需要使可燃物达到一定的 温度？你有更优化的实验方案吗？ 3. 分别尝试在空气中和氧气中点燃钢丝棉 用坩埚钳夹持一团钢丝棉，在酒精灯火焰上灼烧至红 热。将钢丝棉迅速插入氧气中（瓶底需盛水或铺沙子），观 察现象。 思考：分析上述实验现象，你对燃烧条件有哪些新的理 钢丝棉在氧气中燃烧 解？ 反思交流 1. 通过本次实验，你对燃烧条件有了哪些新的认识？ 2. 当我们对某一个燃烧条件进行探究时，要注意什么问题才能保证实验的可 靠性、结论的科学性？ 3. 你能想出多少种熄灭蜡烛的方法？这些方法分别破坏了燃烧的什么条件？ 115第五单元 定量研究化学反应 到图书馆去 用天平称出来的伟大定律 ——质量守恒定律的发现 生活中这样的现象司空见惯：生日聚会上点燃的蜡烛在留下一缕青烟之后，几乎消 逝得无影无踪；花盆里萌芽的种子长成一株开花结果的植物，而泥土却丝毫没有减少。 难道蜡烛会不翼而飞，花果会无中生有？物质能凭空产生或突然消失吗？这个问题曾长 期困扰着那些喜欢思考的人们，直到18世纪50年代，化学家们才通过精确的定量实验解 开了这个谜团。 古人的观点 “物质不灭”的思想已经被现代人普遍接受为真理。 其实，早在2400多年前，古希腊哲学家就已经明确提出 这样的观点：“无中不能生有，任何存在的东西都不会毁 灭。”无独有偶，与古希腊哲学家几乎处于同一时期的我 国古代哲学家庄子也持有这样的观点：人生在宇宙之内， 死还在宇宙之间；人死后归于大地、化为尘埃物质，而物 质又在运动，重新组成了人类赖以生存的世界。我国明末 清初杰出唯物主义思想家王夫之也曾明确提出：“生非创 有，死非消灭”，“聚散变化，而其本体不为之损益”，认 为世界上的物质是“不生不灭”的。然而，这些观点虽然 堪称伟大的哲学思想，但也还只是停留在理论猜想的层面 王夫之（1619-1692） 上，缺乏事实依据。因此，“物质不灭”的思想并没有被 人们普遍接受。 “嘶嘶”声催生出伟大定律 曾经盛行将近100年的“燃素说”认为一切可燃物中都含有燃素，燃烧时燃素挥 发，物质中含有的燃素越多，燃烧就越充分。“燃素说”征服了那个时代的众多化学家。 然而，英国化学家波义耳却通过实验对此提出质疑。他将金属放在密闭容器里煅烧后称 116到图书馆去 量，发现金属灰的质量反而大于反应前金属的质量，这完全与“燃素说”相违背。波 义耳对“燃素说”的质疑很快被其他科学家证明是正确的。然而，他却错失了一个近 在咫尺的机会，与一个伟大的定律擦肩而过。波义耳在打开容器瓶口、试图称量金属 灰时，听到“嘶嘶”的声响，这是空气冲进瓶子时发出的声音。波义耳虽然注意到了 这一现象，却并没有深入思考下去，把一个发现伟大定律的荣誉留给了俄国化学家罗 蒙诺索夫。 罗蒙诺索夫也是一位天才的科学家，然而，与同时代的其他大多数科学家不同的 是，他非常注重定量研究。他在实验中经常使用天平，无论做什么实验，总是要将反应 物和生成物的质量全部仔细地记录下来。1756年，反对“燃素说”的罗蒙诺索夫在实验 室里重复波义耳的实验。他注意到波义耳在论文中提到的“嘶嘶”声，于是设想如果阻 止空气进入反应容瓶，再称量反应前和反应后体系的总质量，会出现什么结果呢？于 是，他在实验前先称量了金属屑的质量，再将其转移到反应容器里，密封住容器口后称 量容器和金属屑的总质量。然后煅烧金属屑，之后重新称量容器，发现总质量和煅烧前 没有变化！他再次打开容器，称量金属灰的质量，结果与波义耳的发现一样——金属灰 比原来的金属重。他将金属灰放回容器里重新称量，结果令他大吃一惊：总质量比没打 开容器的时候增加了！显然，增加的质量就是在“嘶嘶”声中进入容器的空气的质量。 罗蒙诺索夫继续分析：如果容器一直保持密封而且本身质量不变的话，金属灰增重多 少，容器中的空气就会减重多少。 罗蒙诺索夫将这个从燃烧实验中得出的结论提升为一个普遍性的原理：参加化学反 应的物质的总质量，总是等于反应后产物的总质量。1760年，罗蒙诺索夫在俄国科学院 大会上正式宣布了这一重大发现。然而，由于当时俄国的科学发展水平比较落后，罗蒙 诺索夫的发现并没有引起人们的关注。直到1777年，法国化学家拉瓦锡从相同的实验中 再次得出这一结论时，质量守恒定律才获得公认。 拉瓦锡建立质量守恒定律 和罗蒙诺索夫一样，拉瓦锡也非常重 视天平的使用，并将“精确定量”的概念 引入化学实验。拉瓦锡先后做了磷、硫、 锡、铅、汞等在密闭容器中的锻烧实验， 用精确定量的方法研究了这些反应中各物 质的质量关系，提出了与罗蒙诺索夫相同 的观点，即一切化学反应都遵循质量守恒 定律。拉瓦锡不仅在他的《化学概要》中 拉瓦锡的实验室装置 117第五单元 定量研究化学反应 用清晰的语言描述了质量守恒定律，还根据这一定律写出了糖发酵变成酒精这一化学过 程的表达式，成为现代化学方程式的雏形。 质量守恒定律和化学方程式的建立，使得化学走向了定量化、计量化的道路，成 为像数学、物理学一样严谨、精密的基础自然科学。依据质量守恒定律，人们从此能 够精确、深入地研究化学反应，而“物质不灭”的哲学思想也从此获得了坚实的自然科 学基础。 质量守恒定律是化学反应、乃至自然界最基本的定律之一，它告诉我们：利用化学 方法，只能改变物质的成分而不能改变物质的质量。在化学反应中，质量守恒定律有三 层含义：首先，化学反应前后各元素的原子个数相等；其次，化学反应前后各元素的质 量守恒；最后，化学反应前后各物质的质量总和守恒。这三个守恒关系对我们理解化学 反应是至关重要的。 思 考 1. 从波义耳进行煅烧金属实验并听到“嘶嘶”声，到罗蒙诺索夫重复波义耳 的实验并获得重大发现，相隔80多年。期间不知有多少人在重复波义耳的实验时反 复听到那“嘶嘶”的声响，可是他们却都没有在意。请你结合本文体会“观察”和 “提出问题”在科学探究中分别起到的作用。 2. 18世纪，天平被逐渐引入化学实验，成为许多化学家的重要工具。请结合本 文讨论技术革新和科学新发现之间的关系。 3. 第一个发现质量守恒定律的人是罗蒙诺索夫，然而，质量守恒定律的普遍接 受和传播却始于拉瓦锡。拉瓦锡对质量守恒定律的建立有何贡献？ 118单元练习 单元练习 知识应用 1. 在化学反应前后，肯定不会变化的是（ ）。 ① 原子的数目 ② 分子的数目 ③ 元素的种类 ④ 物质的质量总和 ⑤ 物质的种类 ⑥ 物质的体积 ⑦ 物质的状态 A. ②④⑤ B. ①③⑦ C. ①③④⑥ D. ①③④ 催化剂 2. 