化 学

绪 言


　　我们周围有形形色色、丰富多彩的各种物质，像清新的空气、潺潺的流 水、晶莹的金刚石、乌黑的煤炭、洁白的食盐、闪光的金属、绚丽的塑料等 等。还有食物中所含的淀粉、脂肪和蛋白质，做衣服用的棉花和化学纤维， 造房子用的水泥、黄沙和石子，制造火车、汽车用的钢铁和橡胶等都是物质。 世界上的物质都在不断地变化着。大海中的水可以变成天空中的白云， 飘浮的白云又可以变成雨、雪降临大地。铁矿石能冶炼成坚韧的钢铁，钢铁 也可能变成无用的铁锈。蜡烛能着火燃烧，发出光和热后化作气体散逸到空
中。
　　在日常生活中，你的脑海里一定会有各种各样的问题。例如，空气、水、 钢铁、煤炭、塑料、水泥等物质由什么组成的？为什么世界上有那么多种不 同的物质（据统计约有 1000 万种）？为什么各种物质的性质（颜色、状态、 气味、密度、硬度等）多种多样、各不相同？为什么各种物质会发生不同的 变化（煤炭为什么会燃烧？水为什么可以灭火？铁为什么会生锈）？为什么， 为什么??
要能回答以上这些问题，我们必须学习一门基础自然科学——化学。



什么是化学
物质的变化是多种多样的。在小学自然课里曾讲过水有三种状态。水冷
到 0℃时会结成冰，水蒸发会变成水蒸气。液态的水、固态的冰和气态的水 蒸气都是同一种物质，只是状态发生了变化。固态铁受热到 1535℃熔化成液 态的铁，钢铁厂内炼铁炉里火红的“铁水”就是液态的铁。液态的铁继续受 热到 2750℃时还会沸腾，变成气态的铁。外观不一样的固态铁、液态铁或气 态铁却是同一种物质。我们日常看到的木材做成桌椅、钢轧成钢轨、灯泡通 电发光、音叉敲击后发出声音等变化，都只是物质的状态、形状等发生了变 化，并没有生成其他物质。我们把这种没有生成其他物质的变化叫做物理 变化。
思考
你还能举出几种物理变化的例子吗？ 下面我们通过实验来研究物质的另一类变化。注意观察变化前后物质的
颜色、状态等，以及变化时发生的现象。
　　【实验 1】在一个盛有少量澄清石灰水（含氢氧化钙）的试管里，插入 一根玻璃管，通过玻璃管吹气。观察现象。
　　【实验 2】取一小段用砂纸擦亮的镁带，用坩埚钳夹住，放在酒精灯的 火焰上点燃。观察现象。






　　【实验 3】取少量碱式碳酸铜放在干燥的试管里，用配有玻璃导管的橡 皮塞塞住管口，使导管的另一端伸入盛有澄清石灰水的烧杯里，加热。观察 现象。
　　
实验中观察到的现象列表于下：
实 验
编号 变 化 前 的
物质 变化时发生的现象 变 化 后 生 成 的
物质 1 澄 清 的 石
灰水 通入二氧化碳后，石灰水变
浑浊，生成白色沉淀 碳酸钙（白色） 2 有 银 白 色
光 泽 的 镁 带 点燃后，镁带燃烧，发出耀
眼的白光，同时放出大量热， 留下白色粉末 氧化镁（白色） 3 绿 色 粉 末
状 的 碱 式 碳酸铜 加热后，变成黑色粉末，管
壁出现水滴，石灰水变浑浊 氧化铜（黑色）、
水、二氧化碳

