最新鲁教54制8年级化学课本•全一册_26秋新教材初中课本合集，各科目同步电子版一站配齐_全部版本•初中化学电子课本_鲁教版•初中化学电子课本

定价：10.91元
义务教育教科书（五·四学制）   化学  八年级  全一册
价格批准编序号：鲁发改价格核（2025）502011
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致同学
从今天开始你就要学习化学了！化学学习过程是非常有趣而又颇具挑
战性的。在这里，你将领略色彩缤纷、流光绚烂的化学现象，形态各异、
精妙绝伦的化学结构，以及形式简洁却又意蕴丰富的化学符号；你将跨越
宏观世界的边界，迈入微观粒子的王国去认识物质及其变化，体验化学实
验探究的乐趣，感受化学科学思维的奇妙；你将认识到化学是推动人类可
持续发展的重要力量，养成科学态度与责任。
为了帮助大家学好化学，本书精心设计了多个栏目：“观察思考”“活
动探究”“交流共享”“课外探究”旨在创设学习情境、提供开展自主探
究和合作学习的机会，需要你围绕相关内容进行敏锐观察、深入思考和躬
身实践，并积极地与同伴们进行交流；“方法导引”
“长话短说”
“单元总结”
能够为你指引学习的思路与方法，帮助你对所学内容进行总结反思，发展
化学思维，建构化学观念；“练习与应用”“单元测评”针对每节和每单
元内容编制了不同层次的习题，可以锻炼你分析和解决问题的能力，并及
时诊断和评价你的学习效果；利用“多识一点”“科学史话”“科技创新”“化
学与社会”等拓展性栏目，实现历史与当代对话、科学与人文交互、传统
与创新融合；你可以更广泛地了解化学知识形成和发展的过程，认识科学
与技术、社会、环境的相互关系，感受我国科学家及其科技创新成果在中
华民族伟大复兴进程中发挥的重要作用。
追求真理的路途中既有成功与喜悦，也会有痛苦和挫折。只要有不畏
艰辛勇于登攀的勇气与毅力，并采取正确的方法学习化学，你一定会成为
一个化学高手。
目  录
1
第一单元  步入化学殿堂
第二单元  探秘水世界
目 录
第三单元  认识物质的构成
第一节  化学真奇妙  ………………………………… 2
第二节  体验化学探究 ……………………………… 11
第三节  到化学实验室去 …………………………… 17
第一节  原  子  …………………………………… 50
第二节  元  素  …………………………………… 60
第三节  物质组成的表示  ………………………… 65
第一节  运动的水分子  ……………………………… 30
第二节  自然界中的水  ……………………………… 34
第三节  水分子的变化  ……………………………… 40
跨学科实践活动1  自制简易净水器 ………………  45
第四单元  我们周围的空气
第一节  空气的组成 ……………………………… 76
第二节  氧气的性质 ……………………………… 84
第三节  氧气的实验室制取 ……………………… 89
跨学科实践活动2  基于特定需求设计和制作简易
                              供氧器 ……………………… 94
目  录
2
第五单元  定量研究化学反应
第七单元  燃烧及其控制
第六单元  碳和碳的化合物
第一节  化学反应中的质量守恒 ……………… 100
第二节  化学反应的表示 ……………………… 104
第三节  化学反应中的有关计算 ……………… 108
跨学科实践活动3  基于绿色化学探究实验室
                             制氧气的原理 …………… 111
第一节  燃烧的条件与灭火的原理  …………… 136
第二节  促进燃烧与防止爆炸  ………………… 142
第三节  碳达峰与碳中和  ……………………… 149
跨学科实践活动4  基于碳中和理念设计低碳行动
                             方案 …………………………  155
第一节  认识碳单质  …………………………… 116
第二节  探究二氧化碳的性质与制法  ………… 122
第三节  综合利用化石燃料  …………………… 127
学生实验1  化学实验基本技能训练 ………………………… 160
学生实验2  水的组成及变化的探究 ………………………… 162
学生实验3  氧气的实验室制取与性质 ……………………… 164
学生实验4  二氧化碳的实验室制取与性质 ………………… 166
学生实验5  燃烧条件的探究 ………………………………… 168
附录Ⅰ  初中化学实验常用仪器 ……………………………… 170
附录Ⅱ  相对原子质量表 ……………………………………… 173
附录Ⅲ  化学名词索引 ………………………………………… 174

1
化学，顾名思义，是关于物质变化的学问。化学变化是化学
研究的重要内容。
地球上，时刻不停地发生着化学变化。离开了化学变化，就
不会有生命的诞生、成长与代代相传、生生不息；离开了化学变
化，就不会有春华秋实的周而复始和沧海桑田的逐步变迁……
今天的世界，之所以充满了现代气息，极大程度上要归功于
化学科学的创造性贡献。
来吧，让我们从化学的视角，去探索司空见惯的现象背后那
些神奇的奥秘吧！
第一单元
步入化学殿堂
第一节  化学真奇妙
第二节  体验化学探究
第三节  到化学实验室去
第一单元  步入化学殿堂
2
你想过吗？汽车轮胎、众多药物、各种塑料，
甚至你的书包和篮球等都是以石油为原料并通过
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。
图1-1  以石油为原料生产的部分产品
一、化学改变了世界
化学就是这么神奇，它能把石油、空气、水
等极为普通的物质转化为功能各异的产品，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相互转化。人类利用化
学科学与技术在一个“纯天然”的地球上搭建了一
个五彩缤纷的人造世界。我们的衣、食、住、行都
离不开化学，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。
第一节  化学真奇妙
第一节化学真奇妙
3
图1-2  大多数服装面料中都含有化学合成纤维
图1-3  化学肥料和农药的使用提高了世界粮食
产量
图1-4  现代建筑和装饰材料很多来自化学工业
图1-5  制造现代交通工具的材料大多是用化学
方法生产的
教室中物体原料的来源
仔细观察教室中的各种物体，说一说哪些是由自然界中本来就有的物质制成的，
哪些是由化学方法创造的物质制成的。假设周围所有的化学制品在一瞬间全部消失，
我们的生活会变成什么样子？
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
革命时代到计算机和互联网技术飞速发展的信息时
代，化学科学都扮演着重要的角色。如今，化学科
学已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，如功能材料制造、新能
源开发、环境保护、生命过程研究、太空探索等。
1-1
观察思考
第一单元  步入化学殿堂
4
中华人民共和国成立以来，我国化学家勇于创
新、团结协作、攻坚克难，取得了令人瞩目的成就，
为推进科技创新和社会发展做出了重要贡献。例如，
1965 年，我国化学家成功合成了结晶牛胰岛素，首
次在世界上实现了蛋白质的人工合成；1969 年至
依靠化学，人类架起了从贫穷走向繁荣、从蒙昧
走向文明、从地球走向太空的桥梁。
图1-6  化学合成功能材料、化学燃料技术的
发展，成就了中国人的飞天梦想
图1-8  利用化学工艺制造芯片、光导纤维，研
发超级计算机，使人类进入快速发展的信息时代
图1-7  利用化学技术研制高性能电池、研发
新能源汽车，可减少化石燃料的消耗
图1-9  应对突发公共卫生事件时，利用化学
手段检测病情并研发新型药物，为生命保驾护航
第一节化学真奇妙
5
图1-11  屠呦呦研制新型抗疟药，于
2015 年获诺贝尔生理学或医学奖
图1-10  我国科学家成功合成结晶牛胰岛素
1973 年，屠呦呦率领团队运用化学方法研制的新型
抗疟药青蒿素和双氢青蒿素，挽救了全球特别是发
展中国家数百万人的生命。
现代化学作为一门中心的、实用的、创造性的
科学，正以崭新的观念和方式改变着世界，使人类
的生活更加健康、安全、幸福。
创造的化学
诺贝尔化学奖获得者伍德沃德
（R.B.
 Woodward，1917—1979）曾说过：
化学家在旧的自然界旁边又创造了一个
新的自然界。从“创造”的角度看，没有
任何学科能够与化学媲美。化学所关心
的不单单是自然界已有的物质，更是创
造自然界没有的物质，合成化学是化学
的中心。
已报道的人工合成的最大的无机纳米
团簇分子{
 Na48［HxMo368O1032（H2O）240（SO4）48］·1 000H2O}
 如图所示，其结构之精巧
令人惊叹！该类纳米团簇分子在工业催化剂领域有着广泛的应用前景。
多识一点
图1-12  已报道可合成的最大无机分子
第一单元  步入化学殿堂
6
生活经验告诉我们，上图所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。
怎样判断物质是否发生了化学变化呢？
图1-14  葡萄酿成酒
图1-15  铁生锈
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，再用滴管滴加几
滴酚酞试液。
实验现象
实验3. 将几颗锌粒放入试管中，再加入1 ～2 mL 稀盐酸。
实验现象
实验4. 向试管中加入1 ～2 mL 硫酸铜溶液，再用滴管滴加
几滴氢氧化钠溶液。
实验现象
观察化学变化的现象
图1-16  化学反应中
伴随发生的一些现象
①
②
③
④
二、物质的变化与性质
化学改变世界的途径是使物质发生化学变化。
那么，什么样的变化是化学变化呢？
1-2
观察思考
图1-13  光合作用
第一节化学真奇妙
7
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
来推断是否有新物质生成，进而判断是否发生了化
学变化。
物质发生化学变化时不但生成了新物质，还伴
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
通过化学反应（光合作用）将太阳能储存起来的。
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”每时每刻都在体内进行着化学
反应，为我们的生命活动提供能量。
化学实验中的观察
观察是研究和学习化学的重要方法。在化学实验中，应依据实验目的，积极调动
多种感官，有重点、有计划地进行观察。通常在实验前需观察反应物的颜色、状态，
实验装置的特点；在实验中需观察物质发生变化所需要的条件以及产生的各种现象，
如颜色发生变化、产生气体或沉淀；在实验后需观察生成的新物质的颜色、状态，等等。
要注意将观察与思考相结合，如果在实验中观察到了“异常现象”，应坚持实事求是
的态度，认真分析可能的原因，必要时可重复实验过程来进一步观察和分析。
方法导引
化学反应
储存
释放
电能
光能
热能
能量
能量
图1-17  化学反应中的能量转化
第一单元  步入化学殿堂
8
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，如镁条可以燃烧，氧气可以支持
燃烧，氢氧化钠能使酚酞试液变红，盐酸能与锌粒反
应等；而物质不需要发生化学变化就表现出来的
性质，称为该物质的物理性质，如物质的颜色、气味、
密度
①、熔点、沸点和导电性等。每一种物质都具有
特定的物理性质和化学性质，这与物质的组成和结构
密切相关。
三、物质构成的奥秘
从杯子中的水到遥远太空中的恒星，宇宙中的
一切物质都是由什么构成的？
人类经过长期的探索研究，认识到世界万物都
是由极其微小的粒子（分子、原子等）构成的。如
水是由水分子构成的，水分子很小很小，我们的肉眼
根本就无法看到，一滴水中大约聚集有10
21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了特定的空间形状。
化学上分别用符号H、O 和H2O 表示氢原子、
氧原子和水分子。
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H2 和O2 表示）。大量的氢分子聚集成氢气，
大量的氧分子聚集成氧气。
图1-18  水与水分子（H2O）
① 在物理学中，某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫作这种物质的密度。
第一节化学真奇妙
9
构成物质的分子、原子等微观粒子不同，物质表
现出的性质就不一样，如氢气、氧气和水。即便是由
相同的微观粒子构成，粒子的排列方式不同，物质表
现的性质也不同。如金刚石和石墨都是由碳原子构成
的，但它们的性质却差异巨大，金刚石是自然界中
硬度最大的物质，而石墨则很软、有滑腻感。金刚
石和石墨性质的差异是由碳原子之间形成的不同的
化学结构决定的。
图1-20  氧气与氧分子（O2）
图1-19  氢气与氢分子（H2）
物质内部原子、分
子的连接方式、空间排
布和顺序就是物质的化
学结构。洞悉化学结构
是研究物质化学性质的
重要基础。
图1-22  石墨及其结构模型
H H
O
O
石墨
图1-21  金刚石及其结构模型
金刚石
如今，科学家们不仅能够通过扫描隧道显微镜
（STM）观测到原子和分子，还能对原子、分子进
行移动、排列。化学就是在分子层次上研究物质的
组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，
它指导着我们更科学地认识、改造和应用物质。
第一单元  步入化学殿堂
10
图1-24  用STM 技术将101
个铁原子排列成最小的汉字
图1-23 
用STM 技术拍摄
的硅原子图像
图1-25 
用STM 技术将一
氧化碳分子排列成“分子小人”
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，人们实现了物质和能量的转化。
2. 世界上的物质都是由微观粒子（分子、原子等）构成的。这些微观粒子以不
同的方式结合，就形成了不同的化学结构。物质的结构决定物质的性质，物质的性
质包括物理性质和化学性质。
3. 化学是一门中心的、实用的、创造性的科学，它指导着我们更科学地认识、
改造和应用物质。
1. 化学变化和物理变化的主要区别是什么？如何判断物质是否发生了化学变化？请
区别以下各组变化中的化学变化和物理变化。
（1）铁生锈和铁水铸成铁锅 
            （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. 下列关于物质性质的描述中，属于物理性质的是
，属于化学性质的是
。
A. 纯净的水是无色无味的液体 
 
B. 天然气可以燃烧
C. 铜丝能够导电 
 
 
 
D. 氧气密度比空气大且不易溶于水
3.  通过本节的学习，你对化学有了哪些新的看法？你如何看待化学是一门创造性的
科学？请以“我心目中的化学”为题，写篇短文向大家介绍你所了解和认识的化学。
练习与应用
第二节体验化学探究
11
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。
第二节  体验化学探究
观察蜡烛燃烧并提出有探究价值的问题
提出一个问题，往往
比解决一个问题更重要，
因为解决一个问题也许仅
是一个数学上或实验上的
技能而已，而提出新的问
题、新的可能性，从新的
角度去看旧的问题，都需
要有创造性的想象力，
而且标志着科学的真正
进步。
——爱因斯坦
你也许认为自己对蜡烛燃烧现象再熟悉不过了，哪里
还有什么值得探究的问题。然而，19
世纪英国科学家法拉第（M.Faraday, 
1791—1867）在观察蜡烛燃烧后提出了
数十个需要探究的科学问题，并且这些
问题的解决带来诸多新的科学发现。现
在也请你尝试观察蜡烛燃烧现象，看看
你能提出哪些有探究价值的问题。
〔观察现象〕
1. 取一支蜡烛，点燃，仔细观察刚点燃时、燃烧过程中、
刚熄灭时、熄灭1 分钟后的现象。
图1-26  燃烧的蜡烛
1-3
观察思考
第一单元  步入化学殿堂
12
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，那么提出有探究价值的问题就不再是一
件难事。
未来具有挑战性的科学问题
人类对自然界未知领域的探索从未停止，提出和凝
练重大科学问题是科技创新的重要体现。2005 年，世界
著名的学术期刊《科学》杂志在其创刊125 周年之际，
曾提出125 个最具挑战性的科学问题，这些问题对科学
发展产生了积极影响。
2021 年4 月，上海交通大学携手《科学》杂志共同
发布了新一版的全世界最前沿的125 个重大科学问题。
这些问题涉及数学、化学、医学健康、生命科学、天文学、
物理学、信息科学、材料科学、神经科学、生态学、能
源科学和人工智能等多个领域。其中，化学领域最前沿的科学问题包括以下9 个方面。
1. 还有更多色彩元素可发现吗？
2. 元素周期表是否完整？
3. 如何在微观层面测量界面现象？
图1-27  《科学》杂志封面
科技创新
2. 取一根火柴梗，将其从垂直火焰方向迅速插入蜡烛火焰中部，约3 秒后取出，
观察火柴梗不同部位的烧灼情况。
3. 在蜡烛火焰上方罩上一个冷而干燥的烧杯，观察烧杯内壁上的现象；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. 
；
……
第二节体验化学探究
13
4. 能量存储的未来是怎样的？
5. 为什么生命需要手性？
6. 我们如何更好地管理世界上的塑料垃圾？
7. 人工智能会重新定义化学的未来吗？
8. 物质如何被编码而成为生命材料？
9. 是什么驱动生命系统的复制？
同学们，你们对这些科学问题感兴趣吗？期待在不久的将来，你们能够解答这些
问题，为推动科技进步、服务人类社会发展做出卓越贡献！
二、通过实验探究解决问题
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、调查等方法收集
证据，基于证据进行分析推理，形成结论，最后还
要对探究的过程及结论进行反思评价。
探究蜡烛燃烧的奥秘
〔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：
？
〔猜想与假设〕
小明的假设：在空气中点燃蜡烛时，固体石蜡要变成蒸气才能燃烧。
你的假设：
。
〔设计并实施实验方案〕
小明设计了下列实验方案来验证自己的假设：
1-1
活动探究
第一单元  步入化学殿堂
14
1. 从蜡烛上刮下一些固体石蜡，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玻璃管，将其一端插入燃着的蜡
烛烛芯附近，一段时间后用火柴在玻璃管另一端点燃。
请你按照小明设计的实验方案验证他的假设或自行设计
实验方案验证你的假设。
〔形成结论〕
小明获得的结论：石蜡是先熔化成液态再变成气态才燃烧的，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：
。
〔反思与交流〕
1. 对探究过程的反思 
小明的反思：在试图点燃液态石蜡时，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：将小块石蜡
放在蒸发皿中，加热至熔化后，尝试直接点燃石蜡油，获得了预期的效果。可见勤于思
考是保障探究成功的关键！
你的反思：
。
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总结
确定了科学探究的问题后，从设计实验方案到
实施实验需要“三思而后行”；探究实验完成后，
还应“行后而三思”。只有对探究活动的过程和结
果进行认真的反思总结，才能使我们不断进步。
图1-28  点燃短玻璃管
第二节体验化学探究
15
书写化学实验探究报告
化学科学的神奇之处在于它不仅能改造物质世
界，还能丰富我们的精神世界。通过实验探究学习
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，发展科学探究的态度。科学探究既
需要动手操作，更需要动脑思考，它是一个“动手”
与“动脑”紧密结合的实践活动。科学探究还是一
个合作与交流的过程，只有积极参与、充分表达交
流才能享受到科学探究的乐趣。
化学实验探究报告
姓名：
  合作者：
  班级：
日期：
   