根据化学反应方程式4NH + 5O 4X + 6H O，推断X的化学式为 3 2 △ 2 （ ）。 A. N O B. NO C. N D. NO 2 5 2 2 3. 化学方程式不能提供的信息是（ ）。 A. 哪些物质参加反应 B. 在什么条件下发生反应 C. 各物质之间的质量比 D. 化学反应的快慢 4. 下列化学方程式书写是否正确？如不正确，说明原因。 （1）氧化汞加热分解：HgO 2Hg + O ↑ 2 △ （2）在加热的条件下，铜与氧气反应：Cu + O ↑ CuO 2 5. 氯酸钾（KClO ）在二氧化锰（MnO ）作催化剂并加热的条件下能较快 3 2 地分解生成氯化钾（KCl）和氧气，试写出该反应的化学方程式。要得到1.6 g氧 气，需分解氯酸钾多少克？ 6. 8 g铜粉在空气中加热至完全反应，能消耗标准状况下的氧气多少升？（已 知标准状况下氧气的密度约为1.43 g /L，铜元素的相对原子质量约为64） 方法探究 7. 为了探究物质在化学变化前后的质量关系，波义耳曾做过这样一个实验： 将金属汞放在密闭容器里煅烧，煅烧后立即打开容器盖进行称量，得出的结论是 物质的质量增加了。该实验导致波义耳与质量守恒定律擦肩而过。 （1）是什么原因导致波义耳未能发现质量守恒定律？ （2）你认为该反应是否遵循质量守恒定律？ 119第五单元 定量研究化学反应 反思探究 8. 小明想利用电解水的方法制取少量氧气，鉴于气体的质量不易称量，他想 到了如下的方法来计算，请你分析他的方法是否合理。 （1）在水电解器中注入蒸馏水（并滴加几滴稀硫酸用以增强导电性）； （2）称量（1）中准备好的水电解器的质量（m g）； 1 （3）接通直流电源进行电解，几分钟后停止通电，再称量水电解器的质量 （m g）。 2 计算电解所得氧气质量的过程如下： 设可电解生成的氧气质量为 x 。 1 H O O 2 2 2 1 18 ×32 2 m g－m g x 1 2 1 ×32 18 2 = m g－m g x 1 2 1 （m g－m g）× ×32 1 2 2 x = 18 8 x = （m －m ）g 1 2 9 120第一节 燃烧与灭火 燃燃烧烧与与燃燃料料 第六单元 自从人类学会利用火，便结束了“茹毛饮血”的历史。然而，失 去控制的火可能成为吞噬生命的恶魔。燃烧本质上是一种剧烈的化学 反应，了解燃烧的条件就可以控制和利用燃烧。你知道燃烧的条件是 什么吗？怎样防火、灭火及防止爆炸？什么是化石燃料？化石燃料除 作为燃料外，还有哪些重要用途？化石燃料燃烧释放的大量二氧化碳 会让我们的地球越来越热吗？ 6.1 燃烧与灭火 ▲ 灭火的原理 ▲ 促进燃烧的方法 ▲ 爆炸是如何发生的 6.2 化石燃料的利用 ▲ 化石燃料的燃烧 ▲ 化石燃料的综合利用 6.3 大自然中的二氧化碳 ▲ 二氧化碳的循环 ▲ 二氧化碳的性质 到实验室去： 二氧化碳的实验室制取与性质 121第六单元 燃烧与燃料 第一节 燃烧与灭火 火的使用标志着人类文明的伟大进步。从钻燧 取火到航空航天，在人类文明前进的每一步，火的 作用和影响都不容忽视。现代社会中，我们的许多 生活和生产活动也离不开火。 然而，如果用火不当，可能会造成火灾，对人 们的生命财产带来巨大危害。当火灾发生时，人们 多么希望能够迅速灭火！ 一、灭火的原理 其实，并不是只有在发生火灾的时候才需要灭 火。同学们日常生活中常做的事情，如吹灭蜡烛、 熄灭酒精灯、关掉燃气炉灶的火等也是灭火。回想一 下，在不同的情形下都用过哪些方法灭火？为什么这 些方法能够灭火？ 活 动天 地 6-1 寻找灭火的方法 参考示例，讨论在各种情况下应当采用什么方法灭火？采用这些方法为什么 能够灭火？ 灭火的方法：① 往着火的木柴上覆盖沙子；② ⋯⋯ 解释：① 往木柴上覆盖沙子，能够隔断木柴与空气的接 触，缺乏氧气的支持，火就熄灭了。 ② ⋯⋯ 122第一节 燃烧与灭火 把想到的灭火方法按照主要目的进行分类，并填入下表： 灭火的方法 采取这些方法的主要目的 降低温度 隔绝氧气 移走可燃物 通常所说的燃烧是可燃物跟氧气发生的剧烈的发 光、发热的氧化反应。 同学们还记得我们上次到实验室做过的实验探究 吗？在那次探究中我们知道了燃烧必须满足三个条件 氧 才能发生。这三个条件分别是：（1）物质具有可燃 气 性；（2）可燃物与充足氧气接触；（3）可燃物的温度 达到其自身的着火点（即可燃物燃烧所需要的最低温 度）。而各种灭火措施都是至少破坏了燃烧所需条件 之一，从而终止了燃烧反应。 交 流 共 享 回想一下前面学过的物质跟氧气反应的现象，结合上述内容，与同学们交流你对 燃烧的理解。 123第六单元 燃烧与燃料 活 动天 地 6-2 火与安全用火 火是推动人类文明进步的重要因素，使用不当时却可能成为吞噬生命的恶魔。 火灾发生时，由于常常产生浓烟甚至有毒气体，在短时间内即可导致人员窒息或中 毒死亡。我们不仅要学习安全用火的知识，更应该培养安全意识，还要定期进行消 防演练，当火灾真正发生时，才能做到临危不乱、正确处置和迅速逃生。 1. 以火的“功”与“过”为题进行辩论，与同学交流讨论对火的认识。 2. 搜集并分析典型的火灾案例，探究总结造成火灾的原因、灭火的方法以及火 灾现场人员自救的方法，反思减少人员伤亡和预防该类火灾发生的措施。 3. 向同学们介绍你知道的灭火器的灭火原理及使用方法。 二、促进燃烧的方法 你见过工人师傅进行金属切割或金属焊接时使用 的氧炔焰吗？那是乙炔（C H ）在氧气中燃烧产生的 2 2 火焰。通过调节乙炔和氧气进气阀门，可以改变两种 气体的比例，从而控制氧炔焰的温度。当氧气的用量 相对于乙炔不足时，乙炔不充分燃烧，生成炭黑（或 一氧化碳）和水；当氧气足量时，乙炔充分燃烧，生 成二氧化碳和水。 乙炔 氧气 124第一节 燃烧与灭火 活 动天 地 6-3 乙炔的不充分燃烧和充分燃烧 1. 将乙炔气体用玻璃管导出后在空气中点燃，观察并记录现象。 2. 将上述燃烧的乙炔放入盛有氧气的集气瓶中，观察并记录现象。 乙炔在空气中燃烧 乙炔在氧气中燃烧 温度达到着火点以后，乙炔分子与氧气分子接触 碰撞，就能燃烧。在一定的空间内，相互接触碰撞的 分子越多，燃烧就越剧烈。 乙炔充分燃烧的化学方程式为： 点燃 2C H ＋5O 4CO ＋2H O 2 2 2 2 2 活 动天 地 6-4 促进可燃物燃烧的方法 请解释下列现象，并据此归纳促进可燃物燃烧的方法。 