以上实验的共同特征是物质变化时都生成其他物质，这种变化叫做化学
变化。发生的变化也可用下式表示： 氢氧化钙+二氧化碳→碳酸钙+水
镁+氧气氧化镁 碱式碳酸铜氧化铜+水+二氧化碳
我们日常看到的木柴燃烧、铁的生锈、食物的腐败等都是化学变化。
　　物质在发生化学变化时，常伴随发生一些现象，如放热、发光、变色、 生成气体或沉淀等等。根据这些现象，有助于我们判断物质是否发生了化学 变化。
思考
　　点燃蜡烛时，石蜡受热熔化和石蜡燃烧分别是物理变化还是化学变化？ 点燃蜡烛时，石蜡受热熔化是物理变化；而石蜡燃烧生成二氧化碳和水， 是化学变化。在化学变化的过程中一定同时发生物理变化，但在物理变化的
过程中不一定发生化学变化。
物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质，如 颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、密度和溶解性等等，叫做物理
性质。物质在化学变化中表现出来的性质叫做化学性质。例如，镁能在空
气中燃烧，生成氧化镁；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，生成碳酸钙沉淀； 铁在潮湿的空气中能生锈等。
要研究千变万化的物质世界，解释物质变化中无数的为什么，就必须学
习化学。化学是一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的基础 自然科学。
为什么要学习化学
　　我们学习化学，认识化学变化的原理，掌握化学变化的规律，不仅可以 说明生活和生产中的一些化学现象，还可以控制某些变化向着对人类有利的 方向发展。例如，懂得了燃烧的原理，就可以创造条件使燃料燃烧充分，提 高燃料的利用率，还可以知道怎样防火、灭火等。又如，知道了引起环境污 染的有害物质，就可以设法消除污染环境的因素。
　　人们运用化学变化的原理，可以从自然界中提炼、制造出各种有用的物 质，例如，从矿石中提炼出金属。还可以用石油、煤、水等制造出自然界原 来并不存在的塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、药品等物质。
　　
　　学习化学，可以帮助人们研制具有各种特异性能的新材料、研究开发新 的能源、探索生命现象的奥秘、合理利用自然资源、保护生态环境、促进农 业发展和进一步研究物理学、生物学、地学、天文学等自然科学。可见，化 学跟现代社会生活和我国四个现代化建设都有密切关系，学习化学对我们今 后参加社会主义建设和进一步学习都有重要作用。


　　我国是世界上文明发达最早的国家之一，有着光辉灿烂的古代文化。我 国古代的化学工艺和化学知识是祖国文化宝库中的珍贵遗产，也是世界文明 史中的重要篇章。我国是世界上最早发明造纸、制火药、烧瓷器、冶炼黄铜 和白铜等化学工艺的国家。战国时代开始兴起的炼丹术是古代化学的起源。 我国劳动人民在商代就制造出精美无比的青铜器，春秋晚期就会冶铁，战国 晚期就会炼钢，在世界上最早发现并利用石油、煤和天然气。但是到了近代， 我国科学技术的发展停滞了。在解放前，甚至连烧碱、煤油等都要依赖国外 进口。解放后，我国的化学工业、石油工业等都有了很大发展，化学科学研 究也不断取得了新的成就。我国化学工业已发展成为一个具有一定规模、行 业基本齐全的工业部门。1965 年我国科学工作者在世界上用化学方法第一次 人工合成有生物活性的蛋白质，对探索生命奥秘作出重大贡献。我国原子能 的利用、航天技术的卓越成就集中标志着我国科学技术，包括化学科学，已 达到世界先进水平。
建设社会主义的现代化强国需要化学。例如，现代农业需要大量化学肥
料、高效低毒的农药和塑料薄膜等；现代工业需要耐高温、耐腐蚀、不易燃 烧的高分子材料，高强度的合金等；现代科学技术上特殊需要的各种化工产 品，像原子能反应堆用的核燃料，火箭、飞机所用的轻质合金、推进剂，电 子工业用的高纯物质等。制造这些材料和产品都需要用到化学知识。

怎样学好化学
　　要学好化学，首先，要明确学化学的目的。今天我们在学校里辛勤地学 习，明天，我们将献身于社会主义祖国的四化大业。
要学好化学，不仅要遵循一般的学习规律，还要针对化学的特点学习。
化学实验对化学科学的发展起着重要的作用。学习化学一定要认真做好化学 实验。在化学实验中，要正确地进行操作，细致耐心地进行观察，详细、准 确、如实地做好记录，并根据实验得出结论，寻找规律。学习化学一定要理 解基本化学概念和规律，熟悉重要物质的组成和性质。对表示物质的组成和 变化的化学符号要明确含义，经常练习，做到会读、会写、会用。学习化学 要理论联系实际，了解化学知识和技术在工农业中的应用，并能运用所学知 识去解释生活中的简单的化学现象。要使学习取得成效，应该注意培养和保 持对学习化学的兴趣，在学习基础知识和基本技能的过程中，逐步提高自己 的观察能力、思维能力、实验能力和自学能力。
　　希望同学们勇敢地跨入化学科学的殿堂，不辞辛劳，勤奋进取，去挖掘 科学的宝藏。时刻准备着，用火红的青春为社会主义祖国四个现代化的宏伟 大厦添砖加瓦。
　　［课外实验］观察一根蜡烛的颜色、状态、构造，然后点燃，几分钟后 把蜡烛熄灭。观察蜡烛燃烧中的各种现象，并仔细地记录下来。
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【习题】
1.物理变化和化学变化的主要区别是什么？举例说明。
2.下列现象哪些是物理变化，哪些是化学变化？为什么？
（1）玻璃熔化 （2）火药爆炸
（3）纸张燃烧 （4）晒干潮湿的衣服
（5）黄酒变成醋 （6）二氧化碳使澄清石灰水变浑浊
3.根据什么性质可以区别下面各组物质？
（1）水和醋 （2）金属铁和金属铜
（3）酒精和汽油 （4）水和澄清的石灰水