实验名称：
实验目的：
  
实验过程和现象：
  
实验结论：
实验反思：
1. 对本次实验的反思：
2. 希望进一步探究的问题：
活动反思
反思是科学探究活动的重要环节。通常可以从以下方面开展反思：探究方法是否
科学、有效？探究步骤是否合理、有序？探究过程是否安全、环保？探究结论是否全
面、合理？有哪些问题需要进一步深入探究？还有哪些经验教训？在此基础上，才能
获得对探究问题的深刻理解，不断提升运用科学探究解决问题的能力。
方法导引
1-2
活动探究
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
行反思总结，完成实验探究报告，
并与他人进行交流。
请你参考右边的格式，将你在
“活动探究1-1”中的探究活动写
成一篇完整的化学实验探究报告。
学会交流
1. 善于倾听别人的意见；
2. 勇于表达自己的观点；
3. 寻找支持自己观点的证据。
第一单元  步入化学殿堂
16
1. 科学探究是学习化学重要而有效的途径，化学实验是进行科学探究的重要
方式。
2. 科学探究过程包括提出问题、形成假设、设计并实施实验或调查方案、获取
证据、分析解释数据、形成结论及建构模型、反思评价及表达交流等要素。
3. 科学探究是一个“动手”与“动脑”紧密结合的实践活动，是一个充满挑战
且奇妙无比的科学旅程。
1. 议一议：下列说法是否合理？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，应服从权威。
（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，应明确实验目的，设计好实验方案，做好实验准备。
2. 有人认为，科学探究应该“大胆猜想，小心求证”，你同意这种观点吗？阐述你
的理由。
3. 食盐是你每天都需要摄入的物质，你观察过食盐溶于水的过程吗？通过食盐溶于
水的实验你能提出多少问题？获得哪些发现？请你选择其中一个感兴趣的问题进行实验
探究，并写出化学实验探究报告。
长话短说 
练习与应用
第三节到化学实验室去
17
化学是一门以实验为基础的学科，在“做实验”
中“学化学”是化学学习的主要方法。化学实验室
是学习化学的重要场所，在这里你要利用各种仪器、
试剂，完成你精心设计的实验，为你的猜想收集证
据，在细致的观察中发现问题，动手、动脑探究化
学世界的奥秘。
一、认识化学实验室
化学实验室中有各种设备、仪器和试剂供我们
做实验，只有充分地认识并用好它们，才能顺利地
完成实验。
左图是某学校的化学实验室，它
与你们学校的化学实验室一样吗？走
进你的化学实验室，找一找：
1. 实验室中电源、灭火器在什么
位置？安全通道在哪里？
2. 排气扇、废液缸在什么位置？
它们有什么作用？
3. 化学实验仪器、试剂放在何处？
图1-29  化学实验室
第三节  到化学实验室去
1-4
观察思考
认识化学实验室
第一单元  步入化学殿堂
18
做实验时，你常常需要用到下列化学仪器。这
些仪器有什么特点和用途？在学习化学之初，你最
需要了解和认识它们。
图1-30  常用化学实验仪器
根据书后的附录Ⅰ，认识上述实验仪器的特点、用途和使用注意事项。
交流共享
滴瓶
酒精灯
铁架台
量筒
水槽                 集气瓶
烧杯
锥形瓶
试管夹
试管和试管架 
第三节到化学实验室去
19
二、遵守化学实验室安全规则
走进化学实验室，你会抑制不住内心的好奇，
想马上开始做实验。然而，如果不遵守实验室规则，
不按照实验要求进行操作，化学实验有可能会发生
意外事故。
有些化学品的试剂瓶上标有危险化学品标志，
说明这些化学品有一定的危险性，使用时要仔细阅
读使用说明，确保安全。
交流共享
如下所示是某学校制定的化学实验室安全规则。回想一下物理实验室和生物实
验室的安全规则，你认为在化学实验室中还应遵循哪些安全规则？
化学实验室安全规则
1. 了解实验室布局，熟悉实验室的安全防护设施及使用方法。
2. 不能将食品和饮料带进实验室，禁止在实验室内喧哗打闹。
3. 严禁擅自动手做实验，切勿随意乱动实验仪器和其他设备。
4. 实验过程中应遵循实验步骤，安全规范使用实验仪器。
5. 注意节约试剂，严格按照实验规定的用量取用试剂。
6. 保持实验室清洁，及时将实验产生的废物、废液等放入指定的
容器内。
7. 实验完毕后，清洗实验仪器并整理实验物品，关闭电源和水源。
8. 严禁将实验仪器和物品等带离实验室。
第一单元  步入化学殿堂
20
三、具备基本的化学实验技能
取用和称量化学试剂、对物质进行加热、连接
仪器和装置、洗涤仪器等，是开展化学实验探究活
动必须具备的基本实验技能。只有掌握了这些实验
基本功，才能安全、准确地进行各种化学实验，并
获得可靠的实验结果。
（一）化学试剂的取用
实验室中的化学试剂，很多是易燃、易爆、有
腐蚀性或有毒的，取用化学试剂一定要遵循取用规
则，并严格按照实验规定的用量取用。
发生意外怎么办
做实验的时候，万一发生意外，不要惊慌，应采取恰当的处理方法，并及时向老
师报告。
（1）烫伤：立即用冷水冲洗烫伤处，并涂上烫伤膏。
（2）酸、碱灼伤：应先用大量冷水冲洗灼伤处；若试剂溅入眼睛内，千万不要用
手揉眼睛。
（3）实验台上起了火：迅速移开可燃物，用湿布或沙子覆盖，或使用灭火器。
多识一点
图1-31  常见危险化学品标志
易于自燃的物质
爆炸性物质
毒性物质
腐蚀性物质
第三节到化学实验室去
21
固体、液体试剂的取用
观察实验室中固体试剂、液体试剂是如何存放的，思考下列问题：
1. 怎样把粉末状或块状固体试剂装入试管中？
2. 怎样把试剂瓶中的液体试剂加入试管中？
固体试剂通常保存在广口瓶中。取用粉末状固
体试剂使用药匙或纸槽，取用块状固体试剂通常使
用镊子。取用试剂时，先将试管平放，再将盛有粉
末状固体的药匙或夹持块状固体的镊子伸入试管中，
然后将试管慢慢地竖立，使固体试剂缓缓地滑落至
试管底部。用过的药匙或镊子要立即擦拭干净，以
备下次使用。
液体试剂通常保存在细口瓶里，取用时可以倾
倒或滴加。向试管中倾倒液体试剂时，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
向试管中滴加液体试剂时，胶头滴管应垂悬在试管
口上方，不要接触试管。取液后的胶头滴管，应保
持橡胶胶帽在上，不要平放或倒置。
取用试剂时要控制
用量。如果没有明确说
明用量，一般按照最少
量（1～2 mL）取用液体，
固体只需盖满试管底部
即可。如果要取用规定
数量的试剂，则需要使
用量筒或天平。
1-5
观察思考
图1-33  向试管里加入块状固体
图1-34  向试管中倾倒液体
图1-35  向试管中滴加液体
图1-32  向试管里加入粉末状固体
第一单元  步入化学殿堂
22
（二）物质的加热
有些化学反应需要在加热条件下进行，实验室
中最常用的加热仪器是酒精灯。使用酒精灯时，先
取下灯帽，用火柴点燃酒精灯，再用温度较高的外
焰给物质加热，使用完毕用灯帽盖灭酒精灯。
（1）为什么不能向竖立的试管中直接加入固体试剂？
（2）从试剂瓶中倾倒液体试剂时，为什么要倒放瓶塞、标签朝向手心？
（3）取液后的胶头滴管为什么不能平放或倒置？是否需要清洗？
交流共享
图1-36  酒精灯的使用
实验过程中酒精灯内的酒精量一般控制在酒精
灯容量的1/3 至2/3。切忌向燃着的酒精灯内添加酒
精，也不能用燃着的酒精灯去点燃另一个酒精灯，
更不能用嘴吹灭酒精灯。 
给试管里的液体加热
用酒精灯给试管里的液体加热的方法如右图所示。
思考：
1. 试管内液体的量是不是越多越好？
2. 开始加热时，如何预热试管？
3. 加热过程中试管口能否对着自己或他人？
图1-37  给试管里的液体加热
1-6
观察思考
外焰
内焰
焰心
第三节到化学实验室去
23
给试管里的液体加热时，试管外壁应保持干燥，
试管里的液体不要超过试管容积的1/3。将试管夹从
试管的底部套入，夹持在离试管口约1/3 处，使试管
略微倾斜。先将试管预热，加热过程中不断地上下
稍稍移动试管。加热时切不可将试管口对着自己或
他人，以免液体沸腾溅出伤人。不要触碰刚加热完
的试管，也不要立即用冷水冲洗试管。
给试管里的固体加热
给试管里的固体加热的实验装置如右图所示。
思考：
1. 应按怎样的顺序安装各种仪器？
2. 试管口为什么要略低于试管底？
3. 铁夹应夹持在试管的什么位置？
图1-38  给试管里的固体加热
给试管里的固体加热时，先放置好酒精灯，然
后根据酒精灯火焰的高度，将盛有固体试剂的试管
固定在铁架台上，试管口略向下倾斜，以免加热时
产生的液体倒流使试管底部炸裂。先移动酒精灯均匀
加热试管，然后将酒精灯固定在有试剂的部位加热。
（三）仪器的连接与洗涤
正确连接仪器装置是化学实验中的重要环节，
也是保证实验安全、成功的重要因素。实验结束时
及时清洗实验仪器，整理好实验用品，则是同学们
应该养成的良好实验习惯。
初中化学实验中常用的仪器连接是胶皮管、玻
璃管、橡皮塞等的连接操作。
1-7
观察思考
第一单元  步入化学殿堂
24
1. 将玻璃管插入胶皮管时，先将玻璃管一端用水润湿，然后一手持玻璃管，一手持
胶皮管，稍稍用力转动插入。
2. 用带玻璃管的橡皮塞塞住试管时，一手持试管，一手持橡皮塞，稍稍用力转动塞
入试管中。
思考：
1. 连接玻璃管和胶皮管时，为什么要先用水将玻璃管口润湿？
2. 将带玻璃管的橡皮塞塞住试管时，为什么要手握橡皮塞转动塞入？
每次实验结束后要将仪器洗涤干净。以试管的
洗涤为例，先将试管中的废液倒入废液缸中，再注
入适量的水，振荡后把水倒掉，如此反复几次。如
果试管内壁附有不易冲洗掉的物质，要用试管刷刷
洗。刷洗时将试管刷轻轻转动或上下移动进行刷洗，
注意用力不要过猛，以防损坏试管。
玻璃仪器洗涤干净的标准是：在仪器内壁水既
不聚成水滴，也不成股流下。
1-8
观察思考
图1-40  用橡皮塞塞住试管口
图1-39  在玻璃管上套上胶皮管
图1-41  试管的洗涤
第三节到化学实验室去
25
1. 化学实验室是进行化学实验的重要场所，要严格遵守实验室安全规则。
2. 规范的实验操作是实验成功的重要保证，掌握基本的化学实验技能，可确保
实验的正确、安全、可靠。
1. 开展化学实验首先要认识并掌握实验室常用仪器的用途，请选择合适的仪器回答
下列问题（填写仪器名称）：
长话短说 
练习与应用
（1）可用作反应容器且可直接加热的是
；
（2）用于给物质加热的仪器是
；
（3）取用粉末状固体试剂时用到的仪器是
；
（4）实验时取30 mL 的水需要的仪器是
和
；
（5）具有固定和支持作用的仪器是
。
2. 如图所示，下列实验操作中，正确的是（　　）。
3. 进行化学实验时安全要放在首位。下列做法符合安全要求的是（　　）。
A. 向燃着的酒精灯内添加酒精
B. 将实验后剩余的试剂放入指定容器内
C. 给试管中的液体加热时试管口对着他人
D. 将废液直接倒入水槽并冲进下水道
A. 加热液体　　　　　B. 取用固体试剂　　　　C. 倾倒液体试剂　　D. 滴加液体
第一单元  步入化学殿堂
26
通过本单元的学习，你对化学科学有了哪些认识？从它的研究价值、研究对象、
研究方法等方面，参考下图线索，梳理总结本单元的学习内容和学习感悟。
单元总结
单元测评
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. 化学变化的过程伴随着能量变化 
C. 科学探究是一个“动手”与“动脑”紧密结合的实践活动
D. 化学科学和技术的快速发展必然会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. 葡萄酿酒　　　D. 水结成冰 
认
识
化
学
科
学
化学科学
研究的价值
创造新物质
改善人类生活
实现物质
和能量的转化
化学变化
物理变化
化学性质
物理性质
化学科学
研究的对象
化学科学
研究的方法
科学探究
物质变化与性质
物质组成与结构
实验探究过程
实验基本技能
单元测评
27
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，某些不同类的原子可以相互
结合构成分子，某些同种原子也可以自相结合构成分子。 
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〕小明将一支燃烧的蜡烛轻轻吹灭后，发现烛芯处产生一缕白烟。 
〔提出问题〕小明思考：这缕白烟的成分是什么呢？ 
〔形成假设〕大家展开了热烈讨论。小亮假设白烟是石蜡燃烧产生的二氧化碳；小光
假设白烟是石蜡燃烧产生的水蒸气；小明假设白烟是石蜡蒸气凝结成的石蜡固体颗粒。
〔设计并实施实验方案〕
（1）查阅资料：烟是由固体颗粒形成的，雾是由小液滴形成的。石蜡很容易熔化并
汽化。二氧化碳是无色且能使澄清石灰水变浑浊的气体，没有可燃性。 
3. 下列行为中，不符合实验室操作规范的是（　　）。 
A. 酒精灯被碰翻着火时，立即用湿抹布盖灭 
B. 给试管中的固体加热，试管口要略低于试管底 
C. 取液后的胶头滴管不可平放或倒置 
D. 为提高实验操作效率，直接用手抓取没有毒性的药品 
4. 下面是有关酒精的性质和用途的介绍，阅读后回答问题：
酒精是一种无色透明、具有特殊气味的液体，易挥发，能与水以任意比例互溶。
酒精易燃烧，常被用作酒精灯和内燃机中的燃料，是一种绿色能源。
（1）酒精的物理性质：
。
（2）酒精的化学性质：
。
（3）酒精的用途：
。
（4）酒精在燃烧过程中发生的能量转化主要是
。
5. 用图示中的“关键词”填空： 
水分子（H2O）
氧分子（O2）
氢分子（H2）
氧原子
氢原子
第一单元  步入化学殿堂
28
（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，观察到烧杯壁变得
模糊。小亮由此得出结论：白烟中可能含有二氧化碳。
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
的假设提供了证据，同时可以排除
的假设。 
〔形成结论〕 
（1）由以上探究结果可知：
的假设是正确的。 
（2）小亮在实验时确实看到澄清石灰水变浑浊，但他获得的结论不正确，原因可能
是
。 
〔反思评价与表达交流〕
小光同学的反思：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。
所以不应该假设白烟是水蒸气。 
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 
。           
8. 通过本单元的学习，你对化学有了哪些认识？请将你的认识与体验汇集于一张化学
海报，向同学们展示并阐述海报的设计意图。 

29
浩瀚的海洋、奔腾的江河、皑皑的白雪、变幻的云朵等组成了一个多姿多
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。上善若水，水利万物……
你在赞美水的时候，是否想到水的神奇是源自构成它的那些水分子呢？水
分子具有哪些特性？它是如何变化的？
来水世界探秘吧，看一看小小的水分子能带给你多少惊喜！
第二单元
探秘水世界
第一节  运动的水分子
第二节  自然界中的水
第三节  水分子的变化
跨学科实践活动1 自制简易净水器
第二单元  探秘水世界
30
封闭在注射器中的水
 表示水分子
水是由水分子构成的。水分子很小，只一滴水，
就含有约10
21 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。
如果把封闭在注射器中的少量水煮沸，使液态
的水变为水蒸气，体积会明显增大。设想一下，在
这个过程中，水分子会发生怎样的变化？
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注射器的另一端去了？
在固态的水中，水分子紧密有序排列，只能在
固定的位置上振动。在液态的水中，水分子间隔较小，
可在一定程度上自由运动。在气态的水中，水分子
间隔较大，可以完全自由运动。一定量的水，当它
第一节  运动的水分子
第一节运动的水分子
31
由固态变为液态，再由液态变为气态时，
水分子的数目和大小不会变化，变化的只
是水分子之间的间隔和排列方式。这样的
变化属于物理变化。
雨后初晴的夏日，湿漉漉的柏油路面
一会儿就干燥了，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，水变成水蒸气逸
散到空气中去了。
烧开水之后，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的
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，聚集在一起，水蒸气凝结成水滴。
图2-1 太阳为水分子提供能量
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？请你通过文字、图画或角色扮演等形式把你的理解演绎出来，并与同学们进行 
交流。
图2-2 水蒸气凝结成水滴示意图
二、分子
许多物质像水一样，是由分子构成的，如氢气（H2）、
氧气（O2）、二氧化碳（CO2）等。分子是构成物质的
一种微观粒子，它们都是由原子构成的。
2-1
活动探究
第二单元  探秘水世界
32
分子的特征
请按下列步骤进行实验，观察实验现象，并对现象予以解释。
1. 取一支20 mL 的大试管，先加入10 mL 蒸馏水，再加入10 mL
酒精，然后用带玻璃导管的橡皮塞塞住试管口，竖直静置后标记进
入导管的液面高度。用手指堵住导管口，上下颠倒试管几次，再次
竖直静置，观察导管内液面的变化。
现象
解释
2. 取两个相同容量的小烧杯，一个烧杯中加入半杯热水，另一个烧杯中加入半杯冷水，
然后分别加入少量品红溶液，观察现象。
现象
解释
讨论：你还能想到哪些可从分子角度解释的生活现象？
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特征，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。
水分子存在的佐证
1827 年，植物学家布朗（R. Brown, 1773—1858）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。难道花粉是会动的生命体？于是
布朗用干花粉重复了上述实验，但结果都一样。
2-2
活动探究
多识一点
玻璃导管
橡皮塞
20 mL
试管
图2-3 分子间隔实验
第一节运动的水分子
33
1. 分子是构成物质的一种微观粒子，它们都是由原子构成的。分子的体积和
质量都很小。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. 水的三态变化是水分子自身的能量、运动速率、水分子之间的间隔和排列方式
改变的结果。
长话短说 
1. 你同意对下列现象作出的微观解释吗？
（1）水在液态和气态时易于流动，是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，是因为乙醇（俗称酒精）
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
现
象
蔗糖晶体放置在空气中不
会“消失”，而放入水中
会很快“消失”
红墨水加入水
中后，整杯液
体变为红色
结成冰的水
不能流动
50 mL 水和50 mL 酒精
混合后的总体积小于
100 mL
解
释
空气中的气体分子与蔗糖
分子之间的相互作用较
弱，而水分子与蔗糖分子
之间的相互作用更强
分子总是在不
断运动
温度降到零
摄氏度以下
后，水分子
不再运动
分子之间存在间隔
练习与应用
布朗的发现引发了诸多人的思考，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，都处在无数个水分子的包围之中，而且在某一个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。
第二单元  探秘水世界
34
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
下雨了，掬一把雨水，想一想这些水分子是从
哪里来的。当然，现在它们来自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？
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？
认识水的天然循环
海水蒸发
水蒸气冷凝
降水
转移
冰雪升华
蒸腾
地表径流
蒸发
地表径流
土壤入渗
地下渗漏
植物吸收
地下水流
融雪径流
降雨或降雪
转移
水蒸气冷凝
冰雪沉积
图2-4 水的天然循环示意图
第二节  自然界中的水
2-1
观察思考
第二节自然界中的水
35
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
系最为密切的淡水约占地球总水量的2.5%，可供人
类直接利用的江河水、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%。
海洋和咸水湖
中的水97.5%
冰和雪68.7%
浅层地下水11.8%
深层地下水18.3%
河流、湖泊等1.2%
图2-5 地球上的淡水资源
淡水2.5%
第二单元  探秘水世界
36
城市自来水生产过程
城市生活用水是经过自来水厂净化处理的。观察图2-6，说一说自来水厂是经过
哪些步骤将天然水净化为生活用水的。
自来水厂通常对天然水进行沉降、过滤、灭菌
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。
清水池
储水池
过滤池
沉淀池
消毒剂
加絮凝剂
用户
天然水
图2-6 某地区自来水厂生产过程示意图
水的天然循环给我们带来了淡水。但是，天然
淡水中往往含有泥沙、可溶性的矿物质和细菌等，
为满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。
2-2
观察思考
第二节自然界中的水
37
过滤天然水
取一大杯较浑浊的天然水（河水、湖水、井水等），完成下列实验活动。
1. 沉降
在烧杯A 和烧杯B 中分别加入约100 mL 天然水。将烧杯A 放在实验桌上静置一
段时间；同时在烧杯B 中加入明矾
①粉末，用玻璃棒充分搅拌后再静置一段时间。观察
两个烧杯中发生的变化。
2. 过滤
取一张圆形滤纸，如图2-7所示折好并放入漏斗，制作出一个过滤器。按照图2-8所示，
安装好过滤器，完成对上述烧杯A 中上层液体的过滤。
想一想：过滤操作中应注意哪些关键操作事项？
  ① 明矾是一种净水剂，溶于水后可加速水中悬浮杂质的沉降，从而起到一定的净水作用。
在安装过滤器时，滤纸与
漏斗内壁要紧贴，滤纸边缘要
低于漏斗边缘。过滤时，玻璃
棒的末端要斜靠在三层滤纸的
一边，液体应沿玻璃棒注入漏
斗中，漏斗中液体的液面要低
于滤纸的边缘，漏斗末端应紧
靠烧杯内壁。
过滤是将不溶于液体的固体物质与液体分
离的一种方法。过滤器就像一个小筛子，水分子
等体积较小的粒子能通过滤纸中的细小空隙，
而泥沙等较大的颗粒则留在滤纸上。利用过滤
方法可将不溶于水的固体与水分离开来。
沉降、过滤后的天然水中还会溶有一些
有颜色或气味的杂质，这时可以用活性炭等
物质进行吸附净化。
图2-7 过滤器的制作
图2-8 过滤天然水
2-3
活动探究
活性炭是具有疏松结构
的粉末或颗粒，具有较强的
吸附性，可使某些有色液体
脱色、吸收各种气体或有异
味的物质。
①
③
②
④
第二单元  探秘水世界
38
给水加热使之变为水蒸气，再将水蒸气冷凝得
到液态水的过程叫作水的蒸馏。蒸馏得到的水称为
蒸馏水。蒸馏水可认为是纯净物。而天然水是由两
种或两种以上物质组成的，属于混合物。
水的蒸馏
1. 在上述得到的滤液中加入一包活性炭，充分搅拌后静置一段时间，观察烧杯中液
体颜色的变化。
2. 将吸附净化后的滤液加热煮沸，使水蒸气冷凝在烧杯上部的表面皿上。取所得冷
凝水，滴在玻璃片上，在酒精灯上慢慢加热至水分消失。观察玻璃片上发生的现象。
图2-9 水的蒸馏
1. 水通过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的意义。
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. 沉降、过滤、吸附、蒸馏等是常用的分离混合物的方法。
长话短说 
2-4
活动探究
第二节自然界中的水
39
1. 下列说法错误的是（  ）。
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、海水都是溶有某些物质的混合物
D. 过滤不能除去天然水中溶解的矿物质
2. 过滤是混合物分离的一种常用方法。下列关于过滤操作的说法不正确的是（  ）。
A. 过滤时液面要低于滤纸边缘
B. 过滤后得到的滤液一定是纯净物
C. 过滤是实现固液分离的方法之一
D. 玻璃棒在过滤操作中起引流的作用
3. 化学源于生活，应用于生活。根据生活经验判断下列说法错误的是（  ）。
A. 工地上用筛子筛沙子是利用了过滤的原理
B. 烧水过程中壶盖上凝聚的水珠是蒸馏水
C. 自来水煮沸后饮用可以消毒杀菌
D. 沙尘天气戴口罩是利用了吸附的原理
练习与应用
了解国家节水标志
每年的3 月22 日为“世界水日”，旨在唤起公众的节水意识，
加强水资源保护。右图是我国的“国家节水标志”，查阅并收集
相关资料，谈一谈你对该标志的理解及在日常生活中可通过哪些
行为节约用水。撰写小短文或制作展板，在班级内进行交流宣传。图2-10 国家节水标志
课外探究
第二单元  探秘水世界
40
水的三态变化改变的是水分子之间的间隔和排
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
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下降较少
的玻璃管尖嘴处，慢慢打开活塞，观察现象。
现象
讨论：水通直流电后得到的两种气体可能
是什么气体？
图2-11 电解水实验装置
第三节  水分子的变化
2-5
活动探究
直流电源
H2O
+
?
?
电极
第三节水分子的变化
41
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（O2），能被点燃的气体是氢气（H2）。
水通电生成两种物质——氢气和氧气。这一反应
可表示为：
水  通电
  氢气   ＋   氧气
              H2O 
        H2    
  O2
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。
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？
水分子
氢分子
氧分子
＋
图2-12 水通电生成氢气和氧气的微观示意图
第二单元  探秘水世界
42
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：
氢气  ＋  氧气  点燃
  水
                H2            O2                H2O
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。
图2-13 氢气在空气中燃烧
2-6
活动探究
氢气在空气中燃烧
如图所示，在空气中点燃纯净的氢气（在点燃氢气前，
一定要检验其纯度），并在火焰上方罩一只冷而干燥的烧杯，
观察现象，然后用手轻轻触摸烧杯。
现象
水分子
氢分子
氧分子
＋
图2-14 氢气和氧气反应生成水的微观示意图
第三节水分子的变化
43
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。
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？
交流共享
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。
长话短说 
春风化雨的化学意蕴
通过互联网搜索，你会发现“化”的甲骨文为“
”，形似背靠背颠倒而立的两
个人，是一个会意字，会颠倒变化之意。“化学”中“化”的含义是否与此相近？成语“春
风化雨”之“化”指的是化学变化吗？试分析在我国北方一年四季中，水天然循环的
相对快慢，并推测春天的降雨量与其他季节相比是大还是小。
春风可“化”春雨，那么夏风、秋风、冬风亦可“化”夏雨、秋雨、冬雨，为什
么唯有“春风化雨”被用来比喻良好的熏陶或教育？
图2-15  “化”的字形演变过程
甲骨文
金文
小篆
楷书
课外探究
第二单元  探秘水世界
44
1. 从分子的角度分析，下列解释错误的是（  ）。
A. 墙内开花墙外香——分子在不断运动
B. 热胀冷缩——分子大小随温度的变化而改变
C. 水变成水蒸气——分子运动加快且间隔变大
D. 氢气和液氢均可燃烧——同种分子化学性质相同
2. 关于电解水实验，下列结论不正确的是（  ）。
A. 通过检验生成物是氢气和氧气，说明水是由氢气和氧气组成的
B. 水电解器玻璃管上方体积较少的气体是氧气
C. 该反应属于分解反应
D. 该实验说明在化学变化中，分子发生改变，原子不改变
3. 下图是某化学反应的微观示意图，你能从图中获得哪些信息？
练习与应用
（
 表示一种原子；
 表示另一种原子）
反应前
反应后
跨学科实践活动1
45
跨学科实践活动1
1. 设计简易净水器的装置模型，加深对净化天然水原理和方法的理解；
2. 体验综合运用化学、技术、工程知识制作简易净水器的思路与方法；
3. 感受小组合作、协同创新制作简易净水器的乐趣。
安全的饮用水是保障人体健康的重要基础。随着人们对
饮用水水质要求的不断提高，一些居民社区、学校、火车站
都安装了直饮水净水装置。这些净水器的工作原理和自来水
的生产原理几乎是一样的。你能否利用生活中常见的材料，
设计和制作一个简易的净水器呢？
 活动过程
活动1：明确任务
本次活动的任务是设计和制作一个简易净水器。该净水器应满足以下基本要求：
1. 能净化河水、泥水等，净化后的水应澄清、透明、无色、无异味。
2. 体积大小适宜，并可调节进水和出水的流量和流速。
活动2：设计模型
在制作产品之前，首先要明确产品的工作原理，确定产品由哪几部分构成，每个部
分的作用是什么，然后绘制工作原理图，并据此设计产品模型。
1. 绘制简易净水器的工作原理图。类比工业生产自来水的原理和流程，绘制简易净
水器的工作原理图。也可以进一步查阅资料，了解市面上常见净水器的工作原理，并将
其与自己设计的原理图进行对比分析，提出优化的思路。
  自制简易净水器  
活动目标
图2-16 社区智能直饮水站
第二单元  探秘水世界
46
2. 设计简易净水器的装置模型图。选择
合适的净水材料是制作净水器的关键。以生
活中常见的材料为主，依据所绘制的简易净
水器的工作原理图，设计一个简易净水器的
装置模型图。
3. 优化并改进简易净水器的装置模型图。
小组展示各自设计的简易净水器的装置模型图，交流设计理念，并对模型图进行评价，
提出具体改进建议。根据建议进一步优化装置模型图。
活动3：制作产品
1. 根据改进后简易净水器的装置模型图，准备相关材料，小组合作或独立完成简易
净水器的制作。
2. 进行净化操作，观察和评价制作的简易净水器的净水效果。
3. 根据净水效果，讨论需要对制作的简易净水器进行哪些改进，提出优化改进方案，
重新制作简易净水器，并再次进行净水操作，观察净水的效果。
 反思交流
1. 请从创新性、实用性和美观性等方面反思和评价制作的简易净水器。
2. 就本次跨学科实践活动撰写活动报告，展示活动过程和实践成果，并分享在本次
活动中的收获和感受。
3. 新版《生活饮用水卫生标准》已于2023 年4 月1 日正式实施。这是我国开展饮用
水水质监测管理的依据，对保障饮用水水质安全具有重要意义。请查阅该标准，看看生
活饮用水需要满足哪些标准。
设计简易净水器需考虑以下问题：
如何控制进出水的流速？如何保证净水
装置的稳定性？如何保证净水装置中各
部分尺寸大小的匹配性？如何收集和储
存净化后的水？
单元总结
47
在本单元的学习中，我们追随小小的水分子，游历了水的三态变化，体验了天然水
的净化过程，见证了水的分解与合成。你能否用分子的观点解释物理变化与化学变化的
本质区别？请在关联图的空白处，用喜欢的方式呈现你的观点。
在日常生活和科学研究中，人们可以通过物理变化或化学变化，认识物质、分离物质，
从而更好地应用物质。请以净化天然水为例，总结分离混合物的常用方法，体会化学知
识和方法在社会生活中的作用。
单元总结
水的分解与合成
水的三态变化
认识水的天然循环
探究水的组成
获得纯净物
天然水的净化
微观本质
微观本质
净化方法
探秘水世界
1. 下列有关电解水实验的说法正确的是（  ）。
A. 正极产生的气体具有可燃性
B. 水电解生成氢气和氧气，说明水中含有氢分子和氧分子
C. 在水电解的反应中，氢原子和氧原子都没有发生变化
D. 水的蒸发和水的电解都能产生气体，它们都是化学变化
单元测评
通过物理变化
认识物质
通过化学变化
认识物质
运用科学方法
分离物质
第二单元  探秘水世界
48
4. 目前许多公共场所都安装了直饮水机，只要将它与自来水连接，便可以除去水中
的部分杂质得到直饮水。某直饮水机的工作原理如图所示，下列说法正确的是（　　）。
A. 活性炭的作用是吸附 
 
 
B. 滤膜可除去水中的可溶性杂质 
C. 紫外光照射的作用是加热 
 
D. 得到的直饮水是纯净物
5. 已知氨溶于水得到的氨水溶液能使无色
酚酞试液变红色。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，
并加入2 ～3 滴酚酞试液，得到无色溶液。用一
个大烧杯把A、B 两烧杯罩在一起。几分钟后，
观察到烧杯B 中的溶液变成红色。上述现象说明
了什么？请你设计简单的实验证明自己的观点。
浓氨水
滴有无色酚酞
试液的蒸馏水
A
B
2. 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. 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
3. 用“ ”“
”“
”分别表示不同类的原子，则下列图示可以表示分解反应的
是（  ）。
自来水
紫外光消毒
活性炭
滤膜
开水
温开水
直饮水
直饮水机内部
电热
水器
热交
换器
+
+
+
+
+
A. 
C. 
B. 
D. 