1. 工厂烧锅炉用的煤通常要加工成粉末状。 2. 化油器将汽油喷成雾状，进入内燃机汽缸。 3. 用煤炭烧锅炉时，要用鼓风机不断往炉膛中吹入空气。 4. 家庭用的煤通常要加工成蜂窝煤。 5. 在空气中加热铁丝时，铁丝不会燃烧；如果在纯氧中加热铁丝，就会剧 烈燃烧，火星四射。 增大氧气的浓度或增大可燃物与氧气的接触面 积，都能促进可燃物燃烧。 125第六单元 燃烧与燃料 多识一点 一氧化碳中毒及其预防 常用燃料的主要组成元素是碳。在氧气供给充足时，燃料中的碳充分 燃烧，生成二氧化碳。若氧气供给不足，碳燃烧不充分，生成一氧化碳。 点燃 C＋O （充足） CO 2 2 点燃 2C＋O （不充足） 2CO 2 此外，在高温下，炽热的碳也可使二氧化碳转变成一氧化碳。 高温 C＋CO 2CO 2 在通风不良的室内使用煤炉时，因空气不足，会发生碳的不充分燃 烧，产生一氧化碳。另外，煤气泄漏或燃料气体的不充分燃烧等都会产生 一氧化碳。 一氧化碳是无色无味的气体，它的存在不容易被觉察。当一氧化碳随 呼吸进入人体血液后，便与血液中的血红蛋白结合，而血红蛋白本来应与 氧气结合，向人体组织和器官输送氧气。人体吸入一氧化碳后，血液就失 去了输氧能力，导致一氧化碳中毒。人吸入少量的一氧化碳就会头痛，吸 入较多量时，就可能导致死亡。 煤炉、煤气灶及燃气热水器等易产生一氧化碳气体，使用时一定要保 持良好的通风和有效的排气，确保安全。 三、爆炸是如何发生的 交 流 共 享 你见过爆炸的场面吗？在露天的空地上引燃少量火药粉末不会发生爆炸，爆竹里 只有少量火药，却为什么会爆炸？ 126第一节 燃烧与灭火 实验 探 究 6-1 氢气的燃烧和爆炸 将一个塑料瓶的瓶底剪下，在瓶塞处 插入一根带有止水夹的尖嘴玻璃管。用排水 法集满纯净的氢气后，将塑料瓶移出水面， 固定在铁架台上。打开止水夹，在尖嘴处点 燃氢气。观察现象。 思考：为什么刚开始时氢气能够在导 管的尖嘴处安静地燃烧，而片刻后却发生爆 炸了呢？ 上述实验中：当氢气刚开始燃烧时，只有少量 氢气在玻璃管口跟氧气接触发生反应，产生的热量 不多，很快就散失到空气中。随着燃烧的进行，空 气从瓶底涌入，在瓶子中与氢气相互混合后，大量 氢气分子和氧气分子同时接触，反应瞬间释放出大 量的热，使气体体积在有限的空间里急剧膨胀，就 发生了爆炸。 家庭使用的天然气、煤气或液化气等可燃性气体 一旦泄漏，且在通风不良的厨房等有限空间里遇到明 火，就有可能发生爆炸。在加油站、化工厂、煤矿的 矿井和面粉厂等场所，空气中会含有较多的可燃性气 体或粉尘，一定要严禁烟火，严格遵守安全规程，防 止发生火灾和爆炸事故。 当心火灾 当心爆炸 禁止放置易燃物 禁止烟火 禁止携带火种 与燃烧和爆炸有关的标识 127第六单元 燃烧与燃料 多识一点 可燃气体的爆炸极限 可燃气体与空气形成混合气体，遇明火发生爆炸的浓度范围（即可燃气 体占混合气体的体积分数范围），称为该可燃气体的爆炸极限。可燃气体的 浓度低到不能发生爆炸的限度，称为爆炸下限；可燃气体的浓度高到不能发 生爆炸的限度，称为爆炸上限。 燃气类别 爆炸极限（%） 燃气类别 爆炸极限（%） 氢气 4.0〜75.0 天然气（甲烷） 5.0〜15.0 一氧化碳 12.0〜75.0 丁烷 1.8〜8.5 硫化氢 4.3〜46 乙炔 2.5〜81.0 注：表中数据为通常状况（20℃、1.01×105Pa）下的测量值。 与燃烧一样，任何化学反应都需要在一定的条件 下才能发生。因此，通过控制反应条件可以促进或抑 制化学反应，使之满足人们的需要。 长 话 短 说 1. 通常所说的燃烧是指可燃物跟氧气发生的发光放热的剧烈氧化反应。 2. 增大氧气的浓度或增大可燃物与氧气的接触面积，能促进可燃物燃烧。 3. 可燃性气体或粉尘在空气中的含量达到爆炸极限时，遇到明火就会剧烈 燃烧，导致气体的体积在有限的空间里急剧膨胀，从而引起爆炸。 4. 控制燃烧条件可以到达防火、灭火和防止爆炸的目的。 挑 战 自 我 1. 分别点燃两根火柴，将其中一根火柴头竖直向上，另一根 火柴头略斜向下（如右图所示）。火柴在哪种情况下更容易持续燃 烧？为什么？ 128第一节 燃烧与灭火 2. 调查统计表明，很多火灾伤亡事故是由于缺乏自救常识造成的。下列自救措施 不正确的是（ ）。 A. 电线或电器起火时，要立即用水扑灭 B. 现场烟雾较浓时，可用湿毛巾捂住口鼻，并尽量贴近地面逃离 C. 如果无路可逃，可以选择相对安全的地方暂时避难、等待救援 D. 高层建筑物起火，不可乘电梯，应从安全通道撤离 3. 关于水的下列描述中，哪些可以成为将水作为常用灭火剂的理由？ （1）水是由氢元素和氧元素组成的； （2）水是组成生命体的重要成分； （3）水的价格低廉； （4）水不能燃烧，也不支持燃烧； （5）水的密度比空气大； （6）水蒸发时吸收大量的热； （7）水是大自然中随处可见的物质； （8）水是良好的溶剂。 4. 你有没有引燃蜂窝煤炉的经验？引燃蜂窝煤炉一 般要经过下列几个步骤： 首先，在炉膛中按自下而上的顺序把引火材料和蜂 窝煤放好。点燃最下面的引火材料。 蜂窝煤 然后，等到火烧起来以后，在炉子的上方加一个拔 火筒。 最后，待引火材料基本烧完，蜂窝煤微微烧红以 木块 后，取下拔火筒，把炉子的进风口关小一点。 说说看，上述过程应用了哪些关于燃烧的知识？ 129第六单元 燃烧与燃料 第二节 化石燃料的利用 说到燃料，大家不会陌生，柴草、煤炭、汽油、 柴油、煤油、天然气、液化石油气、管道煤气⋯⋯都 是我们熟悉的燃料，它们燃烧后都能够提供能量。其 中，煤、石油和天然气等是埋藏在地下的不可再生 的化石燃料。它们是由远古时代的生物体被埋入地下 后，经过亿万年的时间，在地球内部的热量和压力的 作用下缓慢形成的。 一、化石燃料的燃烧 煤、石油和天然气的主要成分都是碳氢化合物。 碳氢化合物是由碳元素和氢元素组成的高能量物质， 这类物质在空气（氧气）中燃烧时，碳原子和氢原子 分别与氧原子结合，生成CO 和H O，同时会以光和 2 2 热的形式释放出能量，因而是很好的能源。现在，世 界上多数国家利用的能量（如热能、电能等）主要来 自化石燃料的燃烧。例如在我国，很大一部分电能是 由煤燃烧产生的热能转化而来的。 