1 水
水是生命的源泉。
　　生命最早从远古的海洋中诞生。生命体的最基本的组成部分就是水。人、 动物和植物体内都含有大量的水分。水是生物体进行新陈代谢的必不可少的 物质。植物必须在水的参与下，才能进行光合作用。动物和人体依靠水作媒 介，跟外界发生物质交换，进行新陈代谢，维持生命活动。没有水就没有生 命。人如果丧失体重 10％～15％的水，就会引起昏迷，甚至死亡。
　　人类的生活和生产都离不开水。植物需要灌溉，动物需要饮水。发展农 业生产，要消耗大量的水。在工业生产中，用水蒸气推动汽轮发电机，用水 作原料生产水煤气、酒精、化肥等许多化工产品，还用水进行冷却、洗涤、 溶解等等。要使水更好地为人类服务，我们必须认识水，研究水的性质。

1.1 自然界里的水 自然界里的水
水（化学符号为 H2O）是人类赖以生存和发展的极宝贵的自然资源。地
球是太阳系中独一无二的多水星球。水在地球上分布非常广泛。



　　地球上的水绝大部分集中在海洋里。海洋占地球面积的 71％，海水占地 球总水量的 96.5％。
海水虽然很多，但是其中溶解有很多物质，不能直接用来灌溉和饮用，
也不能直接用作工业用水。跟人类关系最为密切的淡水只占地球总水量的
2.53％，其中大部分是万年冰冻不化的冰川。冰川主要分布在南极，人类很 难利用。可供人类直接利用的淡水只占地球总水量的 1％还不到。这些淡水 当然是稀少而又珍贵了。人口增多，工农业发展，人类用水量逐年增加，而 有的淡水还受到污染，所以我们要保护水资源，合理用水，节约用水。

混合物和纯净物
　　【实验 1-1】在蒸发皿里滴几毫升天然水（河水、井水等），小心加热， 蒸干，观察水蒸发后在蒸发皿里留下什么。
天然水蒸发后留下的“水斑”，就是水中含有的杂质。海水溶解有食盐
（主要成分是氯化钠，NaCl）等物质又咸又苦；河水含有泥沙浑浊不清。因 为天然水中都含有一些杂质，所以都不是纯净的水。
怎样除去水中的杂质，得到纯净的水呢？



　　【实验 1-2】1.下图是制取蒸馏水的装置，蒸馏烧瓶内装有含杂质的天 然水（或自来水）和一些碎瓷片。对烧瓶加热，给冷凝管通入冷水，观察现 象。
　　2.取两个试管，一个试管中加入 2～3 毫升用于蒸馏的天然水，另一个试 管中加入 2～3 毫升蒸馏后得到的蒸馏水。在两个试管中分别滴入 2 滴硝酸银
（AgNO3）溶液，观察有无现象发生。


从上面的实验可以看到，烧瓶中的水沸腾后，水蒸气沿蒸馏烧瓶的支管
进入冷凝管，在这里冷凝成蒸馏水，流入锥形瓶，成为蒸馏水。在天然水（或 自来水）中加入硝酸银溶液，生成白色沉淀；而在蒸馏水中加入硝酸银溶液， 不生成白色沉淀。
　　天然水在自然界中接触空气、岩石和土壤，其中会溶入各种物质，有时 还会滋生细菌，有的还可能排入工业污水和生活污水，因此天然水中常含有 各种杂质。一般天然水中都溶解有少量含氯（Cl）的杂质，它会跟硝酸银反 应，生成白色的氯化银（AgCl）沉淀。蒸馏水中几乎没有氯等杂质，所以滴 入硝酸银溶液时不产生白色沉淀。像天然水那样的混合物是由多种物质组 成的物质。
　　混合物中各种物质只是简单地混杂在一起，每种物质都保持原有的性 质。蔗糖搀和细砂后，也得到一种混合物。用放大镜仔细观察这种混合物， 可分辨出蔗糖晶体和细砂颗粒。蔗糖保持可以溶解于水和显甜味的性质，而 细砂仍不能溶解于水。混合物没有固定的组成，所以没有固定的性质。
　　蒸馏水里不再含有杂质，只含有水一种物质，所以它属于纯净物。纯净 物是由一种物质组成的，具有固定的性质。研究物质的性质，必须取用纯 净物。物质里含有杂质，会影响这种物质原有的某些性质。例如，水中混有 食盐和泥沙时，不再是无色无味和透明的了，食盐使水有咸味，泥沙使水变 得浑浊。
思考
　　有人说“自来水经过煮沸后是可供饮用的洁净的水，属于纯净的水。” 你认为这种说法对吗？用什么方法证明你的观点？
通常所说的纯净物都不是绝对纯净的。纯净物一般指含杂质很少的较纯
物质。如果所含杂质不会在生产或科学研究中发生有害的影响，这种物质通 常可以看做是纯净物。完全纯净的物质是没有的。用作半导体材料的高纯硅， 纯度高达 99.999999999％，但是仍然含有微量的杂质。