49
放眼大千世界，无论是生命物质还是非生命物质，都是由分子、原子等
微观粒子构成的。这些微观粒子的质量和体积都很小，但数量巨大。正是这
些小到我们的肉眼根本无法看到的微观粒子，构成了从我们脚下的这个地球
到浩瀚宇宙中的一切物质。
从古代的元素观、原子论，到近代的原子结构模型，再到今天的人工合
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认识的扩展，更是对我们自身认识能力的
淬炼。
第三单元
认识物质的构成
第一节  原  子
第二节  元  素
第三节  物质组成的表示
第三单元  认识物质的构成
50
水分子很小，那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？1808 年，
道尔顿（J. Dalton，1766
 —
 1844）提出原子是一个不
可再分的实心球，是构成物质的最微小的粒子。然
而汤姆孙（J. J. Thomson，1856
 —
 1940）等人通过实
验改变了人们的这种认识。1897 年，汤姆孙等人认
真分析了高压放电管的阴极射线，发现该射线是由
一种带负电荷的粒子形成的粒子流，这种粒子就是
电子。汤姆孙进行了一系列实验后发现，不论他使
用的阴极材料是什么，都会发射出电子。这让他意
识到，所有物质的原子中都有电子！既然原子中存
在更小的粒子——电子，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？汤姆孙等人猜测原子中一定还
有带正电的物质，并由此提出了新的原子模型——
“葡萄干布丁”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一样镶嵌其中。
1911 年，卢瑟福（E. Rutherford，1871—1937）
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
图3-1  汤姆孙原子模型
第一节  原  子
电子
带正电物质
第一节原子
51
的探测板上。实验结果却发现：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！
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。
图3-2  α 粒子轰击金箔的实验示意图
α
粒
子
束
α粒子束发生偏转
α粒子束未
发生偏转
金箔
α粒子束
α粒
子源
铅罩
探测板
模型建构
模型是对研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系的一种概括性的描述。化
学科学研究中模型的建立和发展需要借助实验事实及相关科学理论的指导。随着新的
实验证据和理论的出现，原有模型会被新模型替代。运用模型方法，我们可以概括地
描述原子、分子等微观粒子的结构特点和变化规律，进而从微观视角对一些宏观现象
作出解释和预测。
方法导引
第三单元  认识物质的构成
52
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1 836 倍，
因此原子的质量几乎全部集中在原子核上。
原子（不显电性）
原子核（带正电）
核外电子（1 个电子带1 个单位负电荷）
质子（1 个质子带1 个单位正电荷）
中子（不带电）
探寻原子构成的规律
下表列出了几种原子的相关信息，观察分析表中信息，你能得出哪些结论？
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
12C
6
6
6
碳-13
13C
6
7
6
碳-14
14C
6
8
6
3-1
观察思考
第一节原子
53
在原子中：核电荷数＝质子数＝核外电子数
制作原子结构模型
人类对原子结构的认识，是科学家们不懈追求、不断创新的过程。科学家们基于新
的事实和证据，不断提出新的结构模型，深化和发展对原子结构的认识。
1. 观察上图，结合你的学习，分析科学家否定前者模型的理由是什么，提出新模型
的证据又是什么。
2. 请发挥你的想象力和创造力，运用下列物品（也可以自己选择其他材料），小组合作，
设计制作不同历史阶段科学家提出的原子结构模型。
实验物品：不同颜色的太空泥、细铁丝、细线、木牙签、硬纸板、剪刀、固体胶等。
原子是构成物质的一种微观粒子，金、金刚石、
石墨等都是由原子直接构成的。原子具有微观粒子
的一般性质，如质量和体积都很小，相互之间有间隔，
存在着相互作用，总是在不断地运动等。
图3-3  原子结构模型的演变示意图
3-1
活动探究
道尔顿模型
汤姆孙模型
卢瑟福模型
第三单元  认识物质的构成
54
表3-1  一些常用的相对原子质量
②
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
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。
以一个碳-12 原子
①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。
相对原子质量＝
原子的实际质量
碳-12 原子实际质量的1/12
① 碳-12 原子是指含有6 个质子和6 个中子的碳原子。
② 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），其他原子的相对原子
质量可从书后附录Ⅱ中查到。
二、计量原子的质量
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。
第一节原子
55
科学计量
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
固体试剂时，可以使用托盘天平，其误差不超过0.1 g；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！如果你把少量的试剂放到地秤
上去称量，其结果可想而知。
方法导引
原子结构的表示
用原子结构示意图可以方便简明地表示原子核外电子的排布。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，弧线上的数字表
示该层的电子数。表3-2 为部分原子的原子结构示意图。
核外电子对原子在化学反应中的表现有很大影响。金属原子最外层电子数一般小
于4，在化学反应中容易失去电子；非金属原子最外层电子数一般大于4，在化学反应
中容易得到电子。
三、原子与离子、分子
在原子中，电子是体积最小、质量最轻的一种
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
的电子在离核较远的区域运动，能量低的电子在离
核较近的区域运动。通常把电子在离核远近不同的
区域运动称为电子的分层排布。
多识一点
第三单元  认识物质的构成
56
表3-2  部分原子的原子结构示意图
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。
氦（He）
氢（H）
＋ 2 2
＋ 1 1
锂（Li）
铍（Be）
硼（B）
氮 （N）
氧（O）
氟（F）
氖（Ne）
碳（C）
＋ 3 2 1
＋ 4 2 2
＋ 5 2 3
＋ 7 2 5
＋ 8 2 6
＋ 9 2 7
＋ 6 2 4
＋ 10 2 8
铝（Al）
硅（Si）
磷（P）
氩（Ar）
镁（Mg）
＋ 12 2 8 2 ＋ 13 2 8 3 ＋ 14 2 8 4 ＋ 15 2 8 5
＋ 18 2 8 8
硫（S）
＋ 16 2 8 6
氯（Cl）
＋ 11 2 8 1
＋ 17 2 8 7
钠（Na）
图3-4  氯化钠形成过程的示意图
＋ 11 2 8
＋ 17 2 8 7
＋ 11 2 8 1
＋ 17 2 8 8
Na
e
-
Cl
Cl
-
Na
+
e
-
第一节原子
57
有些原子之间不是先转化成离子再构成物质
的，而是原子之间直接结合形成分子，再由分子构
成物质的。例如，1 个氢原子（H）能与1 个氯原
子（Cl）结合，形成1 个氯化氢分子（HCl），而
1 个氧原子（O）能与2 个氢原子（H）结合，形
成1 个水分子（H2O）。
原子、分子、离子都是构成物质的微观粒子。
质子和中子还可以再分吗？
原子可以再分为质子、中子和电子，那么质子、中子和电子能否再分？
1964 年，科学家首次提出了夸克模型，认为质子、中子由更小的夸克构成。
这一模型的提出，成功地解释了许多事实。随着科学技术的进步，人们不仅利用大型
粒子对撞机证明了夸克的存在，更发现与所有已知的质子、中子、电子等亚原子粒子
不同，夸克带有分数电荷且都是两两成
对或三三成群。
夸克的发现不仅刷新了人类对微观世
界的认知，也再次激发了人类探索微观世
界的热情。随着众多亚原子粒子不断被发
现，人类逼近微观世界本质的步伐也越来
越快。
图3-5  夸克模型
电子
原子
原子核
中子
质子
上夸克
下夸克
下夸克
上夸克
1. 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。
2. 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。
3. 分子是由原子构成的，原子得到或失去电子后转变为离子。原子、分子、离
子都是构成物质的微观粒子。
长话短说 
多识一点
第三单元  认识物质的构成
58
1. 下列有关原子构成的叙述正确的是（  ）。
A. 原子是实心球体，不可以再分
B. 原子的质量主要集中在原子核上
C. 原子核由质子、中子和电子构成
D. 原子不显电性是因为原子中不存在带电粒子
2. 下列关于原子、分子、离子的认识不正确的是（  ）。
A. 原子和分子不带电，离子带电
B. 原子得到或失去电子后变成离子
C. 原子、分子和离子都能直接构成物质
D. 原子不能直接结合形成分子
3. 2020 年12 月17 日，嫦娥五号月球探测器圆满完成我国首次月球采样任务。科研
人员发现带回的月壤中含有大量氦-3，它被视为核聚变的重要原料。氦-3
 原子核由两
个质子和一个中子构成，如果用“●”“○”“·”分别表示质子、中子和电子，下列示
意图能正确表示氦-3
 原子结构的是（  ）。
练习与应用
运用计算机编程模拟原子结构
随着计算机科学的快速发展，借助编程工具，能够帮助科学家建立动态模型来
模拟自然现象，从而更深刻地认识自然规律。例如，使用计算机编程工具，化学家
和物理学家可以模拟微观粒子的运动，天文学家可以模拟星系的演化，生物学家可
以模拟生物的进化，等等。相信你在信息科技课上已掌握了一些计算机编程的知识
和技能，你能在信息科技老师和同学们的帮助下，完成下列任务吗？
1. 利用计算机编程，动态模拟卢瑟福的“α 粒子轰击金箔实验”，还可以进一
步设计交互界面，调整α 粒子射入的角度和能量的大小等。
2. 利用计算机编程，模拟卢瑟福提出的“核式”原子结构模型，并在化学课堂
上向大家展示和分享。
课外探究
D
C
B
A
第一节原子
59
4. 我国化学家张青莲（1908—2006）在相对原子质量测定方面做出了创造性的贡献，
他主持测定的铟（In）、铱（Ir）等十种元素的相对原子质量新值，被国际原子量委员会
作为标准数据所采用。下列关于相对原子质量叙述正确的是（  ）。
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，就是增大了原子的质量
5. 李涛同学撰写了一篇短文描述他心目中的原子，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”成各种物质，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，现身于离子、分子大家庭，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。
第三单元  认识物质的构成
60
纵观大千世界，我们既能看到纷繁复杂、千变
万化的现象，又能发现周而复始、循环往复的规律。
面对这样的事实，我们的先人在战国时期就提出了
“金、木、水、火、土”是组成世界万物的亘古不
变的基本成分——元素。在古希腊，则有人认为“水、
火、土、气”是组成世界万物的元素……但是，随
着人类对物质认识的逐步深入，发现古人所提出的
“元素”仍然是可变的，名不符实。那么，组成世
界万物的基本成分——元素究竟是什么呢？
一、元素与元素符号
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？
交流共享
组成物质世界的元素究竟是什么
小明认为“所有的物质都是由原子、分子、离子等微观粒子构成的，这些微观粒
子就是组成物质的元素”。小丽认为“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。
第二节  元  素
第二节元素
61
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（H2O）就是
由氢和氧两种元素组成的，二氧化碳（CO2）则是由
碳和氧两种元素组成的。
目前已发现的物质有上亿种，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
元素种类多少将纯净物分类：氢气、氧气、金刚石
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。
图3-6  地壳中的元素分布
镁：2.3% 钾：2.1%
氧：46.1%
其他：0.9%
钠：2.4%
钙：4.2%
铁：5.6%
铝：8.2%
硅：28.2%
第三单元  认识物质的构成
62
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 ”和 “O”分别表示氢元素和氧元素。
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。
二、元素周期表简介
自然界中的物质是由多种元素组成的，这些元
素彼此是否有联系？有没有规律可循？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，门捷列夫（D. Mendeleev, 1834—
1907）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。
如今的元素周期表是把目前已发现并被正式命
名的118 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 行、18 列，每一行叫作一个周期，
每一列叫作一个族（8、9、10 三列共同组成一个族）。
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。
认识元素周期表
翻开教材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？在元素周期表中元素分成了哪几类？
试从元素周期表中查找原子序数为11 和17 两种元素的名称、符号、相对原子质
量和原子核内质子数，并指出他们属于哪类元素。
3-2
观察思考
第二节元素
63
1. 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。仔细观察元素周期表中各元素的汉语名称，你发现它们有哪些特点？
2. 写出下列元素的符号或名称：
硫
  硅
  镁
  钙
  钾
Cl
  I
  Cu
  Al
  P
3. 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：
。
4. 在科学家们的不懈努力下，不断有新元素被发现并加入元素周期表中。2016 年，元
素周期表的第七周期被填满。你认为确定118 号元素在元素周期表中位置的依据是（  ）。
A. 质子数  
 
 
B. 中子数 
 
C. 电子数  
 
 
D. 相对原子质量
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。
长话短说 
练习与应用
图3-7  国际化学元素周期表年
元素周期表是现代科学领域最重要和最具影响
力的成果之一。它为发现新的元素和化合物、预测
新元素的原子结构和性质提供了线索，为我们深入
学习和掌握物质性质及其变化规律提供了理论指导。
为纪念元素周期表诞生150 周年，联合国大会将
2019 年确定为“国际化学元素周期表年”。
第三单元  认识物质的构成
64
6.“元”和“素”的甲骨文字形如下图所示。“元”本义为“头”，引申为首要的、
第一的；“素”本义为未经加工的细密的本色丝织品，引申为白色、本性、本质、向来之意。
（1）分别用“元”和“素”组词，你能想到哪些词语？
“元”的甲骨文字形
“素”的甲骨文字形
5. 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：
水、氧气、氯化钠、镁、氧化镁、二氧化碳、空气。
（2）你是如何理解“元素”一词的含义的？
（3）社会上广泛使用的“元素”（如“中国元素”）与化学上使用的“元素”含义
是否相同？
物质
混合物：
纯净物
单质：
化合物：
第三节物质组成的表示
65
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，物质又是由原子、分子、离子等微观
粒子构成的。例如，水是由氢元素和氧元素组成的，
而每个水分子又是由2 个氢原子和1 个氧原子构成
的，所以我们可以用化学符号H2O 表示水的组成。
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。
图3-8  物质的组成与化学式的关系
第三节  物质组成的表示
氯化钠
钠离子和氯离子的聚集
铜原子
钠离子数∶氯离子数 = 1∶1
Cu
NaCl
金属铜
铜原子的聚集
化学式
化学式
水
水分子的聚集
H2O
化学式
每个水分子中含有2 个
氢原子和1 个氧原子
第三单元  认识物质的构成
66
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，金属铜是由大量铜原子聚集
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，其化学式也称为分子式。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
表示该物质中各元素的原子或离子之间的数量关系。
二、化合价
水的化学式为H2O，氨的化学式为NH3，甲烷
的化学式为CH4。为什么在这些化合物的分子中，不
同的原子结合氢原子的数目不同呢？如何表示不同
元素的原子之间相互化合的定量关系？
通常，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
1. 化学式“H2O” 具有哪些含义？符号
“2H2O”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。
3. 比一比，面对化学式“CO2”时，谁联想
到的更多。
交流共享
图3-9  化学式的含义
H2O
第三节物质组成的表示
67
合物中，元素的化合价是由这种元素的一个原子得
到或失去电子的数目决定的。例如，当钠元素与氯
元素化合时，每个钠原子失去1 个电子，同时每个
氯原子得到1 个电子。因此，在氯化钠中，钠元素
表现+1 价，氯元素表现-1 价。
表3-3  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（H）
+1
镁（Mg）
+2
钙（Ca）
+2
氢氧根（OH
-）
-1
碳（C）
+2、+4、
-4
铝（Al）
+3
铁（Fe）
+2、+3
硝酸根（NO3
-）
-1
氮（N）
+5、-3
硫（S）
+4、+6
-2
铜（Cu）
+1、+2
硫酸根（SO4
2-）
-2
氧（O）
-2
氯（Cl）
-1
锌（Zn）
+2
碳酸根（CO3
2-）
-2
钠（Na）
+1
钾（K）
+1
银（Ag）
+1
铵根（NH4
+）
+1
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，元素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。如在CO2、CO 和CH4 中，碳元素分别表现为
+4、+2 和-4 价。
有些化合物如NaOH、NH4Cl 等，它们中的一些
带电原子团如OH
-、NH4
+ 等，常作为一个整体参加
化学反应，这样的原子团又叫作“根”（或根离子）。
根也有化合价，如OH
- 为-1 价。
多识一点
第三单元  认识物质的构成
68
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价，氧元素的化合价是-2价，
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：原子数= 
最小公倍数
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）：Al2O3
5. 检查化学式。计算正价总数值跟负价总数值之和是否等于零：
（+3）× 2 + （-2）×3 = 0
氧化铝的化学式是Al2O3，读作三氧化二铝。
讨论：化合物NaCl、CO2 、P2O5 分别读作氯化钠、二氧化碳、五氧化二磷。分析
这些物质的名称与其化学式的读写顺序，你有什么发现？请推测NO2、Fe2O3、CaCl2 的
名称。
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、H2O、MgCl2 中各元素的正负化合价之和。
交流共享
3-2
活动探究
在化合物中，各元素的正负化合价之和为零。
我们以此为依据，可以根据元素的化合价写出已知
物质的化学式。
元素的化合价用于定量描述不同元素的原子之
间形成化合物时相互化合的比例。因此，人们规定
单质中元素的化合价为零。
第三节物质组成的表示
69
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。只有确切知
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。
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。化学式
中各原子的相对原子质量的总和，就是该物质的
化学式量。对于由分子构成的物质，其化学式量也叫
相对分子质量。例如，H2 的相对分子质量为1×2
 =
 2；
H2O 的相对分子质量为1×2
 +
 16×1
 =
 18。
根据物质的化学式可以进行相关的计算。
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。
由上图可知，水中氢元素与氧元素的质量比
=（氢元素的相对原子质量× 水分子中氢原子个数）∶
  （氧元素的相对原子质量× 水分子中氧原子个数）
=（1×2）∶（16×1）= 1∶8
水中氢元素与氧元素
的质量比
所有水分子中氢原子与
氧原子的质量比
1 个水分子中氢原子与
氧原子的质量比
=
=
图3-10  水中氢元素与氧元素的质量关系
第三单元  认识物质的构成
70
= 氢元素的相对原子质量×1 个水分子中氢原子的个数
水的相对分子质量
×100%
= 
1 × 2
1 × 2 + 16 × 1
×100% ≈11.1%
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。
例如：水中氢元素的质量分数（%）
1. 化学式可以表示某种物质，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. 化合物中各元素的正负化合价之和为零。据此，可以根据元素的化合价写出
已知物质的化学式。
3. 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。
长话短说 
市场上几种补钙剂的调查
到医药超市了解几种常见补钙剂的价格、销量、购买人群等；查看补钙剂的标
签或说明书，了解其主要成分（化学式），钙元素存在的形式、含量，计算主要成
分中钙元素的质量分数、每片补钙剂中含钙元素的质量。对比分析，写一份简短的
调查报告并与其他同学交流。
课外探究
第三节物质组成的表示
71
1. 天然气的主要成分是甲烷，其化学式为CH4。下列描述错误的是（  ）。
A. CH4 可以表示甲烷这种物质
B. 2CH4 表示两个甲烷分子
C. 甲烷是由碳元素和氢元素组成的
D. 1 个甲烷分子是由1 个碳原子和2 个氢分子构成的
2. 建筑工地上常用亚硝酸钠（NaNO2）作为水泥添加剂。亚硝酸钠有毒，它具有和
食盐（NaCl）相似的外观特征，如果不小心误食亚硝酸钠则会导致中毒。NaNO2 中
氮元素的化合价为（  ）。
A. +2 价 
 
B. +3 价 
 
C. +4 价 
 
D. +5 价 
3. 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 价，氧元素的
化合价为-2 价，则该化合物的化学式为
，读作
。
4. 尿素是农业生产中常用的一种化肥，化学式是CO（NH2）2。请计算：
（1）尿素的相对分子质量；
（2）尿素中碳、氧、氮、氢元素的质量比；
（3）尿素中氮元素的质量分数。
5. 某碳酸氢铵（NH4HCO3）产品的含氮量为15%，通过计算判断它是纯净物还是
混合物。
练习与应用
第三单元  认识物质的构成
72
通过本单元的学习，我们知道自然界中的所有物质都是由元素组成的，百余种
元素组成了上亿种物质，每一种物质又都是由数量巨大的微观粒子构成的。你能否
从元素和分子、原子的视角认识物质？你能否用化学符号表示物质？请描述下图各
概念间的关联，了解从多个视角系统认识物质的化学思维方式。
单元总结
化合物
离子
元素
原子
物质
单质
化学式
分子
宏观组成
微观结构
符号表示
构成
组成
构成
构成
表示
单元测评
1. 下列叙述错误的是（  ）。
A. 分子是由原子构成的
B. 原子中原子核与核外电子的电荷数相等、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后变成离子
2. 在钠原子变成钠离子（Na
+）的过程中一定发生变化的是（  ）。
A. 质子数  
 B. 中子数 
 
C. 电子数 
 
D. 核电荷数
单元测评
73
6   C
碳
12.01
7   N
氮
14.01
8   O
氧
16.00
×× 牌葡萄糖酸锌口服液
主要成分：葡萄糖酸锌
化学式：C12H22O14Zn
每支口服液中含有葡萄糖酸锌45.5 mg
×× 制药厂
3. 我国自主研制的C919 大型客机部分机身采用了新型的铝锂合金，铝锂合金中的铝
（Al）元素和锂（Li）元素的本质区别是（  ）。
A. 原子的质子数不同 
 
 
B. 原子的中子数不同
C. 原子的电子数不同 
 
 
D. 相对原子质量不同
4. 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
C. C、N、O 的原子序数依次递增
D. 碳、氮、氧在元素周期表中属于同一族
5. 锌元素是人体必需的微量元素，锌缺乏容易导致人体免疫功能低下。葡萄糖酸锌
口服液对治疗锌缺乏症具有良好的疗效。下图是某品牌葡萄糖酸锌口服液的标签，下列
说法不正确的是（  ）。
A. 葡萄糖酸锌由四种元素组成
B. 葡萄糖酸锌的相对分子质量为455 g
C.“补锌”是指摄入含有锌元素的物质
D. 每喝一支口服液摄入锌元素的质量为6.5 mg
6.“
”和“
”分别用来表示不同元素的原子，下列图示能用来表示化合物的是（  ）。
D
C
B
A
第三单元  认识物质的构成
74
7. 化学符号是独特的化学语言，根据以下列出的符号回答问题。
             ① O2  ② 2H  ③ 2Na
+  ④ Cl
-  ⑤ CO2
（1）①中氧元素的化合价是
；化学式量为
。
（2）②中的数字“2”的含义是
；③中的数字“2”的含义是
；
⑤中的数字“4”的含义是
。
（3）能表示阳离子的是
；能表示阴离子的是
。
（4）请写出符合下列要求的符号：2 个氧分子
；2 个氯离子
。
8. 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
是身体内乳酸积累过多造成的。已知乳酸的化学式为C3H6O3，试计算： 
（1）乳酸的化学式量； 
（2）乳酸中碳、氢、氧三种元素的质量比（最简整数比）； 
（3）乳酸中碳元素的质量分数（结果精确到0.1%）。
9. 阅读下表中的数据，找一下有哪些规律。你能获得哪些信息？
原子种类
原子核
核外电子数
1个原子的质量/kg
相对原子质量
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