锅炉 蒸汽 涡轮机 变压器 输电线路 燃料 水 冷凝器 发电机 吸水管 130第二节 化石燃料的利用 用来驱动汽车、飞机和轮船的燃料主要是从石油 中分离出来的汽油、航空煤油和柴油等。 石油气 20℃ 40℃ 汽油 70℃ 航空煤油 120℃ 柴油 200℃ 润滑油 热的原油 300℃ 重油 600℃ 沥青 煤、汽油、煤油、柴油和液化石油气等燃料中， 除了含有碳、氢元素外，还含有少量硫、氮等元素， 这些元素在燃烧时会转化为二氧化硫和氮的氧化物， 释放到大气中，造成环境污染。 不同的燃料，成分不尽相同，性质存在差异。没 有任何一种燃料是最理想的。煤炭价廉、易于储存和 运输，但难以点燃且燃烧时会产生大量二氧化硫和烟 尘；酒精容易点燃，燃烧时不会污染环境，但是价格 高且不易储存和运输⋯⋯在选择燃料时要综合考虑各 方面的因素。 131第六单元 燃烧与燃料 会产生多少烟 是否能稳定地燃烧 会剩下多少灰烬 是否容易获取 是否易于点燃 价格是多少 是否生成污染性气体 使用是否安全 能释放多少热量 是否易储存和运输 选择燃料时应考虑的因素 活 动天 地 6-5 选择合适的燃料 请根据下表提供的信息回答问题。 每产生1 000 kJ 点燃 燃烧时 使用的 主要运 燃料 热量的相对花费 的难易 干净与否 安全性 输方式 汽车、火车或 煤炭 1.0 难 脏 安全 轮船的货舱 泄漏会 天然气 3.5 易 干净 专用管道 导致爆炸 易燃 瓶装或桶装 燃料酒精 5.0 易 非常干净 可引发火灾 后汽车运输 木炭 2.0 难 比较干净 安全 袋装后汽车运输 1. 为什么烧烤食物时常用木炭，而不用表中的其他燃料？ 2. 选择满足下列用途的燃料，并说明理由。 （1）冬季住宅供暖； （2）城市居民做饭。 132第二节 化石燃料的利用 在线 测 试 从石油中得到的液化石油气的主要成分是丙烷（C H）、丁烷（C H ）、丙烯（C H） 3 8 4 10 3 6 和丁烯（C H）等。请写出液化石油气充分燃烧时有关反应的化学方程式。 4 8 二、化石燃料的综合利用 随着化学科学的发展，人们认识到化石燃料不 仅是优质的能量来源，还是宝贵的化工资源。化学家 和化学工程师们以石油为原料，开创了辉煌的石油化 学工业。他们改变石油中的分子，使大分子断裂为小 分子，再将小分子按需要组合成大分子，从而把石油 转化成塑料、合成橡胶、合成纤维、药物和染料等。 所以，人们把石油称为“工业的血液”。从眼镜、光 盘、足球，到染发剂、阿司匹林、人工心脏瓣膜⋯⋯ 我们的生活已经离不开石油化工产品了。 燃料 农药 合成药物 石 油 合成树脂 塑料 溶剂 润滑剂 洗涤剂 合成橡胶 合成纤维 部分石油化工产品的应用 133第六单元 燃烧与燃料 多识一点 分子聚合催化剂 最初，化学家以乙烯为原料制造聚乙烯需要很苛刻的条件，而且产品 的熔点较低，温度超过100℃就开始变软。1953年，德国化学家齐格勒和意 大利化学家纳塔发明了烯烃聚合催化剂，使小分子聚合成大分子可以在温 和的条件下进行。而且得到的新型聚合物更柔软、坚固，在100 ℃时也不 会变得太软，被广泛用于汽车、化工、包装、建筑、医疗、农业和食品等 领域。这种新型催化剂的发明为高分子化学开辟了广阔的研究领域，在分 子剪接方面发挥了巨大威力，使制造各种特殊性能的石油化工产品成为可 能。他们二人也因此分享了1963年的诺贝尔化学奖。 我国煤炭资源丰富，石油和天然气资源却相对 不足，煤炭保有储量超过1万亿吨，占我国化石能源 总储量的90%以上。煤炭在我国总能源消费中所占的 比重也很大，约70%左右，远超世界平均水平。在我 国，实现对煤的综合利用已是当务之急。当前，煤的 综合利用措施主要有煤的气化、焦化和液化，其产物 是化肥、农药、合成材料及冶金等领域的重要原料。 气 化 CO 使煤在氧气不足的 H 作燃料气和化工原料 2 情况下不充分燃烧 CH 等 4 焦 化 焦炭 用于金属冶炼、制造电极 煤 在隔绝空气的情况 煤焦油 作化工原料 下加强热使煤分解 焦炉气（CO、H 、CH 、CO 等） 2 4 2 液 化 汽油 在高温高压下，在 煤油 作液体燃料 催化剂等作用下使 柴油等 煤发生裂解并加氢 134第二节 化石燃料的利用 煤、石油和天然气等化石燃料是不可再生的宝贵 资源，在地球上的储量有限，而且消耗后易产生污染 性气体和烟尘。科学家们正在积极寻找其他可再生的 替代能源，尤其是污染性小的绿色能源，以保持人类 社会与自然的和谐发展。 长 话 短 说 1. 燃料的燃烧在人类的生产和生活中发挥着重要作用。燃料的充分燃烧对 于节约能源、减少环境污染非常重要。 2. 化石燃料是人类社会重要的自然资源，具有不可再生性，要合理开采、 综合利用；煤和石油经加工后的产品具有广泛的用途。 挑 战 自 我 1. 写一篇小论文：从资源保护的角度谈谈你对化石燃料综合利用的看法。 2. 对自己学校和家庭周围进行调查：有多少烟囱在向空气中排放烟尘；在炉渣中 能否找到未燃烧充分的黑色煤核？ 3. 分别写出氢气、乙醇燃烧的化学方程式。如果用氢气、乙醇作燃料，请你分析 各有何利弊？ 利用互联网、图书馆等途径了解我国煤炭综合利用情况。 信 息 冲 浪 135第六单元 燃烧与燃料 第三节 大自然中的二氧化碳 化石燃料作为一种优质能源，在人类社会的发 展过程中发挥了巨大作用。可以说，没有化石燃料， 就不可能有现代化的生产和生活。然而，近一百多年 来，人类对化石燃料持续进行的大规模开采和利用， 使其储量急剧减少，同时导致地球大气中二氧化碳含 量持续升高。如此一来，二氧化碳在大自然中的循环 还能够保持平衡吗？二氧化碳在大气中的含量升高会 对自然环境产生怎样的影响？ 一、 二氧化碳的循环 科学家在一个固定的位置设置了高精度的气体 分析仪器，对空气中二氧化碳的含量进行了连续测 量。下图描述的是1958—2011年间的测量结果。 红线：CO含量实际月均数值 2 黑线：经过季节周期校正后的CO含量月均数值 2 380 360 时间（年） 美国夏威夷冒纳罗亚山顶空气中二氧化碳含量随时间的变化曲线 136 ）6-01×（数分积体的中气空燥干在碳化氧二 340 320 1960 1970 1980 1990 2000 2010第三节 大自然中的二氧化碳 活 动天 地 6-6 寻找图像中的信息 1. 认真观察上页图中曲线的形状和走势，想一想： （1）图中红色曲线反映出的同一年度内空气中二氧化碳含量是如何变化的？ 是不是每一年都在重复同样的变化规律？