75
第一节  空气的组成
第二节  氧气的性质
第三节  氧气的实验室制取
跨学科实践活动2
基于特定需求设计和制作简易供氧器
在这个世界上，对于大多数生命体而言，最为重要的就是空气了。虽然
你看不见、摸不着它，却须臾也离不开它。有了空气，才有风的舞动、云的
飘移；有了空气，才有花的芬芳艳丽、鸟的展翅翱翔……如此重要的空气含
有哪些成分？又有哪些重要的性质呢？在实验室中如何制取氧气呢？
第四单元
我们周围的空气
第四单元  我们周围的空气
76
空气是生命赖以生存的物质基础，也是重要的
自然资源。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？这些成分都有
什么用途？你关注每天的空气质量报告吗？
一、定量认识空气的组成
我们知道空气是无色、无味的混合气体。它的成
分在地球历史上曾经几度发生巨大变化，现在的空气
约形成于3.5 亿年前。
人们对空气组成的认识经过了艰辛的探索过程。
18 世纪中叶以前，人们一直把空气看作是一种单一
成分的物质。后来，通过对燃烧现象和呼吸作用的
深入研究，人们逐渐认识到空气组成的复杂性。
干燥洁净的空气主要是由氮气（N2）、氧气（O2）
和稀有气体
①（主要为氩气，另外还有氦、氖等气体）
组成的，还含有少量的二氧化碳（CO2）和极少量的
其他气体。
现在，人们可以利用氧气传感器准确测量空气
中的氧气含量，但在200 年前这可并非易事。1775 年，
拉瓦锡（A. L. Lavoisier, 1743—1794）首次测定了空气
中氧气的含量。
图4-2  利用传感器测量空气
中的氧气含量
图4-1  干燥洁净空气的成分
 （体积分数）
氩气
二氧化碳其他气体
约0.934% 约0.038% 约0.002%
第一节  空气的组成
① 稀有气体曾因化学性质稳定被称为“惰性气体”。1962 年化学家发现有些稀有气体在一定条件
下也能与某些物质发生化学反应，生成稳定的化合物。此后人们把“惰性气体”改称“稀有气体”。
第一节空气的组成
77
空气成分的测定
拉瓦锡将银白色的液态汞（Hg）放在密闭
的容器里连续加热12 天，发现一部分汞变成红
色粉末，同时容器里空气的体积差不多减少了
约16%。他又研究了剩余的那部分空气，发现
这部分空气既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，
他认为这部分气体都是氮气（拉丁文原意是“不
能维持生命”）。
拉瓦锡又把汞表面生成的红色粉末收集起
来，放在一个较小的容器里再加热，又得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于
密闭容器里所减少的体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的气体中，结果
所得气体跟空气的性质完全一样。这样，拉瓦锡首次测定出了空气中氧气和氮气的
大致含量。
图4-3  拉瓦锡研究空气成分的装置
拉瓦锡测定空气成分的实验
1. 拉瓦锡测定空气成分的实验为什么选择在密闭容器中进行？
2. 加热条件下，汞与氧气化合生成氧化汞。拉瓦锡选择金属汞作为反应物有什么
优点？
3. 通过观察哪些现象、测量哪些数据就可以判断出空气中氧气的含量？
拉瓦锡的实验是依据空气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汞（HgO），从
而达到测定空气中氧气含量的目的。参照拉瓦锡的实
验，我们如何设计实验装置来测定空气中氧气的含
量呢？
科学史话
4-1
观察思考
第四单元  我们周围的空气
78
测定空气中氧气的含量
〔实验原理〕
加热时，铜能跟空气中的氧气反应，生成黑色的氧化铜。
铜+ 氧气
 加热
 氧化铜
               Cu      O2                  CuO
〔实验用品〕
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、火柴、药匙；铜粉。
〔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4-4 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，在注射器中留存一定体积的气体，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，加热时多次缓慢推拉注射器。
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。
〔记录数据〕
硬质玻璃管
的容积
反应前注射器
中气体的体积
反应后注射器
中气体的体积
反应消耗
氧气的体积
〔实验结论〕
。
〔实验反思〕
1. 与拉瓦锡的测定实验相比，上述实验有哪些优点与不足？
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？
4-1
活动探究
图4-4  测定空气中氧气的含量
注射器
铜粉
气球
酒精灯
硬质
玻璃管
橡皮塞
铁架台
第一节空气的组成
79
稀有气体的发现
很长一段时间人们普遍认为空气中除了少量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（L. J. W. Rayleigh，1842—1919）利用灵敏度
达0.0001
 g 的天平，在长达10 年的气体密度测量工作中，发现了从空气中分离得到
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（W.Ramsay，1852—
1916）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”，这是科学家们严谨求实、勇于质疑、不懈探索的结果。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。
思考：
（1）阅读上述材料给了你怎样的启示？
（2）你能否举例说明在日常生活、工作和科学研究中关注细节和不忽视“异常”
现象的重要性？
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，主要是通过降温加压
使空气液化，然后使液态空气升温，
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
气化，从而逐一从空气中分离出来。
科学史话
图4-5  空气中各种成分的分离
氮
气
氩
气
氧
气
液态
空气
第四单元  我们周围的空气
80
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。
氮气在通常状况下是一种无色、无味的气体，难
溶于水。它是工业上生产氨气、硝酸和氮肥的重要原
料；食品包装袋中充入氮气可避免食品挤压破碎；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，可用
作工业生产和科学实验中的保护气；在通电时可以
发出各种不同颜色的光，可被填充在灯管中，用于
制造多种用途的电光源。
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，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。
图4-6  硝酸生产设备
图4-7  城市霓虹灯夜景
探究不同气体样本中二氧化碳含量的差异
收集气体样本的过程
中一定要注意安全，切不可
使自己置身于危险中。
4-2
活动探究
1. 利用课余时间，用塑料矿泉水瓶收集至少2 种
气体样本，如清晨公园或树林中的空气、人流密集商
场中的空气、空旷操场中的空气、教室中的空气等，
留作课堂实验时使用。
第一节空气的组成
81
2. 用二氧化碳检测仪测量不同气体样本中二氧化碳的含量，记录实验数据。
气体来源
实验数据
实验结论
3. 如果实验室中没有二氧化碳检测仪，你能否通过化学实验判断不同气体样本中二
氧化碳含量的差异？已知通常情况下，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。请你设计并完
成实验，记录实验现象。
气体来源
实验现象
实验结论
讨论：在实验步骤3 中，为使实验结果尽可能准确，应如何控制实验变量？
图4-8  二氧化碳检测仪
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。
认识空气质量报告
表4-1 列出了三个城市某一天的空气质量报告。表中的空气质量指数（AQI）是将
几种空气污染物的含量按一定的方法处理成0 ～500 之间的数字，用以定量描述空气质量
状况。目前，计入空气质量评价范围的主要污染物为二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、
一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入颗粒物（指直径不超过10 微米的颗粒物，称
PM10）、细颗粒物（指直径不超过2.5 微米的颗粒物，称PM2.5）等。
4-2
观察思考
第四单元  我们周围的空气
82
空气质量级别对人体健康的影响
空气质量指数
（AQI）
空气质量
指数级别
空气质量指数
类别及表示颜色
对健康影响情况
0 ～50
一级
优
绿色
空气质量令人满意，基本无空气污染
51 ～100
二级
良
 黄色
空气质量可接受，但某些污染物可能对
极少数异常敏感人群健康有较弱影响
101 ～150
三级
轻度
污染
橙色
易感人群症状有轻度加剧，健康人群出
现刺激症状
151 ～200
四级
中度
污染
红色
进一步加剧易感人群症状，可能对健康
人群心脏、呼吸系统有影响
201 ～300
五级
重度
污染
紫色
心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动
耐受力降低，健康人群普遍出现症状
>300
六级
严重
污染
褐红色
健康人群运动耐受力降低，有明显症状，
提前出现某些疾病
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!
表4-1  不同城市空气质量报告
城市
空气质量指数
首要污染物
空气质量指数级别
空气质量指数类别
A
22
—
一级
优
B
335
PM10
六级
严重污染
C
66
O3
二级
良
思考：
1. 空气质量报告的主要内容是什么？
2. 空气质量指数级别与空气质量状况存在什么关系？
化学与社会
第一节空气的组成
83
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. 在测定空气中氧气的含量时，常利用化学反应，在不引入新的气态杂质的前
提下，将氧气转化为固态物质，从而达到实验目的。
3. 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。我国的大气污染防治工作任重道远。
长话短说 
1. 下列关于空气的说法错误的是（  ）。
A. 空气中含量最多的气体是氮气
B. 空气是由多种物质组成的混合物
C. 空气质量指数越大表明空气质量越好
D. 空气中的多种成分在工农业生产中具有重要作用
2. 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）植物通过光合作用合成葡萄糖等有机物。
3. 用来测定空气成分的方法有很多，有人用右图所示的简易装置
来测定空气中氧气的含量（已知红磷在氧气中燃烧生成五氧化二磷
固体）。下列对该实验认识正确的是（  ）。
A. 使用红磷的量多或少，都不会影响实验结果
B. 燃烧足够的红磷可使进入钟罩的水占钟罩容器的4/5
C. 红磷燃烧消耗空气中的氧气，使钟罩内压强下降，水面上升
D. 红磷停止燃烧后，立即观察记录水进入钟罩的刻度
4. 收集你所在地区一段时间的空气质量日报，以日期为横坐标，AQI 指数为纵坐标，
绘制空气质量变化趋势图，并尝试解释空气质量变化的原因。
练习与应用
红磷
水
钟罩
第四单元  我们周围的空气
84
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。
一、氧气的物理性质
在标准状况下，氧气是一种无色无味的气体，
密度比空气略大，不易溶于水。有趣的是，在压强
为1.01×10
5 Pa 时，氧气在-183
 ℃时变为淡蓝色的
液体，在-218
 ℃时变为淡蓝色的雪花状固体。
二、氧气的化学性质
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。根据你已有的知识和生活经验推
测：氧气具有怎样的化学性质？氧气能与哪些物质
发生化学反应？
氧气的物理性质
观察集气瓶中的氧气，并结合下列给出的数据和你的
生活经验，归纳氧气的物理性质。
在标准状况（0 ℃、1.01×10
5 Pa）下，氧气的密度是
1.429 g
 /
 L，空气的密度是1.293 g
 /
 L，1 L 水中最多能溶解
0.049 L 氧气。
第二节  氧气的性质
4-3
观察思考
图4-9  盛满氧气的集气瓶
第二节氧气的性质
85
氧气的化学性质
完成下列实验操作，观察并记录实验现象。
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，观察现象。
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
（瓶中预先留少量水或铺一层细沙），观察现象。
铁丝在氧气中燃烧
讨论：木炭、铁丝在空气中与在氧气中反应的剧烈程度
明显不同，原因是什么？
实验表明，木炭、铁丝都能在氧气中燃烧，这
说明氧气能与碳、铁发生化学反应，其反应可分别
表示为：
碳   ＋   氧气  点燃
  二氧化碳
 C             O2   
              CO2
铁   ＋   氧气  点燃
  四氧化三铁
Fe           O2   
             Fe3O4
通过以上实验还发现，木炭在氧气中燃烧比在
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（即氧气浓度越大），反应就越剧烈。
4-3
活动探究
图4-10  木炭在氧气中燃烧
图4-11  铁丝在氧气中燃烧
第四单元  我们周围的空气
86
与木炭、铁丝类似，硫、磷、铜等单质在点燃
或加热条件下，也能与氧气发生反应，这些反应可
分别表示为：
硫   ＋   氧气  点燃
  二氧化硫
 S             O2   
              SO2
磷   ＋   氧气  点燃
  五氧化二磷
 P             O2   
              P2O5
铜   ＋   氧气  加热
  氧化铜
Cu           O2   
            CuO
实验事实表明，氧气是一种化学性质比较活泼
的气体，能与大多数金属、非金属单质及化合物发
生化学反应，使这些物质得到氧元素，这样的过程
叫作氧化，发生的反应属于氧化反应。
像H2O、CO2、Fe3O4、SO2 等由两种元素组成
的化合物，其中一种元素是氧元素的化合物叫作
氧化物。
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。
图4-12  硫在氧气中燃烧
交流共享
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，这些物质都
能与氧气“和平共处”，这是为什么呢？
第二节氧气的性质
87
了解自然界中的氧循环
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
常运转提供了可靠的资源保障。
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，例如金属的锈蚀、动
植物体的腐烂和塑料的老化等。
观察右图，看看氧元素
在自然界里是怎样循环的。
思考：
1. 自然界中氧气产生与
消耗的途径主要有哪些？
2. 氧气是性质比较活泼
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，那为什么大气中氧
气的含量没有越来越低呢？
4-4
观察思考
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. 氧循环对维持自然界中的物质、能量及生态平衡具有重要的意义。
长话短说 
图4-13  自然界中的氧循环示意图
光合作用
燃烧
呼吸作用
H2O
CO2
CO2
CO2
O2
O2
O2
空气中
氧气和二氧化碳
含量相对平衡
第四单元  我们周围的空气
88
1. 分别写出下列物质在氧气中燃烧的文字表达式，并指出该反应是化合反应还是分
解反应。
木炭与氧气反应：
，属于
反应。
硫黄与氧气反应：
，属于
反应。
红磷与氧气反应：
，属于
反应。
铁丝与氧气反应：
，属于
反应。
铜粉与氧气反应：
，属于
反应。
2. 下列有关氧气的说法不正确的是（  ）。
A. 通常情况下，氧气是无色、无味的气体
B. 鱼类能在水中生存是因为水中溶有少量氧气
C. 物质和氧气发生化学反应的剧烈程度跟氧气的浓度有关
D. 将木炭放入盛有氧气的集气瓶中，木炭会立即燃烧起来
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. 小明同学认真分析教材中“自然界中的氧循环”示意图后，产生了下列想法，其
中错误的是（  ）。
A. 森林里空气的含氧量高于沙漠中空气的含氧量
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. 绿色植物通过光合作用使自然界中的氧原子总数增加
D. 教室空气中的某个氧原子有可能来自京杭大运河中的一滴水
5. 如何用简单的方法区分氧气、空气、氮气三种无色气体？
练习与应用
第三节氧气的实验室制取
89
自然界中，氧气大多来自植物的光合作用。工
业上，使用氧气的量较大，一般采用分离液态空气
的方法制得。在实验室中，因研究和学习的需要，
常常要制取少量氧气，如何才能方便、安全地制取
氧气呢？
交流共享
实验室制取气体物质的思路分析
在实验室要制取一种气体时，首先要确定制取气体的化学反应原理，即选择什么
反应物，控制什么反应条件制取气体；然后是确定制取气体的实验装置，包括气体发
生装置和收集装置；最后要明确具体的实验操作，并系统审查整个反应体系是否符合
安全、环保的要求。
请思考讨论以下问题：
1. 小明同学认为，确定实验室制取气体的化学反应时，应考虑以下几个方面的因
素。你是否同意他的观点？你还考虑到了哪些因素？
A. 反应物是否容易获得 
 
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
2. 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多种。
其中，利用催化剂分解过氧化氢制取氧气是比较符
合环保、安全要求的方法。
第三节  氧气的实验室制取
第四单元  我们周围的空气
90
分解过氧化氢制取氧气的实验原理
取A、B 两支试管，用10% 的过氧化氢溶液和二氧化锰完成下列实验。观察并记录
实验现象。
1. 向A 试管中加入3 ～5 mL 过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管口。
2. 向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。
3. 将A 试管中的过氧化氢溶液倒入B 试管中，将带火星的木条伸入B 试管口。
4. 待B 试管中的现象不明显后，小心将上部液体倒出，再加入3 ～5 mL 过氧化氢溶液，
将带火星的木条伸入试管口。
实验编号
1
2
3
4
实验现象
讨论：对比上述实验现象，你能得出什么结论？第4 步实验可以多次重复，反应后
将试管中的二氧化锰干燥称量，发现反应前后质量没有改变。据此你认为，二氧化锰在
此反应中起什么作用？
在二氧化锰的作用下，过氧化氢迅速分解产生
氧气和水，这一反应可表示如下：
过氧化氢  二氧化锰
  水   ＋   氧气
    H2O2                      H2O   
   O2
反应中，二氧化锰作为催化剂，起到了催化作用，
加快了过氧化氢的分解。
能改变其他物质的
化学反应速率，而本身的
质量和化学性质在反应前
后都没有发生变化的物质
叫作催化剂。
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，将氮气跟氢气
合成氨气，要使用以铁为主体的多组分催化剂。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的；酿造业、制药业等有时也要用酶作催化剂。
4-4
活动探究
多识一点
第三节氧气的实验室制取
91
确定了合适的反应物、知道如何控制反应条件
后，就要确定使用何种气体发生装置和收集装置来
进行实验。
确定气体发生装置与收集装置
1. 通常，要根据反应物的状态、反应条件等来选择气体发生装置。
固体二氧化锰与过氧化氢溶液混合制取氧气的反应不需要加热，可选用下列哪种实验
装置？你的理由是什么？
2. 实验室收集气体时，一般可采用排水集气法或排空气集气法。
当制取的气体难溶或微溶于水，且不与水发生化学反应时，可采用排水集气法收集。
凡不与空气发生反应，且其密度与空气密度相差较大的气体，都可采用排空气集气法收集。
如果要收集的气体密度比空气的密度大，可采用向上排空气集气法收集，反之，可采用
向下排空气集气法收集。
根据氧气的性质，你认为可选用哪种装置收集氧气？其优缺点是什么？如何进行集
气操作？
图4-15  气体收集装置
排水集气法
向上排空气集气法
向下排空气集气法
4-5
活动探究
图4-14  气体发生装置
试管
长颈漏斗
分液漏斗
第四单元  我们周围的空气
92
实验室用过氧化氢制取氧气
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. 先向锥形瓶中加入少量的
二氧化锰，再向分液漏斗中加入约
15 mL 8% 的过氧化氢溶液，并将
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
氧化氢溶液缓缓滴入锥形瓶中，待导管口产生连续、均匀的气泡时，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。
讨论：如何检验收集到的气体是氧气？
在实验室中，还可以采用加热高锰酸钾的方法
制取氧气。
高锰酸钾  加热
  锰酸钾 ＋ 二氧化锰 ＋ 氧气
  KMnO4                K2MnO4        MnO2           O2
图4-17  加热高锰酸钾制取氧气
在实验室中，利用催化剂分解过氧化氢制取氧
气，可采用以下装置和实验方案来进行。
4-6
活动探究
棉花团
高锰酸钾
图4-16  过氧化氢分解制取氧气
过氧化氢溶液
二氧化锰
第三节氧气的实验室制取
93
1. 在实验室里通常用分解过氧化氢等方法制取氧气。
2. 在实验室里制取某种气体时，首先要选择合适的反应物，知道如何控制反应
条件，然后要确定气体发生和收集装置，最后要明确实验操作，并审查是否符合环保、
安全的要求。
3. 气体发生装置的确定要考虑反应物的状态和反应条件；气体收集装置的确定
通常要考虑气体的密度和在水中的溶解情况等因素。
1. 实验室制取气体选择收集方法时，下列气体性质必须考虑的是（  ）。
① 颜色 ② 密度 ③ 在水中的溶解情况 ④ 可燃性 ⑤ 能否与水反应
A. ①②③  
B. ②③④ 
 
C. ③④⑤ 
 
D. ②③⑤
2. 实验室用过氧化氢制取氧气的主要步骤有：① 连接实验仪器；② 装入试剂；③ 打
开分液漏斗的活塞；④ 检查装置的气密性；⑤ 用排水法收集氧气。其操作顺序正确的是
（  ）。
A. ①②③④⑤ 
B. ②③①④⑤  
C. ①④②③⑤  
D. ④①②③⑤
3. 在实验室中，还可以采用加热氯酸钾固体的方法制取氧气，在该反应中，二氧化锰
也作为催化剂。请设计并绘制实验装置图，确定实验操作步骤，思考每项操作的原因和目的，
并与同学们讨论交流。
练习与应用
长话短说 
氯酸钾 
二氧化锰
加热
 氯化钾  +  氧气
    KClO3                         KCl           O2
第四单元  我们周围的空气
94
  基于特定需求设计和制作简易供氧器  
跨学科实践活动2
活动目标
1. 设计制作符合特殊需求的简易供氧器，加深对氧气制备与性质的理解；
2. 体验综合运用化学、数学等学科知识和工程技术的方法解决问题的基本思路；
3. 感受科学与技术对保障人类生命健康的重要意义。
氧气对于维持健康的生命活动具有极其重要的
意义。对于一些缺氧环境或者处于缺氧状态的人群，
往往需要通过特定的供氧设备来补充氧气。例如，
登山或高原地区旅行遭遇空气稀薄时需要供给氧气，
心肺功能损伤的病人需要通过医用供氧器来吸取足够
的氧气。还有哪些情况下需要供氧器？你能设计和
制作一个简易的供氧器吗？
 活动过程
活动1：明确任务
本次活动的任务是基于特定需求设计和制作简易供氧器。在活动之前，首先要思考
以下问题：
1. 有哪些特定环境和特殊人群有额外的氧气需求？
2. 特定需求下对制氧方法、供氧方式、氧气的浓度、流速和湿度等有哪些具体的要
求和标准？
基于以上思考，你准备为哪一类特定环境或特殊人群设计制作简易供氧器？该供氧
器需要满足哪些基本要求？
气瓶开关
氧压表
氧气瓶
加湿器
输气管
流量调节开关
图4-18  某供氧器的构成示意图
跨学科实践活动2
95
活动2：设计模型
基于“活动1”所确定的特定需求，利用已有的氧气制备的相关知识和方法，系统
考虑氧气的产生、存储和供应等环节，设计供氧器的装置模型图。
1. 供氧器由哪几部分构成、每部分的作用是什么？
2. 如何选择制作材料？各部分装置的设计和组装需要考虑哪些问题？
图4-19  某便携式供氧器供氧原理示意图
图4-19 是某便携式家用供氧器
的供氧原理示意图，它是通过化学反
应来产生氧气的。要制作供氧器产品，
需要在了解供氧原理的基础上，设计
能够展示产品外观尺寸、构成材料和
工艺流程的装置模型图。
分组展示和讨论各自设计的简易供氧器的装置模型图，交流设计理念，并对模型进
行评价，提出具体的改进建议。结合大家的建议进一步优化和改进装置模型图。
活动3：制作产品
1. 准备相关材料，根据设计的装置模型图，小组合作或独立完成供氧器各部分装置
的制作和组装。
2. 开启供氧器，观察和记录供氧器的工作情况，并基于供氧要求来评价产品的供氧
效果。
3. 在实际操作过程中，发现了哪些问题？根据这些问题进一步优化改进简易供氧器。
 反思交流
1. 展示改进后的简易供氧器，并为该供氧器写一份产品说明书，分享设计和制作简
易供氧器过程中的收获和感悟。
2. 查阅相关资料，了解市面上有哪些常见的供氧器。这些供氧器的供氧原理是什么？
适用人群有哪些？
密封盖
水
O2
O2
甲试剂 
加湿
过滤仓
反应仓
乙试剂 
第四单元  我们周围的空气
96
无处不在的空气是我们赖以生存的宝贵资源，通过本单元的学习，你了解了空气的
成分，学会了如何测定空气中氧气的含量，探究了氧气的性质并掌握了氧气的实验室制法，
这里面蕴含着许多解决问题的科学思路和方法。请参考下图，梳理总结本单元的学习内容，
并思考回答相关问题。
单元总结
研究混合物组成
的思路和方法
研究物质性质的
一般思路和方法
实验室制取气体的
一般思路和方法
测定空气中
氧气的含量
学习氧气的
实验室制法
探究氧气的性质
实
验
原
理
实
验
原
理
物
理
性
质
实
验
操
作
实
验
装
置
实
验
步
骤
误
差
分
析
系
统
反
思
化
学
性
质
1. 测定混合物中某成分的含量时，通常依据混合物中各成分的性质差异，通过物理
变化或化学变化，将待测物分离出来测定其含量，或者将待测物去除后测剩余混合物的量，
由此推断出待测物的含量。测定空气中氧气含量的实验是采用了哪种思路？在利用物质
性质差异确定测定方案时，应坚持什么原则？
2. 人们在研究物质性质时通常采用“预测性质
 
 实验观察
 
 比较归纳”的思路和
方法。结合氧气性质的学习，反思交流你是如何将这一思路方法运用于氧气性质探究的。
3. 在实验室制取氧气时，选择反应物、仪器装置时需要考虑哪些问题？结合氧气的
实验室制法，总结实验室制取气体的一般思路和方法。
我
们
周
围
的
空
气
单元测评
97
单元测评
1. 下列没有被计入空气质量评价主要污染物的是（  ）。
A. 二氧化氮 
 
 
B. 二氧化硫 
 
C. 二氧化碳 
 
 
D. 可吸入颗粒物
2. 下列物质不可能作为制取氧气的反应物的是（  ）。
A. 水（H2O） 
 
 
B. 二氧化碳（CO2） 
C. 氯化钠（NaCl） 
 
D. 过氧化氢（H2O2）
3. 下列说法不正确的是（  ）。
A. 在过氧化氢的分解反应中，二氧化锰起催化作用
B. 氧气的化学性质很活泼，在常温下能与所有物质发生化学反应
C. 细铁丝在氧气中燃烧时，火星四射，生成黑色固体
D. 用排水法可以收集不易溶于水的气体
4. 氧气、氮气和稀有气体都是空气的重要成分，查找有关资料，将它们与对应的用
途连接起来。
氮气
氧气
稀有气体
供给生物呼吸
生产硝酸和氮肥
用于钢铁冶炼和金属切割
充入食品包装袋以防碰撞破碎
用于制造多种用途的电光源
5. 下图是有关氧气的知识网络图（反应条件部分省略），请回答下列问题。
（1）从反应类型来看，反应①②③均属于
（填“化合”或“分解”）反应。
（2）H2O、H2O2 和KMnO4 能用来制取氧气的共同点是物质中都含有
元素。
H2O
+C
+S
+P
+Fe
①
⑤CO2
⑥SO2
H2O2
⑦P2O5
KMnO4
⑧
空气
②
③
④
O2
第四单元  我们周围的空气
98
（3）从安全、环保、节能等方面考虑，实验室制取氧气的最佳方法是
（填
序号）。
（4）利用④获取氧气的过程发生的是
（填“物理”或“化学”）变化。
（5）物质⑧的化学式是
。
（6）图中属于氧化物的是
（写化学式）。
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？
7. 某兴趣小组围绕氯酸钾制取氧气展开实验探究活动。请回答下列问题：
〔提出问题〕不加催化剂，氯酸钾受热是否会分解产生氧气？
〔猜想与假设〕不加催化剂，氯酸钾受热会分解产生氧气。
〔设计并实施实验方案〕步骤Ⅰ：向试管中加入少量氯酸钾后，将高温传感器探头插
入试剂内，把氧气传感器插放在试管口（氧气传感器测量极限值约为29%），如图1 所示。
步骤Ⅱ：点燃酒精灯加热试管。
〔分析解释数据〕
测定试管中氧气含量随温度变化情况如图2 所示。
（1）氯酸钾的熔点为356
 ℃，氯酸钾分解温度
（填“高于”、“等于”或“低
于”）其熔点。
（2）加热氯酸钾时，试管口向上倾斜的原因是
。
（3）在氯酸钾分解前，氧气传感器测得试管内氧气含量在一段时间内略有下降的原
因可能是
。
〔形成结论〕提出的猜想
（填“正确”或“错误”），得出结论为
。
图2
氧气含量
30
25
20
0
100
温度
 /
 ℃
200
300
400
图1
氧气传感器
氯酸钾
计算机
空隙
数据
采集器
高温传感器

99
人类对物质世界的认识，总是从宏观到微观、从定性到定量不断
深化的，对化学反应的认识也是如此。本单元我们将从定量和微观的
视角，探究化学反应前后物质的质量是否发生变化，以及怎样利用
简明的符号描述化学反应。
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
第二节  化学反应的表示
第三节  化学反应中的有关计算
跨学科实践活动3
基于绿色化学探究实验室制氧气
的原理
第五单元  定量研究化学反应
100
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？
图5-2  小树苗长成大树，质量如何变化
图5-1  木炭燃烧成为灰烬，质量如何变化
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。分解的过氧化氢的质量与生成的水
和氧气的质量具有怎样的关系呢？ 
1. 你同意下列两位同学中哪一位的观点？
  过氧化氢分解
了，分子变了，质
量当然也就变了！
  质量怎么会变呢？在
化学反应中，分子虽然变
了，但是原子没有改变，
质量应该不变！ 
第一节  化学反应中的质量守恒
5-1
活动探究
过氧化氢溶液
二氧化锰
第一节化学反应中的质量守恒
101
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
讨论：分解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
质量是否改变已经作出了推测。那么，如何设计实
验来检验这一推测是否正确？
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、单孔橡皮塞、
玻璃导管、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。
〔实验方案〕
1. 确定一个化学反应作为研究对象
下列反应可供你选择，当然也可以选择其他你熟悉的反应。
（1）氢氧化钠（NaOH）溶液和硫酸铜（CuSO4）溶液反应，生成硫酸钠（Na2SO4）
和氢氧化铜［Cu(OH)2］。
（2）盐酸和大理石（主要成分是CaCO3）反应，生成二氧化碳、水和氯化钙（CaCl2）。
（3）白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷（P2O5）。
5-2
活动探究
第五单元  定量研究化学反应
102
2. 确定实验操作步骤并进行实验
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
讨论：
1. 你的实验方案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？
大量实验证明：化学反应后生成的各物质的质
量总和，等于参加化学反应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。
质量守恒定律的发现
1673 年，英国化学家波义耳（R. Boyle, 1627—1691）将金属汞放在密闭容器里煅
烧，然后打开容器盖进行称量，发现固体物质的质量增加了。
1756 年，俄国化学家罗蒙诺索夫（M. V. Lomonosov, 1711—1765）把金属锡放在密
闭容器里煅烧，生成白色的氧化锡，进行称量发现容器里的物质的总质量在煅烧前后并
没有发生变化。经过反复实验，都得到相同结果。但这一发现并没有引起科学界的重视。
1777 年，法国化学家拉瓦锡借鉴波义耳和罗蒙诺索夫的实验，在密闭容器里进行多
种金属和非金属的煅烧实验，研究反应中各物质的质量关系，得到以下结论：在化学反
应中，物质的总质量在反应前后保持不变。直到20 世纪初，科学家们用质量变化小于
千万分之一的仪器做了大量精准度更高的定量实验，拉瓦锡的结论才得到公认。
质量守恒定律的发现，使得化学科学研究由定性走向定量，促进了化学科学的发展。
思考：质量守恒定律的发现过程给了你哪些启示？
科学史话
白磷有毒，取用
时不要沾到皮肤和衣
物上；白磷易燃烧，
产生大量白烟，要严
格控制实验用量。
第一节化学反应中的质量守恒
103
交流共享
为什么在化学反应前后物质的总质量没有发生变化？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。
化学反应的过程就是参加反应的各物质（反应物）
的原子重新组合而生成其他物质（生成物）的过程。在
化学反应前后，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，反应生成的各物质
的质量总和必然等于参加反应的各物质的质量总和。
1. 化学反应的过程实质上是原子重新组合的过程。在化学反应过程中，原子的
种类、数目和质量不变。
2. 反应后生成的各物质的质量总和，等于参加化学反应的各物质的质量总和。
这个规律叫作质量守恒定律。
长话短说 
1. 下列现象不能用质量守恒定律解释的是（  ）。
A. 温度上升冰融化成水，变化前后的物质质量不变
B. 木炭燃烧成为灰烬，灰烬的质量比木炭的质量小
C. 氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液反应，反应前后各物质的质量总和相等
D. 镁条在氧气中燃烧生成固体氧化镁，反应后固体的质量增加
2. 蜡烛在氧气中燃烧生成二氧化碳和水。下列有关叙述正确的是（  ）。
A. 蜡烛燃烧前后质量不变
B. 蜡烛减少的质量等于生成的二氧化碳和水的质量之和
C. 生成的二氧化碳和水的质量之和等于燃烧蜡烛的质量与消耗氧气的质量之和
D. 通过生成物的元素组成推测，蜡烛中一定只含C、H 两种元素
3. 右图所示是通过白磷燃烧来验证质量守恒定律的实验，
下列说法错误的是（  ）。
A. 实验过程中气球先变大后变瘪
B. 白磷燃烧结束，锥形瓶应冷却后再称量
C. 瓶底的细沙起隔热作用，防止瓶底炸裂
D. 实验过程中托盘天平始终保持平衡
练习与应用
玻璃管
气球
白磷
细沙
第五单元  定量研究化学反应
104
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
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：
①    氢气  +  氧气 
点燃
 水
②
③ 2H2  +  O2 点燃 2H2O
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作
化学方程式。在化学方程式中，通常用“△”表示反
应需要加热，用“↑”或“↓”注明生成物是气体
或沉淀。例如，水通电生成氢气和氧气反应的化学
方程式为：
2H2O 
通电 2H2 ↑  +  O2 ↑
如果反应物和生成
物中都有气体，气体生成
物就不需要标注“↑”。
同样，对于溶液中的反应，
如果反应物和生成物中都
有固体，固体生成物也不
需要标注“↓”。
第二节  化学反应的表示
5-1
观察思考
第二节化学反应的表示
105
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：
                       2H2      +       O2        
点燃     2H2O
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
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）碳在氧气中燃烧；（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。
5-3
活动探究
第五单元  定量研究化学反应
106
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。
讨论：“配平”是书写化学方程式的关键步骤，下列有关配平的问题你都明确了吗？
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已配平？
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。
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（Al2O3）为例说明这种配平方法（反应条件略）。
                            Al  +  O2 —— Al2O3
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（化学计量数）。用6 除以左边O2 中的氧原子数2 得3，因此在O2 前
配上系数3；用6 除以右边Al2O3 中的氧原子数3 得2，则在Al2O3 前面配上系数2：
                            Al  +  3O2 —— 2Al2O3
交流共享
从化学方程式
 C + O2 点燃 CO2中你能获得哪些信息？将你的想法与其他同学交
流讨论。
多识一点
第二节化学反应的表示
107
1. 下列关于化学方程式2H2O2 催化剂 2H2O + O2 ↑的叙述中，正确的是（  ）。
A. 可表示过氧化氢是由水和氧气化合而成的
B. 过氧化氢在催化剂的存在下分解生成水和氧气
C. 2 个过氧化氢分解生成2 个水和1 个氧气
D. 每34 份质量的过氧化氢分解生成16 份质量的氧气和18 份质量的水
2. 下列化学方程式是否正确？请把不正确的加以改正。
（1）Mg + O2↑ 点燃 MgO2   
（2）KMnO4 
 K2MnO4 + MnO2 + O2
3. 写出下列反应的化学方程式：
（1）铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁（Fe3O4）。
（2）白磷（P）在空气中燃烧，生成五氧化二磷（P2O5）。
4. 某化合物X 在氧气中完全燃烧，反应的化学方程式为：
 
 
X + 3O2 点燃   2CO2 + 2H2O
试写出X 的化学式，并说出你的判断依据。
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。
长话短说 
练习与应用
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  +  3O2 —— 2Al2O3
确认短线两边各元素的原子数相等后，将短线改成等号：
                            4Al  +  3O2 
 2Al2O3 
第五单元  定量研究化学反应
108
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，以便更好地控制和应用化学反应。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100 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。
  H2O
 18 kg
光解反应器
H2
这一小桶
水分解产生的
H 2可供汽车行
驶多少千米？
第三节  化学反应中的有关计算
图5-3  利用太阳能分解水制取氢气
化学方程式计算的基本思路
依据化学方程式进行计算，首先，要搞清楚问题是什么，即题目中要求的未知量
是什么；其次，要弄清楚化学反应的原理，写出化学方程式，并明确题目中哪些已知
量是有用的；第三，根据化学方程式中反应物与生成物间的定量关系，确定已知量与
未知量之间的关系；第四，将上述关系列成比例式求解；最后，检查计算过程和结果
无误后，简明地写出答案。
方法导引
第三节化学反应中的有关计算
109
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。
例题：计算18 kg 水完全分解产生氢气的质量。
（1）设未知量； 
（2）写出反应的化学方程式；
（3）找出反应物与生成物之间的质量
关系，并将已知质量与未知质量写在对应
的位置上；
（4）列出比例式，求解；
（5）检查无误后简明地写出答案。
化学方程式计算应注意哪些问题
题目：15.5 g 红磷在氧气中充分燃烧，可生成
多少五氧化二磷？
右边是小明同学的解题过程，请你仔细阅读，
完成下列任务。
1. 对小明同学的解题过程进行评价，并对发
现的错误进行改正。
2. 与同学交流讨论：在进行有关化学方程式
的计算时，应该注意哪些问题？
5-4
活动探究
解：设18 kg 水完全分解
产生氢气的质量为x。
2H2O 
光照
催化剂 2H2 ↑+ O2 ↑
2×18           2×2     
18 kg               x
答：18 kg 水完全分解产
生氢气的质量为2 kg。
2×18
2×2
18 kg
x
=
x
 =
 2 kg
解：设可生成 x g 五氧化二磷。
             P  +  O2  点燃 P2O5
            31                       142
          15.5                        x
         
              
答：可生成五氧化二磷71 g。
31
142
15.5
x
x  =
 71
第五单元  定量研究化学反应
110
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。
长话短说 
1. 目前，中国空间站已开启了航天员长期驻留时代。固体燃料氧气发生器（氧烛）
是空间站供应氧气的备用系统。氧烛的主要成分是氯酸钠（NaClO3），通过撞击发生反
应放出氧气，反应的化学方程式为2NaClO3 
撞击 2NaCl + 3O2 ↑。试计算产生8 kg 氧气
需要多少氯酸钠。
2. 化学兴趣小组的同学进行了二氧化锰催化过氧化氢溶液的实验，电子秤显示的质
量数据如下图所示（单位为g）。忽略O2 在水中的溶解，计算有多少过氧化氢被分解。 
练习与应用
3. 空间站、火星车、载人潜水器等“国之重器”都大量使用了金属镁。工业上用电
解氯化镁的方法生产镁，反应的化学方程式为  MgCl2 通电 Mg
 +
 Cl2 ↑。现欲电解1 000 kg
含杂质5% 的氯化镁（杂质不参加反应），理论上能生产多少金属镁？
反应前
二氧化锰
过氧化氢溶液
充分反应后
36 .50
369.10
跨学科实践活动3
111
跨学科实践活动3
  基于绿色化学探究实验室制氧气的原理  
活动目标
1. 能基于绿色化学的原则对实验室制取氧气的三种方法作出评价；
2. 认识绿色化学对生态环境的意义，增进对可持续发展理念的认同。
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学。它倡导人类创造出来的化学物质在
造福人类的同时，还要减少或停止产生对人类健康和生态环境有害的物质。你已经知
道了在实验室中可以通过加热高锰酸钾、分解过氧化氢和加热氯酸钾等方法制取氧气，
这三种方法哪一种更符合绿色化学的理念呢？
 活动过程
活动1：了解绿色化学原则
不同于“先污染后治理”的思想和做法，
绿色化学强调从源头上减少或消除污染。
如采用无毒、无害的原料，反应不产生废
物等。国际上认可的绿色化学原则有12 条
（如右表所示），可以用于评估一个化学
反应对环境的友好程度。
其中，“ 原子经济性” 考虑的是在
化学反应中究竟有多少原料的原子进入了
产品之中。当反应物中的原子全部转化成
我们需要的产物，这时的原子利用率为
100%。
请你根据原子利用率的公式，计算实
验室制取氧气三种方法的原子利用率，对比哪一种方法的原子利用率最高。
缩写
绿色化学原则
P
预防废弃物产生
R
使用可再生原料
O
减少或避免衍生步骤
D
使用可降解的化学产品
U 
使用安全的合成方法
C 
使用催化剂
T 
温和的反应条件（温度、压强）
I 
反应过程实时监测
V 
极少的副产物
E 
原子经济性
L 
低毒性的化学产品
Y 
减少意外情况的可能性
第五单元  定量研究化学反应
112
原子利用率=（预期产物的质量/ 全部生成物的质量总和）×100%
制氧方法
化学方程式
原子利用率
分解过氧化氢
加热高锰酸钾
加热氯酸钾
活动2：基于绿色化学评估化学反应
依据绿色化学原则，要评估一个化学反应的环境友好程度，除了考虑原子经济性之外，
还需从原料、过程、产物等方面进行系统分析。例如，在原料方面，可以选择“使用可
再生原料（R）”“使用可降解的化学产品（D）”等原则对反应进行评估。
请围绕上述三个方面，选择相应的绿色化学原则，并进一步查阅资料，对实验室制
取氧气的三个反应进行系统评估，填写下列表格。
绿色化学原则
分解过氧化氢
加热高锰酸钾
加热氯酸钾
原料
过程
产物
综合评估结果，你认为实验室
制取氧气的三个反应哪一个对环境
最友好？
 反思交流
1. 完成实践活动报告，并结合本次活动的体验，谈谈你对绿色化学的认识。
2. 在基于绿色化学评估化学反应时，需要系统考虑多项原则才能作出合理判断。与
同伴进行交流，说一说你在实践活动中是如何选择及权衡这些原则的。
基于绿色化学评估化学反应没有唯一正确
的答案。当你考虑的原则不同，你作出的判断也
会不同。
单元总结
113
单元测评
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
2. 根据化学方程式4NH3 + 5O2 催化剂 
△
 4X + 6H2O，推断X 的化学式为（  ）。
A. N2O5 
 
B. 
N
O  
 
C. 
N
2 
 
 
D. NO2
3. 依据化学方程式2Al2O3 
通电 4Al + 3O2↑，下列信息不正确的是（  ）。
A. 该反应为分解反应
B. 该反应发生需要的条件是通电
C. 该反应中，三种物质的质量比为2∶4 ∶3
D. 制取5.4 kg 金属铝至少需要电解10.2 kg 的Al2O3
当我们研究一个化学反应时，不仅要关注物质种类的变化，而且要分析物质间的质量
关系。一切化学反应都遵循质量守恒定律，你能从分子、原子的视角揭示其中的奥秘吗？
你知道化学方程式所表示的各种信息吗？你能运用化学反应中的定量关系进行有关计算
吗？归纳梳理本单元所学知识，以某一化学反应为例，从宏观变化、微观本质、定量关系、
符号表示等角度分析该化学反应，初步形成从多个视角系统研究化学反应的思路。
单元总结
化学反应中物质
的质量变化
化学反应的
微观本质
化学变化的实质
是原子重新组合
化学反应的
表示方法
质量守恒定律
化学反应中的有关计算
化学方程式
定量研究化学反应
第五单元  定量研究化学反应
114
4. 可以用燃烧法测定某物质的组成。将3.2 g 某物质在O2 中充分燃烧，生成了3.6 g 
H2O 和4.4 g CO2（无其他产物）。下列对于该物质的组成判断正确的是（  ）。
A. 一定含有C、H、O 三种元素
B. 只含有C、H 两种元素 
C. 一定含有C、H 元素，可能含有O 元素           
D. 无法判断 
5. 在一个密闭容器中，有甲、乙、丙、丁四
种物质，一定条件下充分反应，测得反应前后各
物质的质量如图所示。下列说法正确的是（  ）。
A. x
 =
 14 
B. 乙一定是催化剂 
C. 甲可能是单质 
D. 丙和丁的相对分子质量之比一定是9∶8
6. 2022 年北京冬奥会秉持绿色、共享、开放、廉洁理念，首次采用氢气作为火炬燃料，
计算完全燃烧0.4 kg 氢气，理论上需要消耗氧气的质量是多少？
7. 天然气是日常生活中广泛使用的能源，用气安全不容忽视。天然气的主要成分是
甲烷（CH4），甲烷是一种无色无味的气体。在天然气的实际生产运输中，往往会加入少
量乙硫醇，它是一种有特殊臭味的气体。
（1）天然气一旦泄漏便可闻到恶臭味，试从微观视角解释其原因。
（2）甲烷在空气中充分燃烧生成CO2 和H2O，试写出反应的化学方程式。
（3）如果一个三口之家平均一个月使用天然气折合成甲烷后的用量为10
 m
3，那么
这些天然气完全燃烧会产生多少二氧化碳。（通常情况下天然气的密度约是0.70 kg
 /
 m
3）
8. 中华文明气象万千，明代宋应星所著的《天工开物》一书收录了30 多个行业、
130 多项生产技术，被誉为“中国17 世纪的工艺百科全书”。
（1）书中记载了在高温条件下煅烧炉甘石（主要成分是ZnCO3）和煤炭（主要成分是C）
冶炼金属锌的技术，其另外一种产物是一氧化碳气体。若依此法，125 t ZnCO3 最多能炼
出多少金属锌？
（2）书中还有“煤饼烧石成灰”的记载。“烧石成灰”是指煅烧石灰石（主要成分
是CaCO3）使之转化为生石灰（主要成分是CaO），同时得到CO2。时至今日，这仍是
工业上生产生石灰的方法。请计算煅烧1
 000 t 含杂质20%（杂质不分解）的石灰石能得
到多少氧化钙。
甲
20
3
0
3 3
3
5
x
11
质量/g
表示反应前质量
表示反应后质量
乙
丙
丁