原因是什么？ （2）在不同年度，空气中二氧化碳含量的变化呈现了怎样的趋势？ （3）你还能从这幅图中获得哪些信息？ 2. 观察下图，分析二氧化碳产生和消耗的途径，试讨论： （1）二氧化碳是怎样循环的？ （2）二氧化碳的循环对自然界和人类社会有什么意义？ （3）导致大气中二氧化碳含量逐年升高的可能原因是什么？（图中数字表示 通过不同途径产生或消耗碳量的相对值） 大气 植物释放 （呼吸作用） 植物吸收 （光合作用） 化石燃料 燃烧 北方 针叶林 森林火灾 森林砍伐 海水吸收 河流 土壤 海水释放 释放 表层海水 海洋 生物 深层海水 海底沉积物 自然界中二氧化碳的循环 137第六单元 燃烧与燃料 自然界中的二氧化碳处于不停的循环过程中。一 方面：绿色植物吸收大气中的二氧化碳，通过光合作 用产生碳水化合物；江河湖海的水体也会溶解二氧化 碳，并最终转变成碳酸盐。另一方面：生物的呼吸作 用、生物体被微生物分解、化石燃料燃烧、火山喷发 等过程，又能将二氧化碳重新释放到大气中。 二氧化碳对地球生命具有重要意义。如果没有 二氧化碳，光合作用就不会发生，绿色植物就不会存 在，人类和其他动物也就失去了生存的基础。 然而随着人类对化石燃料的大量开发利用，大 气中二氧化碳含量逐年升高，这会对自然环境产生什 么影响呢？科学家普遍认为：大气中二氧化碳含量升 高会导致全球气候变暖，从而使冰川融化、海平面上 升、生物圈受到影响。但也有一些科学家认为：目前 尚无确切证据说明二氧化碳含量升高与气候变化有直 接的关系。还有科学家认为地球演化进程中的另一个 “冰期”即将到来，二氧化碳含量升高导致的气候变 暖对延缓“冰期”到来具有积极的作用。 交 流 共 享 询问你的长辈，他们小时候冬天的平均气温比现在高还是低？这种气候变化在他 们看来是好事还是坏事？ 大气中二氧化碳含量持续升高是不是导致全球 变暖的重要因素？地球环境的温度上升究竟是利多 还是弊多？尽管这些问题在科学界尚存在争议，但 是全球变暖及其对自然环境带来的影响的确是人类 必须面对的挑战，也是我们每一个人都需要认真对 待的重要问题。 138第三节 大自然中的二氧化碳 多识一点 低碳生活 如果你乘飞机旅行2 000 km，那么就相当于你排放了280 kg的二氧化碳； 如果你用了100度电，那么就相当于你排放了100 kg二氧化碳；如果你自驾车 消耗了100 L汽油，那么就相当于你排放了270 kg二氧化碳⋯⋯面对全球变暖等 气候问题，人类意识到生产和消费过程中出现的过量碳排放，是导致气候变化 的重要因素之一。要减少碳排放，就要优化和约束某些消费和生产活动。 为了更好地保护地球，使人类免受全球气候变暖的威胁，一种新的生活方 式——“低碳生活”逐渐受到了人们的重视。低碳生活意味着在日常生活中尽 可能直接或间接减少化石能源消耗，从而降低二氧化碳排放量。例如：每节 约1度电，就可以减排1 kg二氧化碳；少用10双一次性筷子，减排0.2 kg二氧化 碳。身为“地球村”的一员，我们每个人都要为节能减排做出自己的贡献。 二、 二氧化碳的性质 二氧化碳是一种常见的气体，实验室里可以用 干冰不融化成液体，直 大理石或石灰石（主要成分都为CaCO ）和稀盐酸 3 接升华为二氧化碳气体，升 （HCl）反应来制取，反应的化学方程式为： 华时会吸收大量的热。所以 干冰是一种环保型制冷剂， CaCO + 2HCl CaCl + H O + CO ↑ 3 2 2 2 可用于人工降雨、食物储 运、制造舞台烟雾效果等。 在通常状况下，二氧化碳是一种无色、能溶于水 的气体，密度约为空气的1.5倍。二氧化碳气体在一 定压强和低温条件下能够变成白色块状或片状固体， 俗称“干冰”。 二氧化碳溶于水后，部分和水反应，生成了碳 酸。反应的化学方程式为： CO + H O H CO 2 2 2 3 碳酸的水溶液能使紫色石蕊试液变成红色。 二氧化碳还能与氢氧化钙〔Ca（OH）〕的水溶液 2 碳酸饮料中溶有较多二氧化碳 （俗称石灰水）反应，生成碳酸钙和水。反应的化学 方程式为： 139第六单元 燃烧与燃料 Ca（OH） + CO CaCO ↓+ H O 2 2 3 2 这一反应可用于检验二氧化碳的存在。 二氧化碳气体不能燃烧，也不支持燃烧，可用来 灭火，也可以用作科学实验和工业生产的保护气。二 氧化碳是植物光合作用的重要反应物，因此是农业生 产中最好的气体肥料。此外，还是工业上生产尿素、 甲醇、碳酸氢铵和小苏打（主要成分是NaHCO ）等 3 的重要原料。 交 流 共 享 二氧化碳不仅能与水反应生成碳酸，还能参与绿色植物的光合作用，合成葡萄 光合作用 糖：6CO + 6H O C H O + 6O 。同样是二氧化碳跟水的反应，产物却完全 2 2 6 12 6 2 不同，这是为什么呢？ 多识一点 溶洞的形成 石灰岩的主要成分是碳酸钙。碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时，会慢 慢变成可溶于水的碳酸氢钙〔Ca（HCO）〕： 3 2 CaCO + H O + CO Ca（HCO） 3 2 2 3 2 当受热或压强突然变小时，水中的碳酸氢 钙会分解，重新变成碳酸钙沉积下来： Ca（HCO） CaCO↓ + CO↑ + H O 3 2 3 2 2 在自然界里不断发生着上述反应，石灰岩 逐渐变成碳酸氢钙而溶解掉，形成溶洞；碳酸 氢钙不断分解，生成的碳酸钙逐渐沉积，形成 千姿百态的钟乳石、石笋和石柱。 思考：二氧化碳通入澄清石灰水，能看到澄 清石灰水变浑浊，但继续通入二氧化碳后，石灰水 又由浑浊变为澄清，这是为什么？ 140第三节 大自然中的二氧化碳 长 话 短 说 1. 碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分；人类社会大量燃烧 化石燃料，导致大气中二氧化碳含量逐年升高，可能会对环境和气候造成重大 影响。 2. 二氧化碳是一种无色、能溶于水的气体，密度比空气大；不能燃烧，也 不支持燃烧；能够与水、氢氧化钙等物质发生化学反应；是植物进行光合作用 不可缺少的物质。 挑 战 自 我 1. 大气中的二氧化碳有哪些来源？大自然通过哪些途径消耗二氧化碳？ 2. 有两个集气瓶，分别盛满了氧气和二氧化碳，用哪些方法可以区别这两种气 体？ 3. 