115
碳元素在地壳中的含量仅占0.09%，却是地球上与生命关系最密切的元素。
碳原子构筑起了所有生物有机分子的骨架。可以说，没有碳就没有生命世界！不仅
如此，植物生长最需要的养分、人类生存发展最需要的能源、世界上最美丽而坚硬
的钻石都是含碳的物质。正是这些含碳的物质在自然界一刻不停地运动、转化，才
让这个世界生机勃勃，多姿多彩。
让我们开动脑筋，去探究碳和含碳化合物的奥秘吧!
第六单元
 碳和碳的化合物
第一节  认识碳单质
第二节  探究二氧化碳的性质与制法
第三节  综合利用化石燃料
第六单元  碳和碳的化合物
116
还记得金刚石和石墨吗？它们都是由碳原子构
成的单质，但其性质和用途却差异巨大。你可能还
想不到，烧火用的木炭、冰箱中用来除异味的活性炭、
有时用酒精灯加热试管时熏染在试管外壁上的炭黑，
主要成分都是碳单质。这些不同的碳单质在性质和
用途上有哪些差异？又是否存在着共性呢？
一、碳单质的物理性质
碳元素的单质主要有金刚石、石墨和C60 等。由
于构成这些单质的碳原子之间的排列方式不同，形
成了不同的化学结构，因此它们的性质、用途也存
在着明显差异。
图6-2  石墨及其结构模型
图6-3  C60 及其分子结构模型
图6-1  金刚石及其结构模型
第一节  认识碳单质
第一节认识碳单质
117
1. 金刚石  
纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固
体，熔点为3 550
 ℃，不导电，是天然存在的最坚硬
的物质。金刚石用途广泛，如工业上用来制作切割
工具、钻头等；经过精雕细琢后的金刚石璀璨夺目，
可用于制作装饰品、工艺品等。
2. 石墨  
石墨是一种灰黑色、不透明、有金属光泽的鳞
片状固体，熔点为3 652
 ℃。它质地柔软、有滑腻感，
具有良好的导电性能。石墨可用作抗磨剂、润滑剂，
还可用于制造铅笔芯、石墨纤维、电极等。高纯度
石墨可用作原子反应堆的中子减速剂。 
3. C60
C60 是由60 个碳原子构成的形似足球的分子。
由这种分子构成的碳单质是有金属光泽、能发出微
弱荧光的固体，室温下呈紫红色，能导电。C60 分子
的独特结构决定了它特殊的物理和化学性质，使其
在超导、催化、材料、医学及生物等领域具有广泛
的应用前景。
图6-4  碳素墨绘制的中国画《富春山居图》（局部）
第六单元  碳和碳的化合物
118
木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质中的碳单质
在结构上不像金刚石、石墨及C60 那样规则有序，它
们在日常生活及工农业生产中的应用也非常广泛。
如活性炭因其疏松多孔的结构而具有很强的吸附能
力，可用于净化水质、制作防毒面具；炭黑可用于
制造碳素墨水等。
随着研究的深入，与C60 具有相似球形结构的一
类碳单质如 C50、C70、C72、C90 等逐步现身。与此同时，
石墨烯、碳纳米管等的发现进一步丰富了碳材料大
家族。碳材料被认为是一种未来革命性材料。
“撕”出来的石墨烯
石墨晶体中的碳原子是分层排布的。如果将石墨
晶体沿纵向一层层揭开来，每一层都是由多个正六边
形排列而成的（称为石墨烯，如右图所示），最薄的
就是厚度等于一个碳原子直径（相当于头发丝直径的
二十万分之一）的单层石墨片。这么薄的石墨片不
要说肉眼看不见，即使用高倍的显微镜也无法“看
清”其真容，获得一张单层石墨烯薄片真是太难了。
然而这样一个世界性的难题竟然通过撕胶带的办法
解决了。科学家用胶带将石墨片的两面粘住，然后再把胶带撕开，这样反复地粘起来、
再撕开，最终就撕出了只有一个碳原子厚的最薄石墨片。科学家因此获得了2010 年
度诺贝尔物理学奖。
听起来，创造性解决问题的思路来自平凡的生活经验，然而，能用平凡的经验解
决世界性难题却弥足珍贵。
思考：
1. 最薄石墨片的获得给了你怎样的启示？在日常的生活和学习中，你有没有利用
“小窍门”解决“大难题”的成功经验？
2. 查阅相关资料，了解石墨烯的特性与功能。与同学们分享你的收获。
图6-5  单层石墨烯结构示意图
科技创新
第一节认识碳单质
119
二、碳单质的化学性质
碳单质在常温下化学性质不活泼。但在加热或
高温时，碳单质能与氧气、某些金属氧化物及非金
属氧化物发生化学反应。
1. 碳与氧气的反应
氧气充足时，碳充分燃烧，生成二氧化碳，并
放出大量的热。
C + O2 
点燃 CO2
氧气不充足时，碳不充分燃烧，生成一氧化碳，
同时放出热。
2C + O2 
点燃 2CO
2. 碳与氧化物的反应
高温下，碳能与氧化铜等金属氧化物发生反应。
C + 2CuO 
高温 2Cu + CO2↑
在上述反应中，碳夺去了氧化铜中的氧，使化
合物中的铜元素被还原为单质铜。这种含氧化合物
中的氧被夺去的反应，叫作还原反应。碳使氧化铜
发生了还原反应，因此碳具有还原性。碳的还原性
广泛应用于冶金工业，例如将焦炭与铁矿石焙烧，
碳可将铁从它的氧化物矿石中还原出来。
3C + 2Fe2O3 
高温 4Fe + 3CO2↑
碳不仅能还原金属氧化物，也能还原某些非金
属氧化物。
C+ CO2 
高温 2CO 
第六单元  碳和碳的化合物
120
一氧化碳能被氧化为二氧化碳，也能把铜等金
属从它们的氧化物中还原出来。
2CO + O2 
点燃 2CO2
CO + CuO 
△ Cu + CO2
1. 碳元素有金刚石、石墨、C60 等不同形式的单质。由于不同单质碳原子之间的
排列方式不同，因此它们的性质和用途存在明显差异。
2. 单质碳和一氧化碳都具有还原性，可以被氧气和某些氧化物氧化，可以将铜
等金属从其氧化物中还原出来。
长话短说 
一氧化碳是无色无味的气体，它的存在不容易被察觉。当一氧化碳随呼吸进入人
体后，便代替氧气与血液中的血红蛋白结合，使之失去输送氧气的能力，发生一氧化
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。
化学与生活
人造金刚石
由于天然金刚石资源稀少，价格昂贵，人工合成金刚石一直是人们的梦想。
（1）你能否设计实验方案证明金刚石是由碳元素组成的？查阅资料，了解历史上
科学家们是如何发现和证明金刚石的元素组成的。
（2）人们在高温高压催化剂的条件下，将石墨转化为
金刚石，实现了人造金刚石的工业化生产。这个变化是化学
变化还是物理变化，你的理由是什么？
（3）右图是甲烷（CH4）的分子结构模型，对照金刚石
的结构模型，你认为可以用甲烷来合成金刚石吗？你猜测的
依据是什么？
课外探究
图6-6  甲烷分子结构模型
第一节认识碳单质
121
1. 关于碳元素的单质，下列说法正确的是（  ）。
A. 金刚石是硬度最大的天然物质  
B. 石墨既不导电，也不传热
C. 碳单质都不具有还原性  
 
D. 所有碳单质都很容易燃烧
2. 下列物质与其用途对应关系错误的是（  ）。
A. 石墨——润滑剂 
 
 
B. 活性炭——制造掘进机钻头
C. 焦炭——冶炼钢铁 
 
 
D. 炭黑——制造碳素墨水
3. C60 的发现为人类打开了一个崭新的碳世界。关于C60 的叙述不正确的是（  ）。
A. C60 是一种单质                  
B. C60 是由60 个碳原子构成的 
C. C60 不能与氧气反应生成CO2         
D. C60 具有独特性质的原因在于它有独特的结构
4. 用化学方程式表示下列反应。
（1）单质碳在氧气中充分燃烧：
。
（2）一氧化碳还原氧化铜：
。
（3）高温下将铁矿石（主要成分为Fe2O3）与焦炭焙烧：
。
5. 唐代诗人白居易在《卖炭翁》中有下列描述：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中。满面尘
灰烟火色，两鬓苍苍十指黑。”根据上述诗句回答下列问题：
（1）卖炭翁伐薪烧炭的过程中所发生的变化属于物理变化还是化学变化？
（2）从诗中的描述分析，卖炭翁的目的是得到哪种形式的碳单质？此过程中还可能
有什么物质生成？
练习与应用
第六单元  碳和碳的化合物
122
近年来，由于温室效应的问题，许多人越来越不
喜欢二氧化碳了。然而，二氧化碳对于植物来说，就
如同食物对于人和动物一样重要。没有二氧化碳，就
没有生机盎然的绿色世界。让我们去实验室吧，一起
认识二氧化碳的性质并探究制取二氧化碳的方法。
一、二氧化碳的性质
印象二氧化碳
提起二氧化碳，你能联想到什么？比如口感清凉的碳酸饮料，舞台上如梦如幻的云
雾仙境，火灾现场“降妖伏魔”的“神气”，助力花草树木、蔬菜瓜果茁壮成长的气态肥料，
鱼翔浅底时吐出的串串气泡……
以“印象二氧化碳”为题，各小组举行一场关于二氧化碳的演讲吧，把你所认识的
二氧化碳介绍给大家。  
通常状况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体，
密度比空气大。在降温加压时，二氧化碳会变成无
色液体。温度进一步降低，液态二氧化碳可变为白
色雪花状固体（俗称“干冰”）。干冰在升华
①时会
吸收大量的热，是一种环保型制冷剂，可用于人工
降雨、食物储运、制造舞台烟雾效果等。
① 升华是指固态物质不经过液态直接变为气态的现象。
第二节  探究二氧化碳的性质与制法
6-1
活动探究
第二节探究二氧化碳的性质与制法
123
二氧化碳能溶于水，通常状况下，1 体积水大约
能溶解1 体积二氧化碳，增大压强会溶解得更多。
溶于水时，部分二氧化碳与水化合生成碳酸，碳酸
能使紫色的石蕊试液变红。
   CO2 + H2O 
 H2CO3
碳酸不稳定，在常温下就会分解。
   H2CO3 
 H2O + CO2↑
二氧化碳溶于水
1. 如图所示，向一个集满二氧化碳气体的矿泉水瓶中加入约1/3 体积的水，立即拧紧
瓶盖，振荡，观察现象。
2. 取一支试管，从矿泉水瓶中向试管中倒入适量的二氧化碳
水溶液。然后向试管中滴加几滴紫色石蕊试液，振荡，观察现象。
将试管加热，观察现象。
步骤
现象
解释与结论
1
2
图6-7  二氧化碳溶于水
6-2
活动探究
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，转化为葡萄
糖：6CO2 + 6H2O 
光
叶绿素 C6H12O6 + 6O2 。同样是二氧化碳跟水的反应，产物却完全不同，
这说明了什么？
第六单元  碳和碳的化合物
124
二氧化碳还能与氢氧化钙［Ca(OH)2］的水溶液 
（俗称石灰水）反应，生成碳酸钙白色沉淀，使澄
清的石灰水变浑浊。
CO2 + Ca(OH)2 
 CaCO3↓+ H2O
在实验室中常用澄清石灰水检验二氧化碳的存在。
二氧化碳既不燃烧，一般也不支持燃烧且本身
无毒，可用于灭火、作科学实验和工业生产的保护气。
此外，二氧化碳还是工业上生产碳酸饮料以及纯碱、
化肥、医药产品等的重要原料。
二、二氧化碳的实验室制法
在实验室里，通常用石灰石（主要成分是碳酸
钙）与稀盐酸反应来制取二氧化碳，反应的化学方
程式为：
 CaCO3 + 2HCl 
 CaCl2 + H2O + CO2↑
实验室制取二氧化碳的实验装置
通过氧气的学习，我们已经知道了实验
室制取气体的一般思路和方法。请你依据
上述反应原理，设计实验室制取二氧化碳
的实验装置，分析每部分实验装置的作用，
了解实验中应注意的事项。
将你设计的装置与图6-8 所示的装置进
行对比，小组交流讨论各装置的优缺点。
6-3
活动探究
图6-8  实验室制取二氧化碳的实验装置
稀盐酸
石灰石
第二节探究二氧化碳的性质与制法
125
1. 二氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水，不燃烧，一
般也不支持燃烧；能够与水、氢氧化钙等物质发生化学反应。
2. 在实验室里，可利用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳。
长话短说 
二氧化碳气体虽然没有毒性，但在局部环境中含量过高时，会导致人缺氧窒息，
当空气中二氧化碳含量达到20%（体积分数）时，人体在几秒钟内就会死亡。在干涸
的深井底部和一些久未开启的菜窖内，常会积聚较多的二氧化碳气体。因此，在进入
这类地方时，应当先放入烛火试探一下，如果烛火熄灭，千万不能贸然进入。
化学与社会
利用生活物品制取少量二氧化碳
右图是某简易气体制取装置，观察该装置的结构，
分析它是否可用作实验室制取二氧化碳的发生装置。寻
找家庭生活中的废旧物品替代该装置中的不同部分，
以食醋（其中含有醋酸）和纯碱（主要成分为碳酸钠
Na2CO3）为原料，自制二氧化碳。食醋可以用可乐（其
中含有碳酸）代替，纯碱可以用洗净的鸡蛋壳（主要成
分为CaCO3）代替。
课外探究
图6-9  简易气体制取装置
有孔塑料板
第六单元  碳和碳的化合物
126
1. 下列对二氧化碳的利用，既涉及物理性质，又涉及化学性质的是（  ）。
A. 压缩冷凝为液态用于灭火
B. 作为温室大棚中助力蔬菜生长的气肥
C. 冷凝为固体用于人工降雨
D. 作为电弧法焊接金属的防氧化保护气
2. 2022 年北京冬奥会速滑馆——“冰丝带”，是目前
世界上采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的最大的
全冰面场地。其制冰原理是通过施加高压，使二氧化碳变
成跨临界状态的流体，再将这些流体输送到速滑冰面下盘
旋排布的不锈钢制冷管中，为速滑冰面降温。对此过程的
下列说法正确的是（  ）。
A. 二氧化碳分子和水分子发生了化学反应
B. 二氧化碳分子的构成没有发生变化
C. 二氧化碳分子的间隔发生了变化
D. 二氧化碳是大气污染物之一，此技术会造成环境污染 
3. 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？ 
4. 实验室中长期存放石灰水的试剂瓶内壁会形成一层白膜，用稀盐酸可以洗掉这层
白膜。写出上述过程中发生反应的化学方程式。
5. 完成下列小实验，与同学交流你观察到的现象，并分析原因。
（1）将一枚鲜鸡蛋放入一只干净的玻璃杯里，倒入约2/3 杯的白醋( 主要成分为醋
酸），观察现象。
（2）24 小时后，取出鸡蛋，用水清洁鸡蛋壳的表面，观察鸡蛋壳发生的变化。
练习与应用
“冰丝带”中的全冰面速滑场地
第三节综合利用化石燃料
127
图6-10  火电厂火力发电流程图
锅炉
蒸汽
涡轮机
变压器
输电线路
吸水管
发电机
冷凝器
燃料
水
碳元素在自然界中分布很广。除了金刚石、石墨、
二氧化碳等，大量碳元素以化合态的形式存在于煤、
石油、天然气等化石燃料中。这些化石燃料是由远
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。化石
燃料具有哪些性质？人类是如何利用这些性质的？
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。
这类物质在空气（氧气）中燃烧时，碳原子、氢原
子分别与氧原子结合，转化为CO2 和H2O，同时会
以光和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。例如我国很大一部分电能
是由煤燃烧产生的热能转化而来的。
第三节  综合利用化石燃料
第六单元  碳和碳的化合物
128
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。
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，
它们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。
天然气的主要成分是甲烷，是一种清洁能源。用
压缩天然气（CNG）驱动汽车，能够显著改善汽车尾
气带来的污染现象。我国有些农村地区把农作物的秸
秆、杂草、人畜粪便等放在密闭的池子中发酵，可以
产生沼气，沼气的主要成分也是甲烷。
二、化石燃料的综合利用
科学、合理地开发和利用物质为人类服务，是
化学科学认识、创造物质的主要目的。化学家和
化学工程师们在认识化石燃料的基础上，不断创新
应用方式，打开了人类利用化石燃料的新局面。
沥青
柴油
航空煤油
汽油
石油气
润滑油
热的原油
重油
20
 ℃
40
 ℃
70
 ℃
120
 ℃
200
 ℃
300
 ℃
600
 ℃
图 6-11  石油分馏产品及其用途
第三节综合利用化石燃料
129
1. 煤的综合利用
我国的能源资源现状是“富煤、贫油、少气”，
煤炭储量占我国化石能源总储量的90% 以上。能源
消费结构也以煤为主，煤炭消费占比远超世界平均
水平。煤炭燃烧带来的资源浪费和环境污染非常严
重，实现对煤的综合利用已是当务之急。
表6-1  2022 年我国化石能源储量
煤炭/ 亿吨
石油/ 万吨
天然气/ 亿立方米
2 070.12
380 629.30
65 690.12
当前，煤的综合利用主要有煤的焦化、液化和
气化，其产物是化肥、农药、合成材料及冶金等领
域的重要原料。
煤
气  化
使煤在氧气不足的
情况下不充分燃烧
作燃料气和化工原料
CO
H2
CH4 等
液  化
在高温高压下，在
催化剂等作用下使
煤发生裂解并加氢
汽油
煤油
柴油等
作液体燃料
焦  化
在隔绝空气的情况
下加强热使煤分解
图6-12  煤的综合利用
焦炭
煤焦油
焦炉气 
用于金属冶炼、制造电极
作化工原料
2. 石油的综合利用
除了将石油进行分馏获得原料外，石油综合利
用更有价值的途径是改变石油的分子，使大分子断
裂为小分子，再使小分子按需要结合成大分子，
第六单元  碳和碳的化合物
130
随着人们对生态环境要求的不断提高，能源体系
将发生结构性变化，清洁化、低碳化是未来燃料发展
的重要方向。科学家们一方面大力研发化石燃料的高
效清洁利用技术，另一方面积极探索其他可再生的替
代能源，尤其是污染性小的绿色能源，如氢能、太
阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能和核能等，
以保持人类社会与自然的和谐可持续发展。
图 6-13  部分石油化工产品的应用
石
油
燃料
合成纤维
溶剂  润滑剂  洗涤剂 
合成树脂  塑料
合成橡胶
农药  合成药物
1. 化石燃料包括石油、煤、天然气等，是不可再生的重要的能源，应合理开采、
综合利用。煤和石油经加工后的产品具有广泛的用途。
2. 清洁化、低碳化是未来燃料发展的重要方向。
长话短说 
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、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。
第三节综合利用化石燃料
131
调查家用燃料的变迁与合理使用
家用燃料的变迁既反映了科学技术的力量，也承载了社会文明发展的需求。通过
询问长辈、实地考察、查阅资料等方式调查你所在地区家用燃料的变迁。这些燃料从
何而来？其使用会带来哪些问题？你希望使用何种燃料？……讨论以上问题，提出合
理使用燃料的建议。
课外探究
1. 煤、石油、天然气都是宝贵的化石燃料，下列有关说法不正确的是（  ）。
A. 都是不可再生的资源 
 
 
B. 都属于混合物
C. 在地球上的蕴藏量都是有限的  
D. 都不是清洁能源
2. 三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程。它所提供的电能相当于每年燃烧
5 000 万吨原煤的火力发电厂产生的电能。三峡工程的建设和使用有助于减少（  ）。
① 氮氧化物的排放 ② 固体颗粒物的排放 ③ 温室效应 ④ 化石燃料的使用
A. ①②③  
B. ②③④ 
 
C. ①③④ 
 
D. ①②③④
3. 下图是我国2012—2021 年间的能源消费结构。由图中信息不能得到的结论是（  ）。
练习与应用
A. 煤炭始终处于能源主体地位      
B. 煤炭消费占比逐年下降，石油、天然气、新能源消费占比都逐年提升
C. 从2012 年到2021 年，清洁能源消费占比从14.5% 提升到了25.5%
D. 随着时间的推移，能源消费结构在逐渐优化
4. 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。
煤炭
石油
天然气
新能源
单位：%
2020
2019
2018
2016
2014
2017
2015
2013
2021
2012
56
18.5
16.6
8.9
8.4
56.8
18.9
15.9
57.7
19
15.3
8
60.6
18.9
13.6
6.9
62.2
18.7
13
6.1
63.8
18.4
12
5.8
65.8
17.3
11.3
5.6
67.4
17.1
10.2
5.3
68.5
17
9.7
4.8
59
18.9
14.5
7.6
第六单元  碳和碳的化合物
132
碳和碳的化合物是物质世界中最庞大的家族。通过本单元的学习，你认识了金
刚石、石墨、C60 等碳单质的结构、性质及其用途，学习了二氧化碳的性质及其实
验室制法，知道了综合利用化石燃料的一般方法。请梳理总结所学含碳物质的相关
知识，并参考下图思考：物质的组成和结构与其性质和用途有怎样的联系？碳及其
化合物是如何相互转化的？举例说明物质的转化在能量供应、环境保护和能源利用
等方面的重要意义。
单元总结
碳和碳的化合物
碳单质
碳的化合物
性质存在差异
合理利用物质
金刚石
组成
结构
性质
用途
二氧化碳
一氧化碳
分子构成不同
碳原子排列方式不同
化石燃料
石墨
C60
决
定
决
定
单元测评
133
单元测评
1. 金刚石、石墨、活性炭、炭黑都是碳家族的重要成员。下列认识正确的是（  ）。
A. 金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来切割玻璃 
B. 石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属 
C. 活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质 
D. 炭黑制墨所书字画历经千年不褪色说明常温下其性质稳定
2. 下列气体既能使澄清石灰水变浑浊，又可用于灭火的是（  ）。
A. 氢气 
 
B. 氧气  
 
C. 二氧化碳 
 
D. 一氧化碳
3. 实验室用过氧化氢制氧气和用大理石与盐酸反应制二氧化碳相比较，所得结论错
误的是（  ）。
A. 反应都不需要加热 
 
 
B. 反应原理都是分解反应
C. 所用药品的状态相同 
 
 
D. 都能用向上排空气法收集气体
4. 用机械剥离法从石墨中剥离制得的石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导
热性能最强的新型纳米材料。有科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21 世纪”。下列关
于石墨烯的说法不正确的是（  ）。
A. 从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化
B. 石墨烯的导电性比金属强 
C. 石墨烯中的碳原子与金刚石中的碳原子大小相同
D. 石墨烯是一种新型化合物
5. 煤、石油、天然气是当代几乎离不开的化石燃料。下列关于人类使用化石燃料的
说法正确的是（  ）。
A. 化石燃料燃烧会产生许多有害物质，威胁全球生态环境，应坚决抵制
B. 化石燃料对人类社会发展有重要作用，且其导致的环境问题微乎其微，应积极推广
C. 化石燃料带来了一定的环境问题，但也是当今社会重要的能源和物质资源，应合
     理使用
D. 化石燃料从燃烧到综合利用，提高了其利用率，也体现了化学变化在能量转化和 
     物质转化方面的双重价值
第六单元  碳和碳的化合物
134
6. 金刚石、石墨和C60 的化学性质相似，物理性质却有很大差异。其原因是（  ）。
A. 构成它们的原子大小不同
B. 构成它们的原子数目不同
C. 金刚石、石墨和C60 由不同种原子构成
D. 金刚石、石墨和C60 里碳原子的排列方式不同
7. 为了证明二氧化碳的密度比空气大，小明设计了四种实验方案，如下图所示。请
预测每种实验方案可能观察到的现象，并分析通过该实验能否证明二氧化碳的密度比
空气大。
C
CO
C6H12O6
CaCO3
H2CO3
CO2
+O2
+O2
+H2O
①
②
③
c
CO2
b
CO2
a
稀盐酸
石灰石
d
实验室制取CO2
8. 含碳物质之间的相互转化成就了自然界中的碳循环。相比于流程图，框图法是一
种更为简化地梳理物质变化规律的方法。下面的框图给出了一些含碳物质的化学式及部 
分转化关系，其中“→ ”表示一步化学反应即可生成。请用“→ ”补充你所知道的其余
的转化关系，并用化学方程式表示各转化关系。