用化学知识解释下列现象： （1）用石灰浆〔主要成分是Ca（OH）〕涂抹的墙壁，往往表面已干燥一段时间 2 之后，又会出现水珠。 （2）实验室中长期盛放石灰水的玻璃试剂瓶内壁上会附着一层白色固体物质， 用水难以去除，需用稀盐酸清洗。 141第六单元 燃烧与燃料 到实验室去 二氧化碳的实验室制取与性质 明确任务 1. 组装实验装置，制取并收集二氧化碳气体。 2. 通过实验进一步学习二氧化碳的性质。 做好准备 1. 你需要准备以下实验用品：锥形瓶、分液漏斗、双孔橡皮塞、玻璃导 管、胶皮管、集气瓶、塑料矿泉水瓶（550 mL 3个）、玻璃片，托盘天平、烧杯 （250 mL 2只， 500 mL 1只）、火柴；石灰石（或大理石）、稀盐酸、两支长短 不同的蜡烛、紫色石蕊试液、澄清石灰水、蒸馏水。 2. 你需要知道实验室制取和收集二氧化碳气体的方法。 动手实验 1. 制取与收集二氧化碳 （1）如图所示连接装置，检查装置的气密性； （2）往锥形瓶中装入石灰石（或大理石），向分液漏斗中加入稀盐酸； （3）分别收集1集气瓶和3塑料瓶（分别 标记为A、B、C）二氧化碳气体。 稀盐酸 2. 验证二氧化碳的性质 （1）二氧化碳的物理性质 ① 在托盘天平两边各放一只250 mL的烧 杯，调节天平平衡。然后向其中一只烧杯中慢 石灰石 慢倾倒集气瓶中的二氧化碳气体。（或自行设计 实验方案比较二氧化碳和空气的密度） 现 象 结 论 142到实验室去 ② 向盛有二氧化碳的塑料瓶A中加入适量的蒸馏水，迅速拧紧瓶盖，振荡， 观察现象。 现 象 结 论 （2）二氧化碳的化学性质 ① 向上述盛有二氧化碳水溶液的塑料瓶A中滴入1~2滴紫色石蕊试液，拧紧 瓶盖，振荡，观察现象。 现 象 结 论 ② 向盛有二氧化碳的塑料瓶B中倒入适量澄清石灰水，振荡，观察现象。 现 象 结 论 ③ 将准备好的两支蜡烛放入500 mL烧杯中，分别点燃。然后慢慢倒入塑料 瓶C中的二氧化碳气体，观察现象。 现 象 结 论 反思交流 1. 物质的性质决定其用途。结合本实验说明为什么二氧化碳气体是优良的灭 火剂？ 2. 通过比较、归纳实验室制取氧气和二氧化碳的两个实验，总结实验室制取 气体的一般思路和方法： 选择反应物应考虑的问题 选择气体发生装置的依据 选择气体收集装置的依据 检验和验满气体的依据 143第六单元 燃烧与燃料 到图书馆去 地球越来越热 问题越来越烫手 如果空气中没有二氧化碳，我们人类也无法生存，因为地球将变成一个平均温度只 有－19℃的冰冻荒原。那么，二氧化碳的“坏名声”从何而来呢？ 虽然地球大气的成分在过去的2亿年中并没有多大的变化，但是大气中的氮气、 氧气和二氧化碳等都在自然界中不停地循环，在大气中的含量并非固定不变。250年以 前，二氧化碳在大气中的体积分数为0.028%，现在这个数值接近0.04%。这两个数值看 起来差别不大，但 一些科学家预计： 二氧化碳含量每升 平 均 高一倍，地表温度 温 度 会升高1.2℃。他们 变 化 认为，正是二氧化 /℃ 碳含量的升高导致 了人们广泛关注的 年份 全球变暖。 地球平均温度变化情况 二氧化碳如何使地球变暖 太阳光的照射给我们的地球带来光和热，但是 部分热量 散失在宇 温室气体 并非所有到达地球的能量都会导致地表温度升高， 宙中 吸收热量 大约30%的能量会被大气和地表反射回太空。夜 太阳光 照射使 晚，地球表面则会由于放出红外（热）辐射而冷却 地球表 面温度 下来。这时，二氧化碳就开始发挥作用了。这是因 升高 为空气中的某些分子（如二氧化碳和水）能够吸收 地表发出的红外辐射，从而使气温升高。空气中这 样的分子越多，吸收并保持的热量就越多。 空气捕获地表散热而使气温升高的现象叫作 二氧化碳和水蒸气是主要的温室气体 144到图书馆去 “温室效应”。甲烷、氟氯烃虽然比二氧化碳的“吸热效率”更高，然而它们在空气中 的含量比二氧化碳低得多。 多余的二氧化碳从何而来，如何除去 在自然界的碳循环中，碳主要集中在煤炭、石油和天然气等化石燃料中。当化石燃 料燃烧时，碳以二氧化碳的形式释放到空气中。人类在上个世纪消耗的化石燃料比之前 整个人类历史上消耗的总和还要多。所以，二氧化碳在空气中的含量节节攀升，碳循环 中的重要一环——从空气中消除二氧化碳的自然过程，就显得力不从心了。 二氧化碳的消耗主要依靠绿色植物的光合作用（这也是碳集中在化石燃料中的原 因），如果这一过程受到限制或破坏，必然影响二氧化碳的循环。例如，由于持续过度 砍伐，有“地球之肺”美誉的亚马孙雨林在近几十年中面积缩减得很快。不仅如此，人 们还几乎烧光了土地上的所有植被，从而向空气中排放了更多的二氧化碳。 海水也可以吸收一部分二氧化碳。但是，二氧化碳在水中的溶解度会随着温度的升 高而降低。因此，随着地表温度的逐渐上升，海水吸收二氧化碳的能力也会越来越低。 溶解度 /（g/100g水） 温度/℃ 二氧化碳气体在水中的溶解度随温度的变化情况 应对全球变暖的国际协作 减缓大气中二氧化碳含量升高最重要的措施是减少化石燃料的消耗。1992年，世界 上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放的国际公约《联合国气候变化框架公约》 在巴西里约热内卢举行的国际会议上通过。这次会议的成果是发达国家自愿设立减少二 氧化碳排放量的目标，至2000年必须将其排放量控制在1990年的水平上。发展中国家则 被免除了执行这项承诺的义务。 为总结进展情况，后续会议于1997年在日本京都召开，会议通过了《京都议定 书》。我国于1998年签署并于2002年核准了该议定书。工业国家同意至2010年将二氧化 145第六单元 燃烧与燃料 碳年排放量在1990年的基础上再减少5.2%。不同 国家的减排目标也不同，例如欧盟削减8%、美国 7%、日本6%、加拿大6%。各国“减排”谈判异 常艰难，因为降低二氧化碳排放量意味着需要付 出巨大代价。遗憾的是，国际社会的良好意愿和 协作成果却因2001年美国的退出而遭到破坏，其 他发达国家也因此拒绝执行原定方案。2011年， 加拿大也宣布退出。 然而，仍有许多国家在坚定地执行“减排” 计划并积极行动起来。例如，包括我国在内的许 1997年在日本京都召开的 多国家对高耗油量的汽车额外征税（即所谓的 防止全球变暖国际会议 “碳税”），资助替代能源研究项目、建设风力发电站等。还有的国家立法规定：无论何 时砍伐了一棵树，必须再种植一棵作为补偿。 