135
恩格斯指出：“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人同动物
分开。”依靠这种自然力，人类结束了茹毛饮血的历史，开启了利用火创造文明的
征程！但是，火善用为福，不善用则为祸。不仅失控的大火会带来灾难，化石燃料
的大量燃烧，更给人类带来了大气中二氧化碳含量增加和温室效应加剧的困扰。
无论是安全用火，还是“双碳”目标的达成，都需要我们有效解决如何更好地
利用和控制燃烧的问题。
第七单元
燃烧及其控制
第一节  燃烧的条件与灭火的原理
第二节  促进燃烧与防止爆炸
第三节  碳达峰与碳中和
跨学科实践活动4 基于碳中和理念
设计低碳行动方案  
第七单元  燃烧及其控制
136
从钻木取火到冶炼金属，从工业革命时代蒸汽
推动的滚滚车轮，到信息时代新型燃料推动的飞天
神舟，人类从认识火、利用火，到控制火、改造火，
每前进一步都有非比寻常的意义。只有不断深化和
拓展对火的认识，才能有力地驾驭和利用火，更好
地服务社会发展。
图7-1  钻木取火
图7-2  冶炼金属
图7-3  蒸汽机车
图7-4  发射火箭
一、探究燃烧的条件
纸张、酒精等用火柴就能点燃，木块、煤块等
还能用火柴直接点燃吗？用灯帽盖住火焰就能将酒
精灯熄灭，同样的方法能给燃烧正旺的木块、煤块
灭火吗？燃烧这类化学反应需要满足什么条件才能
发生？如何促进或抑制这类化学反应的发生？
第一节  燃烧的条件与灭火的原理
第一节燃烧的条件与灭火的原理
137
控制变量法
科学实验中，如果发现某个事物或问题有多个影响因素（即多个变量），常采用
控制变量的方法，把对多因素的研究分解成对多个单一因素的研究。即每次实验只改
变其中一个因素（称为自变量），而控制其他因素始终保持不变，从而可知被改变的
这个因素对该事物（称为因变量）的影响，然后综合分析所有实验结果，得出最终结论。
方法导引
探究燃烧的条件
1. 如图Ⅰ所示，在500 mL 烧杯中加入300 mL 80
 ℃左右的热水，在水底放入一小块
白磷。然后在烧杯上盖一片薄铜片，铜片上一侧放少量的红磷，另一侧放一小块已用吸
水纸吸过水的白磷，分别用倒置的小烧杯罩住，观察现象。
2. 如图Ⅱ所示，在烧杯中的白磷上方通入氧气，观察现象。
实验操作
实验现象
实验推论
实验Ⅰ
实验Ⅱ
实验结论：燃烧的条件是
。
反思交流：为保证实验结果的准确合理，上述实验过程采取了哪些措施？
图7-5  燃烧条件的探究 
Ⅰ
Ⅱ
热水
白磷
氧气
白磷
薄铜片
热水
白磷②
红磷
③
①
红磷和白磷燃烧都
会产生能污染空气的白
色粉状固体五氧化二磷，
实验过程中要注意通风。
7-1
观察思考
第七单元  燃烧及其控制
138
燃烧条件的定量探究
上述关于燃烧条件的实验探究，如果用数字化仪器来进行，是否会有惊喜呢？以
下是借助氧气传感器做的两组实验：
1. 用氧气传感器测量木条在密闭容器内燃烧至熄灭过程中，容器内氧气含量的变
化。发现当容器内氧气的体积分数降到11.7% 时，木条燃烧停止了。
2. 用蜡烛代替木条进行上述实验，发现当容器内氧气的体积分数降为15.8% 时，
蜡烛熄灭了。
思考：上述实验结果说明了什么？对你有何启示？
7-2
观察思考
图7-6  用传感器测定木条燃烧时容器内氧气含量的变化
图7-7  用传感器测定蜡烛燃烧时容器内氧气含量的变化
氧气含量/
 %
22
20
18
16
14
12
10
10
20
30
40 50 60 70
0
时间
 /
 s
氧气含量/
 %
30
16
18
20
22
60
90
120 150 180
0
时间
 /
 s
计算机
数据采集器
氧气传感器
探头
木条
计算机
数据采集器
无线接收模块
无线发射模块
探头
蜡烛
钟罩
氧气
传感器
第一节燃烧的条件与灭火的原理
139
通过探究我们知道，物质在氧气中发生燃烧反应，
必须同时满足如下三个条件：
（1）物质本身是可燃的（可燃物）；
（2）可燃物与充足的氧气接触；
（3）达到可燃物燃烧所需的最低温度（着火点）。
表7-1  某些可燃物在通常状况下的着火点
可燃物
白磷
红磷
木材
木炭
无烟煤
着火点/
 ℃
40
260
250 ～330
320 ～370
700 ～750
通常所说的燃烧，都是可燃物与氧气发生的剧烈的
氧化反应。虽然不同可燃物的着火点各不相同，燃烧时
产生的现象也不完全一样，但都有氧气参加，并且反应
都会伴有发光、放热的现象。
二、认识灭火的原理
燃烧，既温暖也无情。有些时候，我们需要的
是阻断燃烧、及时灭火。
交流共享
如图7-8 所示，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。火柴在哪种情况下更容易持
续燃烧？为什么？
图7-8  火柴的燃烧
第七单元  燃烧及其控制
140
寻找灭火的方法
下列着火的场景，可以采取哪些方法灭火？采用这些方法灭火的原理是什么？
着火的场景
灭火方法
分析与解释
酒精洒在桌面上引
起着火
用湿布覆盖
湿布可以隔断酒精和空气的接触，使
之缺乏氧气的支持；此外，湿布上的
水分蒸发还可以带走一部分热量，起
到降低可燃物温度的作用
炒菜时油锅着火
森林着火
上述各种灭火方法，其目的归结起来，无外乎下列
三种： 
（1）移走可燃物；
（2）使可燃物隔绝空气（或氧气）； 
（3）降低可燃物的温度（降至其着火点以下）。 
可见，灭火就是破坏燃烧所需的条件。同样的，
预防火灾的措施也是提前破坏能引发燃烧的条件。
7-1
活动探究
第一节燃烧的条件与灭火的原理
141
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. 满足燃烧的全部条件，燃烧反应才会发生。破坏燃烧的任意一个条件，都能
使燃烧停止。
长话短说 
1. 燃烧是你最熟悉的化学变化之一。下列关于燃烧的说法正确的是（  ）。
A. 燃烧一定会带来污染 
 
 
 
B. 燃烧反应都是化合反应
C. 温度一定要达到着火点才能发生燃烧       
D. 燃烧不一定都释放能量
2. 近几年出现了一种“纸火锅”——用纸张代替金属材料做容器盛放汤菜，下方的
酒精燃烧时纸火锅却不会燃烧。对此合理的解释是（  ）。
A. 纸张不是可燃物，不能燃烧
B. 纸张被水浸湿，导致着火点降低
C. 水蒸发时吸热，温度达不到纸张的着火点
D. 空气不充足，纸张不会燃烧
3. 下列描述中，
是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. 请用化学知识解释成语“釜底抽薪”“钻木取火”“火上浇油”。
练习与应用
第七单元  燃烧及其控制
142
火是推动人类文明进步的重要因素，但使用不
当会发生火灾甚至发生爆炸，危及生命安全。科学
利用可燃物的性质、合理调控燃烧反应才能使之更
安全有效地为生产生活服务。
一、促进燃烧的方法
随着“西气东输”工程的全面实施，我国许多
的家庭都使用上了天然气（主要成分是甲烷）。你
观察过天然气在燃气灶上燃烧的情况吗？通常，当
燃烧很旺时，甲烷发生了充分燃烧，火焰呈蓝色；
当调小空气进口时，甲烷就会发生不充分燃烧，则
火焰变为黄色。怎样才能促进燃料充分燃烧呢？
图7-9  甲烷在燃气灶上充分燃烧
图7-10  甲烷在燃气灶上不充分燃烧
第二节  促进燃烧与防止爆炸
第二节促进燃烧与防止爆炸
143
增大氧气的浓度、提高燃烧的温度或增大可燃
物与氧气的接触面积，都能促进可燃物充分燃烧。
含碳的可燃物发生充分燃烧时，其中的碳元
素会全部转化为二氧化碳。甲烷充分燃烧的化学
方程式为：
CH4 + 2O2 
点燃   CO2 + 2H2O
含碳的可燃物发生不充分燃烧时，会生成一氧
化碳（或炭黑）。
显然，燃料不充分燃烧，不仅放出热量少、浪
费燃料，还会生成有害物质污染空气。
二、爆炸是如何产生的
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？
交流共享
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. 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。 
第七单元  燃烧及其控制
144
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。
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？
图7-11  收集和点燃氢气
7-3
观察思考
第二节促进燃烧与防止爆炸
145
图7-12  部分与燃烧和爆炸有关的标志
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
注：表中数据为通常状况（20
 ℃、1.01×10
5 Pa）下的测量值。
多识一点
当心火灾
当心爆炸
禁止吸烟
禁止带火种
禁止放易燃物
禁止烟火
三、合理选择燃料
燃料的使用不仅要考虑其燃烧是否充分、能否
产生足够的热量，还要注意其运输、储存的安全性
等多种因素。因此在实际生产生活中，合理选择燃
料具有极其重要的意义。
第七单元  燃烧及其控制
146
选择合适的燃料
阅读下表提供的信息，思考并讨论问题。
燃料
每产生1 000 kJ
热量的相对花费
点燃
的难易
燃烧时
干净与否
使用的
安全性
主要运输方式
煤炭
1.0
难
脏
安全
汽车、火车或
轮船的货舱
天然气
3.5
易
干净
泄漏会
导致爆炸
专用管道
燃料酒精
5.0 
易
非常干净
易燃
可引发火灾
瓶装或桶装
后汽车运输
木炭
2.0
较难
比较干净
安全
袋装后汽车运输
讨论：烧烤食物、家庭做饭、冬季住宅供暖分别可选择什么燃料？你的理由是什么？
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；
天然气热值高，燃烧时不会污染环境，但是不易储存和
运输……在选择燃料时要充分了解燃料的各种性质，在
综合考虑各方面因素的基础上作出合理决策。
图 7-13  选择燃料时应考虑的因素
是否能稳定地燃烧
价格是多少
使用是否安全
是否易储存和运输
会剩下多少灰烬
是否易于点燃
是否生成污染性气体
能释放多少热量
会产生多少烟
是否容易获取
7-2
活动探究
第二节促进燃烧与防止爆炸
147
与燃烧一样，任何化学反应都需要考虑到反
应物的性质、反应条件及反应中的物质和能量变
化。科学地利用物质的性质，通过控制反应条件
合理地调控化学反应，才能更好地利用化学反应
造福人类。
1. 增大氧气的浓度、提高燃烧的温度或增大可燃物与氧气的接触面积，都能促
进燃烧。
2. 密闭的空间里发生剧烈燃烧导致气体体积急剧膨胀时就会发生爆炸。
3. 严格管理、规范使用才能有效防止易燃易爆物品引起火灾或爆炸事故。
4. 科学利用物质的性质、合理调控化学反应具有重要的意义。
长话短说 
火与安全用火
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，澄清对火的认识。 
2. 查阅资料，总结常用灭火器的灭火原理与使用方法，采取边讲解、边示范的方
式为全班同学举行一次消防讲座。
3. 查阅资料或到消防大队走访，寻找由于对易燃易爆物品管理或使用不当造成爆
炸事故的案例，制作手抄报，宣传对易燃易爆物品严格管理和规范使用的重要性，增
强同学们的安全意识和规范意识。
课外探究
第七单元  燃烧及其控制
148
1. 右图所示是我国古代使用的“火折子”。竹筒帽盖上时，内部
可燃物保留火星。使用时，仅需打开竹筒帽，对着火星轻轻一吹，可燃
物就燃烧起来，其原因是（  ）。 
A. 提供了充足的氧气 
 
B. 可燃物的温度升高了 
C. 可燃物的温度降低了 
 
D. 可燃物的着火点被降低了 
2. 调查统计表明，很多火灾伤亡事故是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. 同是用扇子扇，为什么炉火越扇越旺而蜡烛火焰一扇就灭？
4. 如图所示，把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燃着的蜡烛火焰上，火焰很快就熄灭了。如果预先
把金属丝圈加热，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？
练习与应用
竹筒帽
竹筒
第三节碳达峰与碳中和
149
化石燃料在人类社会的发展进程中发挥了巨大
作用。然而，随着人类对化石燃料的过度开采和利
用，排放到大气中的二氧化碳含量持续升高，由此
引发全球气候变化。碳达峰与碳中和是全世界为应
对过量碳排放带来的全球气候挑战达成的共识。其
中，“碳”指的主要是二氧化碳。实现“双碳”目标，
需要追根溯源，厘清“碳”从哪里来，又可以往哪里去。
在此基础上找准问题解决的方向，开展积极行动。
一、了解自然界中的碳循环
科学家通过高精度的气体分析仪器对大气中二
氧化碳的含量进行了长期连续的测量。图7-14 描述
的是1984 年至2021 年全球平均二氧化碳含量的观
测结果。
① ppm 指百万分比，大气中CO2 含量为340 ppm，就表示在1 000 000 份大气中，含有340 份CO2。
图7-14  1984—2021 年全球平均二氧化碳含量变化
大气中CO2 浓度/ ppm
①
时间/ 年
420
410
400
390
380
370
360
350
340
1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
第三节  碳达峰与碳中和
第七单元  燃烧及其控制
150
碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成
部分。二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳元素
大气中二氧化碳含量增加的原因
1. 观察图7-14 中曲线的形状和走势，想一想：
（1）在不同年度，大气中二氧化碳含量的变化呈现了怎样的趋势？
（2）图中蓝色曲线反映出的同一年度内大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. 观察图7-15（图中数字表示通过不同途径产生或消耗碳量的相对值），分析
二氧化碳产生和消耗的途径，试讨论：
图7-15  自然界中的碳循环示意图
（1）二氧化碳的产生途径有哪些？能解释其原理吗？ 
（2）二氧化碳的吸收途径又有哪些？体现了二氧化碳的哪些性质？ 
（3）从碳循环的角度分析，造成二氧化碳含量增加的主要原因是什么？
（4）二氧化碳的循环对自然界和人类社会有什么重要意义？ 
7-4
观察思考
大气
CO2
化石燃料
燃烧
海洋
生物
深层海水
海底沉积物
土壤
释放
森林火灾
森林砍伐
植物释放
（呼吸作用）
植物吸收
（光合作用）
北方
针叶林
海水吸收
河流
表层海水
海水释放
第三节碳达峰与碳中和
151
参与物质循环的主要形式之一。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，一部分最终转
化为碳酸盐。另一方面，生物的呼吸作用、生物体被
微生物分解、海水中的弱酸分解、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。
在受到人类活动的强烈干扰以前，自然界中
二氧化碳的吸收量与排放量大致相等，大气圈中的
碳循环处于“收支平衡”的闭环模式，地球生态系
统得以健康、稳定地运行。
人类大量开发利用化石燃料，使本应在生物圈、
岩石圈中留存数百年乃至千万年的碳，被大量且迅
速地转化为二氧化碳涌入大气圈；此外大量耕地被
占用、森林的过度砍伐等都会导致植被面积减少，
使植物光合作用消耗二氧化碳的总量降低。当大量
排放的二氧化碳在短期内无法被吸收时，就造成了
碳循环的严重失衡。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，从而带来冰川
融化、海平面上升、生物圈破坏等后果。
二、实现“双碳”目标的路径
修复大气中二氧化碳含量的平衡必定要“降
碳”——促使全球、国家、城市、企业等主体的碳
排放由升转降。在此过程中，碳排放的最高点即碳
峰值被称为碳达峰；达峰之后，人为碳排放与通过
植树造林、碳捕集与封存技术等人为碳吸收达到平
衡，即为碳中和。
图7-16  南极冰川融化速度加快
第七单元  燃烧及其控制
152
2020 年9 月，我国在联合国大会上承诺：中国
将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和
措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努
力争取2060 年前实现碳中和。这一承诺体现了我国
的责任担当，也是我国实现绿色可持续发展的内在
要求。
实现“双碳”目标的思路
碳中和最核心的科学问题是物质转化和能量转换。我们把碳循环过程中向大气中释放
二氧化碳的现象简称“碳排放”，把大气中相对于“收支平衡”的碳循环而言，二氧化碳过
量的现象简称“碳超标”。结合所学，你认为实现“双碳”目标的基本思路是什么？请尝
试完成以下任务：
1. 找出从源头上减少“碳排放”的可行性路径。
2. 研究制定解决“碳超标”问题的方案。
实现“双碳”目标，一方面要从源头上减少化
石燃料的利用，控制二氧化碳的产生，从而减少二
氧化碳的排放。比如开发能替代化石燃料的绿色能
源等。另一方面，对于不得不排放的二氧化碳就要
加大力度促进二氧化碳的吸收和转化。比如通过植
图7-17  中国“双碳”目标示意图
二氧化碳排放量
碳中和
碳达峰
2030
2060
年份 
碳排放
碳吸收
7-3
活动探究
第三节碳达峰与碳中和
153
树造林提高植物的光合作用，通过人工方法对二氧
化碳进行捕集、利用与封存（包括海洋封存、陆地
封存、矿石碳化、地质利用、化工利用、生物利用等）。
总之，依据二氧化碳的性质可以寻求降低大气中二
氧化碳含量的方法，重塑碳循环的健康模式。
“液态阳光”技术
2020 年，千吨级“液态阳光”绿色甲醇示范项目在我国成功运行。它使用的是我
国科学家历时20 年研发出的“液态阳光”技术。该技术以二氧化碳和氢气为原料，在
催化剂作用下合成液体燃料甲醇，以替代化石能源，实现碳的循环利用。每生产1 t
甲醇可消化1.375 t 二氧化碳。我国甲醇主要是以天然气和煤为原料生产，如果全部采
用“液态阳光”技术，每年可转化掉上千万吨二氧化碳，并节省大量的化石燃料。
为满足人民日益增长的美好生活需要，我国面
临着发展经济、改善民生、治理污染、保护生态等
一系列艰巨任务。实现“双碳”目标，时间紧、任
务重，必将是“一场硬仗”，需要大家共同努力！
1. 碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分，人类活动大量开发与利
用化石燃料，导致大气中二氧化碳含量升高，打破了碳循环平衡，影响了全球生态
环境。
2. 碳达峰与碳中和是人类为应对过量碳排放带来的全球气候挑战达成的共识。
3. 实现“双碳”目标，一方面要减少二氧化碳的产生和排放，另一方面要增加
二氧化碳的吸收与转化。
长话短说 
科技创新
第七单元  燃烧及其控制
154
1. 下列关于“碳循环”的说法正确的是（  ）。
A. 人与动植物的呼吸作用不属于“碳循环” 
B. 风能发电不属于“碳循环”
C. 大理石、石灰石等岩石的风化分解不属于“碳循环” 
D. 化石燃料的燃烧不属于“碳循环”
2. 碳中和的基本途径之一是增加对二氧化碳的吸收和转化，有人称其为“增汇”。 
下列有关说法不正确的是（  ）。 
A. 用二氧化碳灭火可以实现“增汇” 
B. 二氧化碳转化为淀粉不仅能实现“增汇”，还具有很高的经济效益 
C. 工业上将煤燃烧产生的二氧化碳压缩封存，用于生产化肥尿素，可以实现“增汇” 
D. 碱性土壤由于富含钙离子，能够吸收二氧化碳转化为碳酸钙沉淀，这一过程属于   
    “增汇”
3. 下图表示的是自然界中的碳循环。 
练习与应用
大气中的CO2
动植物遗骸
植物
化石燃料
海水
岩石
CaCO3
沉积物
动物、人
①
②
③
④
微生物
分解
风
化
（1）途径①消耗空气中的
。
（2）途径②吸收CO2 的量白天比夜晚
（填“多”或“少”）。
（3）途径③中甲烷气体充分燃烧的化学方程式为
。
（4）途径④中，广袤的海洋存储了地球上93% 的二氧化碳，是最大的二氧化碳储
“库”，被称作“蓝碳”，但也要警惕海洋酸化加剧对海洋生态的威胁。造成海水酸化
的反应的化学方程式是
。
跨学科实践活动4
155
跨学科实践活动4
  基于碳中和理念设计低碳行动方案  
活动目标
1. 深化对碳循环、碳中和相关内容的理解；
2. 体验设计个人低碳行动方案的思路与方法；
3. 树立人类命运共同体的意识，强化社会责任。
努力实现“双碳”目标不仅是我国的责任担当，也是每个公民应承担的社会责任。
2022 年，我国居民消费产生的碳排放量约占全国总量的一半。从个人层面践行绿色低碳
生活方式，对实现碳中和目标具有重要意义。如何降低日常生活中的碳排放量？本次活
动你将基于碳中和理念设计你个人的低碳行动方案。
 活动过程
基于碳中和理念设计低碳行动方案的基本思路是什么？日常生活中个人碳排放的主
要来源有哪些？碳排放量是多少？
活动1：估算个人碳排量
不同于工业生产在能源消耗过程中造成
的直接碳排放，个人的碳排放主要是衣食住
行过程中由消费造成的间接碳排放。
1. 我们可以用一个人在一年内，因衣食
住行等活动所消耗的能源，最终转化为排放
到大气中二氧化碳的量，来衡量人类个体活
动对于气候变化的影响。请查阅相关资料，
估算自己在衣食住行方面一年所排放的二氧
化碳的量。
研究发现，一件250
 g 的纯棉T 恤，
在棉花种植过程中排放的CO2 约为
1
 kg；成衣制作环节排放的CO2 约为
1.5
 kg；从棉田到工厂再到商店的运输
过程排放的CO2 约为0.5
 kg；T 恤的多
次洗涤、烘干、熨烫会排放约4
 kg 的
CO2。由此，这样一件纯棉T 恤的二氧
化碳排放总量约为7
 kg，这就是纯棉T
恤的“碳足迹”。
第七单元  燃烧及其控制
156
2022 年，中华环保联合会发布了
《公民绿色低碳行为温室气体减排量
化导则》，推荐了40 项有关个体生活
的绿色低碳行为。例如，使用可持续
原材料生产的衣被、光盘行动、生活
垃圾分类、公交出行等。
2. 通过种植树木，扩大森林面积，利用植物的光合作用来吸收二氧化碳是实现碳中和
的有效途径。假如种植一棵树平均每年最多可以固碳18
 kg，请估算一下，你在衣食住行方
面一年所排放的二氧化碳的量，需要种植多少棵树才能达到碳中和。
日常生活的消耗行为
二氧化碳排放量
需要植树的棵数
衣
食
住
行
活动2：设计低碳行动方案
绿色低碳不应只是一个口号，而应成
为每个人的生活方式。根据上表中你的衣
食住行的碳排放量，提出生活中有利于减
少碳排放的低碳行为，设计你个人的低碳
行动方案。
 反思交流
1. 与同学交流各自的低碳行动方案，寻找方案中具有推广价值的做法，一起绘制一
份低碳行动宣传海报。
2. 结合本单元碳达峰与碳中和的相关内容，进一步查阅资料，了解国家和国际层面
为实现碳中和所采取的措施。
3. 持续记录你践行低碳行动的效果，反思并调整你的行动方案，形成低碳生活的习惯。
单元总结
157
人类在社会文明发展的进程中，不断探索变化规律，利用规律推动社会的进步，并
力求人与自然的和谐相处。本单元，我们从燃烧这一视角纵观社会的发展、分析面临的
挑战，请同学们参考下图整理总结本章所学，并回答下列问题：
1. 燃烧是可燃物与氧气发生的剧烈的氧化反应，控制燃烧就是控制化学反应。请结
合燃烧条件、灭火原理和促燃方法的学习，想一想：控制化学反应的关键是什么？控制
化学反应对于生活和生产有何重要意义？
2. 实现“双碳”目标的关键是控制好二氧化碳的排放和吸收，二氧化碳排放和吸收
的途径有哪些？人们是如何利用物质的性质和转化规律控制、协调人与自然关系的？
单元总结
燃
烧
及
其
控
制
利用变化规律
认识变化规律
燃烧的条件
促进燃烧
灭火的原理
防止爆炸
碳达峰与碳中和
促进人与自然
和谐相处
控制反应的
发生与停止
控制反应的
剧烈程度
控制反应的
方向
控
制
化
学
反
应
趋
利
避
害
第七单元  燃烧及其控制
158
单元测评
1. 对燃烧的认识和控制已经成为人类进化的象征之一。下列关于燃烧的叙述中不正
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
2. 2022 年12 月4 日，我国神舟十四号载人飞行任务取得圆满成功。在穿越大气层
时，神舟十四号载人飞船返回舱会与大气剧烈摩擦，表面产生数千摄氏度的高温。此时，
返回舱表层有一层叫作“烧蚀层”的特殊物质会发生汽化燃烧从而保护返回舱不被烧毁。
下列说法错误的是（  ）。
A. 烧蚀层属于可燃物
B. 烧蚀层在汽化时吸收大量的热
C. 烧蚀层能使返回舱的着火点升高
D. 烧蚀层起到了一定的隔热和隔绝空气的作用
3. 古代取火方法有“木燧”（钻木取火）、“金燧”（用铜制凹面镜聚焦太阳光取火）
和“石燧”（撞击固体产生火星取火）三种。下列说法不正确的是（  ）。
A. 三种方法都是使可燃物升温达到着火点
B.“木燧”时的木材变焦黑是发生了化学变化
C.“金燧”时铜镜表面发生了光的反射现象
D.“石燧”时固体撞击产生的火星提供了可燃物
4. 自然界中的碳循环和氧循环密不可分，对整个地球生态有着极为重要的意义。关
于碳循环和氧循环的下列说法正确的是（  ）。
A. 碳循环和氧循环中“碳”“氧”分别指的是单质碳和氧气
B. 我们每个人都在参与碳循环和氧循环
C. 绿色植物的光合作用使自然界中的碳原子总数减少、氧原子总数增加
D. 碳循环的破坏不会影响到氧循环
单元测评
159
5. 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
。
6. 我国承诺力争于2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和。为达成这一目标，
一方面要减少碳排放，另一方面要增加碳吸收。
（1）煤、石油和天然气的燃烧都会释放
。为尽早实现“碳中和”，
我国在能源结构上应
（填“增大”或“减少”）化石燃料的使用。
（2）利用化学方法吸收CO2 是实现“碳捕集”的方法之一。若用石灰乳（主
要成分是氢氧化钙）“ 捕集”CO2，反应的化学方程式为
。
（3）我国科学家使用纳米纤维作催化剂实现了CO2 到重要的化工原料甲醇的转化。
反应原理如图所示：
上述反应的化学方程式为
。
7. 向盛有足量稀盐酸的烧杯中加入5 g 石灰石，立即将烧杯放在电子秤上称量。在以
后的8 min 内，每一分钟读一次数。记录数据如下：
时间/min
0
1
2
3
4
5
6
7
8
质量/g
92. 0
91. 0
90. 5
90. 2
90. 4
90. 1
90. 1
90. 1
90. 1
（1）在坐标纸上画出上述质量与时间的关系曲线。
（2）表中有一个结果是不合理的，该结果的测得时间
是第
分钟。
（3）借助表中的数据求算所用石灰石中碳酸钙的质量
分数。
烧杯
电子秤
+
+
纳米纤维
氢原子
碳原子
氧原子
160
学生实验1
实验目的
1. 认识常见的化学实验仪器，初步学会使用酒精灯、胶头滴管等仪器。
2. 学会试剂的取用、物质的加热等实验基本操作，学会仪器的连接、装置气密性的
检验等实验技能。
3. 初步学会观察实验现象，记录、处理实验数据及撰写实验报告等技能。
实验原理
规范的化学实验基本技能是安全、顺利地完成实验探究活动的基础和保障。需要动
手与动脑相结合， 并通过多次练习、应用才能掌握。
实验用品
试管、酒精灯、火柴、镊子、试管夹、试管架、药匙、烧杯、玻璃导管、橡皮塞、胶皮管、
铁架台（带铁圈）、陶土网、木条。
氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、酚酞试液、稀盐酸、石灰石、氧化铜、硫酸铜晶体。
实验过程
1. 试剂的取用
（1）向试管中倒入少量氢氧化钠溶液，然后向其中加
1～2 滴硫酸铜溶液，振荡试管，观察现象。用同样的方法，
分别向盛有少量氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液的试管中滴加酚
酞试液，观察现象。
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
氢氧化钠
溶液
氢氧化钠
溶液
硫酸铜
溶液
酚酞
试液
硫酸铜
溶液
酚酞
试液
图1  氢氧化钠溶液、硫酸
铜溶液及酚酞试液
化学实验基本技能训练
学生实验1
学生实验1
161
（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伸进试管口，观察现象。
实验现象
2. 物质的加热
（1）取少量氧化铜粉末，装入试管中，再向试管中加入约2 mL 稀盐酸，振荡试管，
观察现象。然后加热试管，观察现象。
实验现象
（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。
实验现象
3. 仪器连接
按图2 所示连接好仪器。将导管的一端浸入水中，
用手焐热试管，如果导管口有气泡冒出，证明装置连接
完好、不漏气。
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问题。
图2  检查装置的气密性  
162
学生实验2
水的组成及变化的探究
学生实验2
实验目的
1. 知道水在直流电作用下可以分解生成氢气和氧气，氢气在氧气中燃烧可以生成水。
2. 通过水的分解和水的合成推断水是由氢、氧两种元素组成的，初步学习利用物质
的性质和化学反应探究物质组成的基本思路与方法。
实验原理
氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成。依据化学变化中元素种类不变，可以利用
水的分解和水的合成实验推测水是由氢、氧两种元素组成的。
实验用品
水电解器、直流电源、铁架台、烧杯、酒精灯。
蒸馏水、木条、氢氧化钠溶液或稀硫酸、火柴。
实验过程
思考：要推断水是由氢、氧两种元素组成的，需收集哪
些证据？
1. 如图1 所示组装实验仪器，完成后检查水电解器各实
验装置部件，要求玻璃活塞不漏气以及装有电极的橡皮塞不
漏液。
2. 打开活塞，通过中间漏斗注水，使两个玻璃管中充满
水，可加入氢氧化钠或稀硫酸以增强水的导电性。关上活塞，
接通直流电源。观察两个电极和两个玻璃管内液面有何变化。
实验现象
图1  电解水实验装置
直流电源
a
b
+
电极
学生实验2
163
3. 用一根带火星的木条靠近a 玻璃管尖嘴处，慢慢打开活塞，放出少量气体，观察
记录实验现象。
实验现象
4.如图2所示，将一根点燃的木条靠近水电解器b玻璃管尖嘴处，
慢慢打开活塞，放出少量气体点燃，然后在火焰上方罩一个干而冷
的烧杯，观察记录实验现象。
实验现象
反思交流
1. 为确保实验安全顺利，操作过程中应注意哪些问题？
2. 水电解器两个玻璃管中产生的气体的体积为什么不一样？
 图2  点燃b 处气体
164
学生实验3
氧气的实验室制取与性质
学生实验3
实验目的
1. 用高锰酸钾或过氧化氢溶液制取氧气，并选择适当物质，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气体。
实验原理
在实验室中常用加热高锰酸钾或分解过氧化氢的方法制取少量氧气。氧气是一种化
学性质比较活泼的气体，能与铁、碳等多种金属和非金属单质发生化学反应。
实验用品
锥形瓶、分液漏斗、双孔橡皮塞、铁架台、试管、单孔橡皮塞、玻璃导管、胶皮管、
集气瓶、水槽、酒精灯、玻璃片、量筒、坩埚钳、火柴、药匙。
高锰酸钾、10% 的过氧化氢溶液、二氧化锰、棉花、木条、木炭、细铁丝、澄清石灰水。
实验过程
1. 用高锰酸钾制氧气
（1）如图1 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）将适量高锰酸钾装入试管中，使其
平铺在试管底部。在试管口放一小团棉花，
用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管口，根据酒
精灯火焰高度确定试管高度，并将试管固定
在铁架台上。
（3）将两个盛满水的集气瓶用玻璃片盖住瓶口倒扣于水槽中。
（4）给试管加热。当产生连续、均匀的气泡时，再把导管口伸入集气瓶口，待瓶口
有大气泡冒出时，在水面下用玻璃片盖住集气瓶口，小心地把集气瓶移出水槽，集气瓶
口向上放在实验台上。收集满两瓶气体后将导管从水下移出，再停止加热。
图1  高锰酸钾制取氧气
学生实验3
165
2. 用过氧化氢溶液制氧气
（1）如图2 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 10% 的过氧化氢
溶液，并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
液缓缓滴入锥形瓶中，待导管口有连续、均匀
的气泡产生时，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。
3. 氧气的化学性质
（1）木炭在氧气中燃烧
用坩埚钳夹取一小块木炭，在酒精灯火焰上灼烧至红热，立刻插入盛满氧气的集气
瓶中。取出木炭后，在集气瓶中加入少量澄清石灰水，迅速盖上玻璃片振荡。观察并记
录实验现象。
实验现象
（2）铁丝在氧气中燃烧
用坩埚钳夹取一端绑有火柴的打磨过的螺旋状细铁丝，在酒精灯上点燃火柴，待火
柴即将燃尽时，将其伸入盛满氧气的集气瓶中（瓶底预先加入少量水或铺一层细沙），
观察并记录实验现象。
实验现象
反思交流
1. 用高锰酸钾制取氧气时，试管口为什么要放一团棉花？实验结束时，为什么要先
移出导管，再停止加热？
2. 制取氧气操作过程中有哪些注意事项？
3. 要保证铁丝燃烧成功需要注意哪些问题？
图2  过氧化氢分解制取氧气
过氧化氢溶液
二氧化锰
166
学生实验4
实验目的
1. 组装实验装置，制取二氧化碳气体。
2. 设计实验方案，探究二氧化碳的性质。
实验原理
在实验室中通常用石灰石（主要成分是CaCO3）和稀盐酸反应制取二氧化碳。二氧化
碳的密度比空气大，能溶于水，水溶液显酸性；二氧化碳不能燃烧，一般也不支持燃烧；
二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。
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、软塑料矿泉水瓶、玻璃片、
烧杯、火柴。
石灰石、稀盐酸、蜡烛、紫色石蕊试液、澄清石灰水。
实验过程
1. 二氧化碳的制取与收集
（1）如图1 所示连接装置，检查装置的
气密性。
（2）向锥形瓶中装入石灰石，向分液漏
斗中加入稀盐酸。
（3）打开分液漏斗活塞，观察锥形瓶中
发生的现象以及产生气体的颜色。
（4）将导气管伸到集气瓶底部，用向上
排空气法收集气体，过一会儿，用燃着的木
条在集气瓶口检验是否已集满二氧化碳。分别收集一集气瓶和一塑料瓶二氧化碳气体，
用玻璃片盖住已集满二氧化碳的集气瓶，正放在实验台上备用。
二氧化碳的实验室制取与性质
学生实验4
图1  制取与收集二氧化碳
稀盐酸
石灰石
学生实验4
167
2. 探究二氧化碳的性质
（1）将导气管插入盛有澄清石灰水的试管中，观察并记录
现象。
实验现象
（2）如图2 所示，烧杯中放有两支燃着的高低不同的蜡烛。
沿烧杯内壁缓慢倾倒集气瓶中的二氧化碳，观察哪一处的蜡烛先
熄灭。
实验现象
（3）向盛有二氧化碳气体的塑料瓶中加入适量的蒸馏水，迅速拧紧瓶盖，振荡。随
后向瓶中滴入1 ～2 滴紫色石蕊试液，振荡，观察并记录实验现象。
实验现象
反思交流
1. 向放有高低不同蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳时应注意哪些事项？
2. 比较实验室制取氧气和二氧化碳两个实验，总结实验室制取气体的一般思路与方法。
图2  倾倒二氧化碳
CO2
168
学生实验5
燃烧条件的探究
学生实验5
实验目的
1. 利用生活中常见的物质探究燃烧的条件，加深对燃烧条件的理解。
2. 了解通过破坏燃烧的条件可以控制燃烧。
实验原理
通常所说的燃烧是物质与氧气发生的剧烈的氧化反应。要使物质燃烧必须同时满足三
个条件：（1）物质本身是可燃的（可燃物）；（2）可燃物与充足的氧气接触；（3）达到可燃
物燃烧所需的最低温度（着火点）。
实验用品
玻璃棒、酒精灯、火柴、A4 纸、裁纸刀、烧杯、铁架台（带铁圈）。
酒精、水、蜡烛。
实验过程
1. 尝试点燃分别浸过酒精和水的玻璃棒
取一根玻璃棒，蘸取少许酒精后在酒精灯火焰上
点燃。取另一根玻璃棒蘸取少许水，也尝试在酒精灯
火焰上点燃。
实验现象
思考：上述实验探究的燃烧条件是什么？该实验
能否达到这一目的？
2. 对比两种不同情况下蜡烛的燃烧
点燃两支相同的蜡烛，将其中一支用烧杯扣住。观察两支蜡烛燃烧的现象。
实验现象
思考：上述实验探究的燃烧条件是什么？你有更优的实验方案吗？
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。
学生实验5
169
3.“纸船烧水”
取一张A4 纸，裁成两半，折成两只相同的纸船。将一只船放在铁架台的铁圈上，用
酒精灯加热。向另一只纸船中小心注入约一半的水，也放在铁圈上加热，观察并记录实
验现象。
实验现象
思考：分析上述实验现象，你对燃烧有哪些新的理解？
反思交流
1. 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？
2. 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？
附录Ⅰ  初中化学实验常用仪器
170
燃
烧
匙
坩