我们自己可以做些什么 如今，我们消耗的大部分电能都是由化石燃料燃烧转化而来的。因此，如果我们节 约用电，就可以减少化石燃料的消耗，因而也就减少了二氧化碳的排放。我们也可以少 用汽车，步行或骑自行车不但会让我们更健康，还可以节能和减少尾气排放。如果必须 乘车，使用公共交通工具是最值得提倡的。要想取得明显效果的话，需要更多的人开始 相信他们微小的贡献对世界有多大的帮助！ 思 考 1. 导致全球变暖的气体被称为“温室气体”。请列举3种温室气体并解释它们为 何会导致地球温度上升。 2. 请推测国家富裕程度与二氧化碳排放量之间的关系。 3.“人类如何应对和适应伴随全球变暖而来的挑战，尚存在争论。因此我们不 必为后辈过多担心，他们必须勇敢面对。我们最好把钱花在医疗卫生上。”针对此 观点，请列出一些支持和反对的论点。你持何种立场？ 146单元练习 单元练习 知识应用 1. 下列物质属于纯净物的是（ ）。 A. 煤 B. 石油 C. 干冰 D. 天然气 2. 下列叙述中不正确的是（ ）。 A. 燃烧不一定有火焰产生 B. 物质跟氧气的反应就是燃烧 C. 物质在有限的空间内燃烧，可能会引起爆炸 D. 物质燃烧的剧烈程度与氧气的浓度有关 3. 发生森林火灾时，消防员开辟防火隔离带的主要目的是（ ）。 A. 使可燃物温度降低到着火点以下 B. 隔离可燃物 C. 开辟道路以利于输水灭火 D. 隔绝空气 4. 人类从远古时代就懂得钻木取火。钻木之所以能取火，是因为： ① 钻凿处，木头温度升高。 ② 木头在空气中的温度达到着火点，发生燃烧。 ③ 钻凿木头时，克服摩擦力做的功可转化为热能。 这三句话按因果关系排列的顺序是________________________。 5. 长期存放石灰水的试剂瓶内壁有一层白色固体，请分析这层白色固体产生 的原因。用完石灰水后，怎样除去瓶壁上的白色固体？ 6. 近年来，一些城市用天然气代替汽油作车用燃料以改善环境，取得了显著 成效。在街上，你会发现有些公交车和出租车上印有“CNG”的标识，它们是以 天然气作为燃料的汽车。试回答： （1）天然气的主要成分是什么？写出该主要成分燃烧的化学方程式。 （2）在煤矿的矿井里有时会逸出该气体，若达到一定浓度，遇到明火就会 发生爆炸，这就是人们常说的瓦斯爆炸。为了防止瓦斯爆炸，你认为矿井里应采 取哪些安全措施？ 147第六单元 燃烧与燃料 7. 右图为实验室制取二氧化碳的实验装置图。请回答下列问题： （1）写出有标号仪器的名称： a. ， b. 。 a （2）实验室制取二氧化碳的化学方程式是： 。 （3）证明集气瓶中充满二氧化碳的方法是 b 。 8. 设计实验证明甲烷中含有氢元素和碳元素。 方法探究 9. 将足量的碳酸钙加入到盛有40 mL稀盐酸的烧杯中，立即将烧杯放在天平 上称量。在以后的8 min内，每一分钟读一次数。结果如下： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 质量/g 92.0 91.0 90.5 90.2 90.1 90.4 90.1 90.1 90.1 （1）为什么盛有反应物的烧杯质量在减少？ （2）在给出的坐标纸上，画出质量与时间的关系曲线。 （3）表中有一个结果是不合理的，该结果的测得时间是第 分钟。 质量/g 92.0 91.8 91.6 91.4 91.2 91.0 90.8 90.6 90.4 90.2 90.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 时间/min 148单元练习 反思交流 10. 如图所示，将一个用导热性能良好的粗金属丝 （如铜丝或铝丝）绕成的线圈罩在一支蜡烛的火焰上， 火焰很快就熄灭了。如果预先将金属丝圈加热，再罩到 蜡烛火焰上，蜡烛就可以照常燃烧。怎样解释这种现 象？在生活中你还遇到过哪些现象也是由类似的原因造 成的？ 11. 从以下三个题目中选择一个作为主题，开展探究性学习活动，并写出一 篇小论文： （1）火的“功”与“过”； （2）化石燃料的利用； （3）我眼中的温室效应。 149附录Ⅰ 坩 燃 烧 匙 150 反应容器 埚 烧 试 蒸 发 皿 用于溶液蒸发或浓 缩。加热后不能骤冷， 以防炸裂，也不能直接 放在实验台上。 锥 形 杯 瓶 附录Ⅰ 初中化学实验常用仪器 初中化学实验常用仪器 管 用作少量试剂的反 常用于灼烧固体。 应容器，在常温或加热 时使用。加热后不能骤 冷，以防炸裂。 用于盛放可燃性固 用作配制溶液和较大 用作较大量液体反应 体物质，做燃烧实验。 量液体反应的容器，在常温 的容器和气体发生装置。 或加热时使用。加热时应放 在常温或加热时使用。加 在石棉网上，使受热均匀。 热时需要垫上石棉网。 加热仪器 酒 酒 精 精 喷 灯 灯 用于加热，使用时应注意不能 火焰温度高于酒精灯，可达1 000 ℃ 向燃着的酒精灯里添加酒精，不能 左右，用于加热需较高温度才能发生 用嘴吹灭酒精灯火焰。 的化学反应。计量仪器 量 固定和支持的仪器 铁 试 试 坩 架 管 管 埚 台 夹 架 钳 分离物质的仪器 普 分 通 液 漏 漏 斗 斗 用于分离、过滤和导流液体。 151 附录Ⅰ 初中化学实验常用仪器 托 电 温 盘 子 度 天 秤 筒 计 平 用于称量物 用于称量物 用于量度液 用于测量物 质的质量。使用 质的质量。 体的体积，不能加 体的温度。 前应注意调节平 热，不能作反应的 衡。 容器。 用于固定和 用于夹持试管。 用于放置试管。 用于夹持较 支持各种仪器。 高温度的物品。存放物质的仪器 水 152 滴 槽 广 细 口 口 瓶 瓶 瓶 集 气 瓶 其他仪器 研 玻 璃 棒 胶 试 石 头 管 棉 滴 刷 网 管 药 钵 镊 匙 附录Ⅰ 初中化学实验常用仪器 用于存放固体试剂。 用于存放液体试剂。 用于存放液体试剂。 用于排水法收集气体。 用于收集或储存少量气体。 子 用于取用粉末状或 用于取用块 用于研磨硬度不 用于引流、搅拌 小颗粒的固体药品。 状药品。 太大的固体物质。 或转移液体。 用来刷洗试管或 用于间接加热，并 用于吸取和滴加 烧瓶等玻璃器皿。 使被加热器皿均匀受 少量液体。 热。附录Ⅱ 相对原子质量表 附录Ⅱ 相对原子质量表 元素 元素 元素 相对原子质量 相对原子质量 相对原子质量 符号 名称 符号 名称 符号 名称 Ac 锕 ［227］ Ge 锗 72.63（1） Pu 钚 ［244］ Ag 银 107.868 2（2） H 氢 ［1.00784；1.00811］ Ra 镭 ［226］ Al 铝 26.981 5386（8） He 氦 4.002 602（2） Rb 铷 85.467 8（3） Am 镅 ［243］ Hf 铪 178.49（2） Re 铼 186.207（1） Ar 氩 39.948（1） Hg 汞 200.59（2） Rf ［265］ As 砷 74.921 60（2） Ho 钬 164.930 32（2） Rg ［280］ At 砹 ［210］ Hs ［270］ Rh 铑 102.905 50（2） Au 金 196.966 569（4） I 碘 126.904 47（3） Rn 氡 ［222］ B 硼 ［10.806；10.821］ In 铟 114.818（3） Ru 钌 101.07（2） Ba 钡 137.327（7） Ir 铱 192.217（3） S 硫 ［32.059；32.076］ Be 铍 9.012 182（3） K 钾 39.098 3（1） Sb 锑 121.760（1） Bh ［272］ Kr 氪 83.798（2） Sc 钪 44.955 912（6） Bi 铋 208.980 40（1） La 镧 138.905 47（7） Se 硒 78.96（3） Bk 锫 ［247］ Li 锂 ［6.938；6.997］ Sg ［271］ Br 溴 79.904（1） Lu 镥 174.966 8（1） Si 硅 ［28.084；28.086］ C 碳 ［12.0096；12.0116］ Lr 铹 ［262］ Sm 钐 150.36（2） Ca 钙 40.078（4） Md 钔 ［258］ Sn 锡 118.710（7） Cd 镉 112.411（8） Mg 镁 24.305 0（6） Sr 锶 87.62（1） Ce 铈 140.116（1） Mn 锰 54.938 045（5） Ta 钽 180.947 88（2） Cf 锎 ［251］ Mo 钼 95.96（2） Tb 铽 158.925 35（2） Cl 氯 ［35.446；35.457］ Mt ［276］ Tc 锝 ［98］ Cm 锔 ［247］ N 氮 ［14.00643；14.00728］ Te 碲 127.60（3） Cn ［285］ Na 钠 22.989 769 28（2） Th 钍 232.038 06（2） Co 钴 58.933 195（5） Nb 铌 92.906 38（2） Ti 钛 47.867（1） Cr 铬 51.996 1（6） Nd 钕 144.242（3） Tl 铊 ［204.382；204.385］ Cs 铯 132.905 451 9（2） Ne 氖 20.179 7（6） Tm 铥 168.934 21（2） Cu 铜 63.546（3） Ni 镍 58.693 4（4） U 铀 238.028 91（3） Db ［268］ No 锘 ［259］ Uuh ［293］ Ds ［281］ Np 镎 ［237］ Uuo ［294］ Dy 镝 162.500（1） O 氧 ［15.99903；15.99977］ Uup ［288］ Er 铒 167.259（3） Os 锇 190.23（3） Uuq ［289］ Es 锿 ［252］ P 磷 30.973 762（2） Uut ［284］ Eu 铕 151.964（1） Pa 镤 231.035 88（2） V 钒 50.941 5（1） F 氟 18.998 403 2（5） Pb 铅 207.2（1） W 钨 183.84（1） Fe 铁 55.845（2） Pd 钯 106.42（1） Xe 氙 131.293（6） Fm 镄 ［257］ Pm 钷 ［145］ Y 钇 88.905 85（2） Fr 钫 ［223］ Po 钋 ［209］ Yb 镱 173.054（5） Ga 镓 69.723（1） Pr 镨 140.907 65（2） Zn 锌 65.38（2） Gd 钆 157.25（3） Pt 铂 195.084（9） Zr 锆 91.224（2） 注：① 此表按照元素符号的字母顺序排列；② 相对原子质量加方括号的为放射性元素的半衰期 最长的同位素的质量数；③ 相对原子质量末尾数的不确定度加注在其后的括号内；④［a；b］ 表示该元素的相对原子质量依据其同位素丰度变化而界于a和b之间；⑤ 数据来源：国际纯粹与 应用化学联合会（IUPAC）公布的“标准相对原子质量”（截至2009年）。 153附 录 Ⅲ 化学名词索引 附 录 Ⅲ 化学名词索引 （按照化学名词汉语拼音字母顺序排列） 纯净物（pure substance）P33 催化剂（catalyst）P86 单质（elementary substance）P60 分解反应（decomposition reaction）P37 分子（molecule）P28 分子式（molecular formula）P67 化合反应（combination reaction）P38 化合物（compound）P60 化学变化（chemical change）P5 化学方程式（chemical equation）P106 化学式（chemical formula）P66 化学式量（formula weight）P71 化学性质（chemical property）P39 混合物（mixture）P33 离子（ion）P56 燃烧（combustion）P123 物理变化（physical change）P5 物理性质（physical property）P39 相对分子质量（relative molar mass）P71 相对原子质量（relative atomic mass）P53 氧化反应（oxidation reaction）P89 氧化物（oxide）P89 元素（element）P60 元素符号（element symbol）P60 元素周期表（periodic table of elements）P62 原子（atom）P52 原子序数（atomic number）P63 质量守恒定律（law of conservation of mass）P104 154