埚
    用作配制溶液和较大
量液体反应的容器，在常温
或加热时使用。加热时应放
在陶土网上，使受热均匀。
反应容器
烧

杯
锥
形
瓶
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。
试

管
    用作少量试剂的反
应容器，在常温或加热
时使用。加热后不能骤
冷，以防炸裂。
    用作较大量液体反应
的容器和气体发生装置。
在常温或加热时使用。加
热时需要垫上陶土网。
酒
精
喷
灯
酒
精
灯
加热仪器
    用于加热，使用时应注意不能
向燃着的酒精灯里添加酒精，不能
用嘴吹灭酒精灯火焰。
初中化学实验常用仪器
    常用于灼烧固体。
 
 
用于盛放可燃性固
体物质，做燃烧实验。
    火焰温度高于酒精灯，可达1 000 ℃
左右，用于加热需较高温度才能发生
的化学反应。
附录Ⅰ
附录Ⅰ  初中化学实验常用仪器
171
计量仪器
    用于称量物
质的质量。使用
前应注意调节平
衡。
 
 
用于量度液
体的体积，不能加
热，不能作反应的
容器。
固定和支持的仪器
普
通
漏
斗
分
液
漏
斗
用于分离、过滤和导流液体。
分离物质的仪器
 
 
用于测量物
体的温度。
试
管
架
试
管
夹
    用于夹持试管。
铁
架
台
 
 
用于固定和
支持各种仪器。
    用于放置试管。
坩
埚
钳
 
 
用于夹持较
高温度的物品。
量

筒
电
子
秤
托
盘
天
平
温
度
计
    用于称量物
质的质量。
附录Ⅰ  初中化学实验常用仪器
172
存放物质的仪器
水

槽
滴

瓶
集
气
瓶
细
口
瓶
广
口
瓶
    用于存放固体试剂。
用于存放液体试剂。
    用于收集或储存少量气体。
其他仪器
用于存放液体试剂。
    用于排水法收集气体。
试
管
刷
陶
土
网
玻
璃
棒
研

钵
药

匙
    用于引流、搅拌
或转移液体。
    用于研磨硬度不
太大的固体物质。
    用于取用粉末状或
小颗粒的固体试剂。
    用于间接加热，并使
被加热器皿均匀受热。
    用来刷洗试管或
烧瓶等玻璃器皿。
镊

子
    用于取用块状试剂。
附录Ⅱ  相对原子质量表
173
附录Ⅱ
注：1. 相对原子质量加方括号的为放射性元素半衰期最长的同位素的质量数。
       2.［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介于a和b之间。
       3. 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2021年）。
元素
相对原子质量
元素
相对原子质量
元素
相对原子质量
符号名称
符号名称
符号名称
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
氢
氦
锂
铍
硼
碳
氮
氧
氟
氖
钠
镁
铝
硅
磷
硫
氯
氩
钾
钙
钪
钛
钒
铬
锰
铁
钴
镍
铜
锌
镓
锗
砷
硒
溴
氪
铷
锶
钇
锆
［1.007 84；1.008 11］
4.002 602
［6.938；6.997］
9.012 183 1
［10.806；10.821］
［12.009 6；12.011 6］
［14.006 43；14.007 28］
［15.999 03；15.999 77］
18.998 403 162
20.179 7
22.989 769 28
［24.304；24.307］
26.981 538 4
［28.084；28.086］
30.973 761 998
［32.059；32.076］
［35.446；35.457］
［39.792；39.963］
39.098 3
40.078
44.955 907
47.867
50.941 5
51.996 1
54.938 043
55.845
58.933 194
58.693 4
63.546
65.38
69.723
72.630
74.921 595
78.971
［79.901；79.907］
83.798
85.467 8
87.62
88.905 838
91.224
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
铌
钼
锝
钌
铑
钯
银
镉
铟
锡
锑
碲
碘
氙
铯
钡
镧
铈
镨
钕
钷
钐
铕
钆
铽
镝
钬
铒
铥
镱
镥
铪
钽
钨
铼
锇
铱
铂
金
汞
92.906 37
95.95
［97］
101.07
102.905 49
106.42
107.868 2
112.414
114.818
118.710
121.760
127.60
126.904 47
131.293
132.905 451 96
137.327
138.905 47
140.116
140.907 66
144.242
［145］
150.36
151.964
157.25
158.925 354
162.500
164.930 329
167.259
168.934 219
173.045
174.966 8
178.486
180.947 88
183.84
186.207
190.23
192.217
195.084
196.966 570
200.592
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og
铊
铅
铋
钋
砹
氡
钫
镭
锕
钍
镤
铀
镎
钚
镅
锔
锫
锎
锿
镄
钔
锘
铹
［204.382；204.385］
［206.14；207.94］
208.980 40
［209］
［210］
［222］
［223］
［226］
［227］
232.037 7
231.035 88
238.028 91
［237］
［244］
［243］
［247］
［247］
［251］
［252］
［257］
［258］
［259］
［262］
［267］
［268］
［269］
［270］
［269］
［277］
［281］
［282］
［285］
［286］
［290］
［290］
［293］
［294］
［294］
相对原子质量表
（按照原子序数排列）
附录Ⅲ  化学名词索引
174
附录Ⅲ
化学名词索引
单质（elementary substance） 
P61
分解反应（decomposition reaction） 
P41
分子（molecule） 
P31
分子式（molecular formula） 
P66
还原反应（reduction reaction） 
P119
还原性（reducibility） 
P119
核电荷数（nuclear charge number） 
P52
化合反应（combination reaction） 
P42
化合物（compound） 
P61
化学变化（chemical change） 
P6
化学方程式（chemical equation） 
P104
化学式（chemical formula） 
P65
化学式量（formula weight） 
P69
化学性质（chemical property） 
P8
缓慢氧化（slow oxidation） 
P87
物理变化（physical change） 
P6
物理性质（physical property） 
P8
相对分子质量（relative molecular mass）
 
P69
相对原子质量（relative atomic mass） 
P54
阳离子（cation） 
P56
氧化（oxidation） 
P86
氧化物（oxide） 
P86
阴离子（anion） 
P56
元素（element） 
P61
元素符号（symbol of element） 
P62
元素周期表（periodic table of elements）P62
原子（atom） 
P53
原子序数（atomic number） 
P62
质量守恒定律（law of conservation of mass）
 
P102
（按照化学名词汉语拼音字母顺序排列）
元 素 周 期 表
元素符号（红色指放射性元素）
元素名称（注的是人造元素）
相对原子质量（加方括号的数
据为该放射性元素半衰期最长
的同位素的质量数）
原子序数
金属元素
非金属元素
稀有气体元素
1   H
氢
1.008
周期
1   H
氢
1.008
3   Li
锂
6.94
4   Be
铍
9.012
11   Na
钠
22.99
12   Mg
镁
24.30
5   B
硼
10.81
6   C
碳
12.01
13   Al
铝
26.98
14   Si
硅
28.08
7   N
氮
14.01
8   O
氧
16.00
15   P
磷
30.97
16   S
硫
32.06
9   F
氟
19.00
10   Ne
 氖
20.18
17   Cl
氯
35.45
18   Ar
氩
39.95
31   Ga
镓
69.72
32   Ge
锗
72.63
49   In
铟
114.8
50   Sn
锡
118.7
33   As
砷
74.92
34   Se
硒
78.97
51   Sb
锑
121.8
52   Te
碲
127.6
35   Br
溴
79.90
36   Kr
氪
83.80
53   I
碘
126.9
54   Xe
氙
131.3
28   Ni
镍
58.69
29   Cu
铜
63.55
46   Pd
钯
106.4
47   Ag
银
107.9
30   Zn
锌
65.38
48   Cd
镉
112.4
22   Ti
钛
47.87
23   V
钒
50.94
40   Zr
锆
91.22
41   Nb
铌
92.91
24   Cr
铬
52.00
25   Mn
锰
54.94
42   Mo
钼
95.95
43   Tc
锝
[ 97 ]
26   Fe
铁
55.84
27   Co
钴
58.93
44   Ru
钌
101.1
45   Rh
铑
102.9
19   K
钾
39.10
20   Ca
钙
40.08
37   Rb
铷
85.47
38   Sr
锶
87.62
21   Sc
钪
44.96
39   Y
钇
88.91
81   Tl
铊
204.4
82   Pb
铅
207.2
83   Bi
铋
209.0
84   Po
钋
[ 209 ]
85   At
砹
[ 210 ]
86   Rn
氡
[ 222 ]
78   Pt
铂
195.1
79   Au
金
197.0
110 Ds
    ＊
[ 281 ]
111  Rg
  
＊
[ 282 ]
80   Hg
汞
200.6
72   Hf
铪
178.5
73   Ta
钽
180.9
104 Rf
    ＊
[ 267 ]
105 Db
    ＊
[ 268 ]
74   W
钨
183.8
75   Re
铼
186.2
106 Sg
    ＊
[ 269 ]
107 Bh
    ＊
[ 270 ]
76   Os
锇
190.2
77   Ir
铱
192.2
108 Hs
    ＊
[ 269 ]
109 Mt
    ＊
[ 277 ]
55   Cs
铯
132.9
56   Ba
钡
137.3
87   Fr
钫
[ 223 ]
88   Ra
镭
[ 226 ]
57~71
La~Lu
镧系
89~103
Ac~Lr
锕系
67   Ho
钬
164.9
68   Er
铒
167.3
69   Tm
铥
168.9
70   Yb
镱
173.0
71   Lu
镥
175.0
64   Gd
钆
157.2
65   Tb
铽
158.9
66   Dy
镝
162.5
58   Ce
铈
140.1
59   Pr
镨
140.9
60   Nd
钕
144.2
61   Pm
  钷
[ 145 ]
62   Sm
钐
150.4
63   Eu
铕
152.0
57   La
镧
138.9
99   Es
锿＊
[ 252 ]
100 Fm
镄＊
[ 257 ]
101 Md
钔＊
[ 258 ]
102 No
锘＊
[ 259 ]
103 Lr
铹＊
[ 262 ]
96   Cm
锔＊
[ 247 ]
97   Bk
锫＊
[ 247 ]
98   Cf
锎＊
[ 251 ]
90   Th
钍
232.0
91   Pa
镤
231.0
92   U
铀
238.0
93   Np
镎
[ 237 ]
94   Pu
钚
[ 244 ]
95   Am
镅＊
[ 243 ]
89   Ac
锕
[ 227 ]
ⅠA
ⅡA
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
Ⅷ 
Ⅰ B
Ⅱ B
Ⅲ A
Ⅳ A
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
2   He
氦
4.003
镧
系
锕
系
112  Cn
    
＊
[ 285 ]
114 Fl
 
＊
[ 290 ]
115 Mc
 
＊
[ 290 ]
116 Lv
 
＊
[ 293 ]
118 Og
  
＊
[ 294 ]
113  Nh
   
＊
[ 286 ]
117 Ts
 
＊
[ 294 ]
本套教科书是依据教育部《义务教育化学课程标准（2022 年版）》编写的，
供五·四学制地区师生使用。
《义务教育教科书（五·四学制）·化学》第一版依据2001 年《全日制
义务教育化学课程标准（实验稿）》编写，面向全国课改实验区选用。随着课
程改革的深入推进，2012 年我们依据《义务教育化学课程标准》对实验教材进
行了修订。
本次修订充分借鉴了之前教科书的编写经验，坚持正确的政治方向和价值导
向，以发展学生核心素养为宗旨，全面落实化学课程标准的理念和要求，遵循学
生的身心发展规律，力求为广大师生提供“便教利学”的高质量化学教科书。本
套教科书吸取了多年来在教学实践中探索、积累的丰富经验，凝聚了教育专家、
学科专家、教材编写人员、教研人员及一线教师的集体智慧，集中反映了基础
教育课程改革的最新成果。参加本册教科书编写修订的核心作者有亓英丽、梁青、
葛东修、卢巍、齐玉和、范玮、徐迎春等，最后由毕华林、卢巍统稿并定稿。
本套教科书的修订得到了教育部教材局以及教材审查专家的关心指导，以
及山东省五·四学制地区教育行政部门、教研部门的大力帮助和支持。山东、
四川、广西、陕西等省区的广大教研人员、一线教师为本次修订积极开展调研
和审读试教工作。刘文静、白涛、卢姗姗、王雨、施观雪、胡欣阳、张羽、
刘丹阳、马立霞参加了教科书的资料收集、整理和讨论等工作。衷心感谢所有
对教科书的编写、审读、试教、出版等提供过帮助与支持的同仁和社会各界朋友。
教科书出版之前，我们通过多种渠道与教科书选用作品的作者进行了联系，
得到了他们的大力支持，对此我们表示诚挚的感谢！
我们真诚地希望广大教师、学生及家长在使用本套教科书过程中提出宝贵的
意见和建议。我们将本着精益求精的态度，集思广益，不断修订，努力使教科书
日趋完善。
联系电话：0531-82092610；电子邮箱：jiaocai@sjs.com.cn。
 
《化学》教材编写组
  
 
 
 
 
 
 
      2024 年 月
后记