　　〔课外实验〕收集少量雨水（取直接从空中掉下的雨水，经过屋顶流下 的雨水不能用）、锅盖上的冷凝水。在三个试管中分别加入 2 毫升雨水、冷 凝水和自来水，然后各滴入 1～2 滴硝酸银溶液，比较产生白色氯化银沉淀的 多少。从实验现象推测雨水、冷凝水、自来水中哪个最纯？
【习题 1.1】
1.举例说明工农业生产和人类生活中不可缺少水。
2.试判断下列物质是纯净物还是混合物？ 糖水、空气、蒸馏水、汽水、牛奶。
3.写出下列物质的化学符号：
　　氧气 ，氧化镁 ，氧化铜 ，水 ，氯化钠 ， 氯化银 。
　　4.怎样用简明的化学方法区别两瓶液体，其中一瓶是纯净物——蒸馏 水，另一瓶是混合物——硝酸银溶液。

1.2 水的三态变化

　　我们已经知道要研究水的性质，必须取用蒸馏水。水的性质包括物理性 质和化学性质。本节主要研究水的物理性质。
水的物理性质
　　物质的物理性质，一般从哪几方面来认识呢？物理性质包括物质的颜 色、气味、状态、熔点、沸点、密度、溶解性等，它们都是不需要物质经过 化学变化就能表现出来的性质。
纯净的水是没有颜色、没有味道、没有气味的透明的液体。 随着温度的变化，水会发生状态变化。在 101.3 千帕的压强下，液态的
水冷却到 0℃时凝固成固态的冰。因此，水的凝固点是 0℃（或称冰的熔点是
0℃）。在同样的压强下，液态的水到 100℃时沸腾，因此水的沸点是 100℃。 水沸腾变成水蒸气时，体积迅速膨胀。据科学实验测定，1 厘米 3 的水变
成 101.3 千帕压强、100℃时的水蒸气，体积约为 1700 厘米 3，扩大约 1700 倍。
思考
在寒冷的冬天，为什么河面已结冰，而鱼还能在冰下生存？
　　水在 4℃时的密度（ρ）是 1 克/厘米 3。当水结冰时，体积比液态水约 增大 9％。因此，冰的密度比水小，能浮在水面上，起隔热保温作用，冰下 的水仍在流动，鱼儿照样能生存。
水在发生状态变化时，水仍然是水，没有变成其他物质，这种变化属于
物理变化。

分子
　　一定质量的水凝固成冰，冰有一定的体积和形状。冰融化成液态的水， 水有一定的体积但无一定的形状（随盛水容器的形状而变）。水蒸发成水蒸 气，它既没有一定的体积，又没有一定的形状。水的三种状态变化，跟水的 内部结构有什么关系呢？
如果我们取一份水，把它分成两份，那么每一份仍然是水。把其中的一
份再分成两份，每一份仍然是水。如此不断地分下去，最后能保持水的性质 的最小微粒是什么呢？
人们经过长期的科学实验和分析，证实并确信物质都是由许许多多肉眼
看不见的微粒构成的。意大利化学家阿佛加德罗在 1811 年首先提出分子的概 念。构成物质的微粒有多种，分子是构成物质的一种微粒。例如，水是由大 量水分子聚集而成的。又如，氧气是由许多氧分子构成的，蔗糖是由许多蔗 糖分子构成的。


　　分子的体积很小。如果把水分子的直径放大 3 亿倍，它将变成乒乓球那 样大。把乒乓球的直径也放大 3 亿倍，它将变得象地球那样大。在小小一滴 水里，大约有 1.67×1021 个水分子。分子的质量是很小的。例如一个水分子 的质量大约是：
0.00000000000000000000000003 千克，即 3×10-26 千克。 尽管分子非常小，现代科学已能用电子显微镜把分子放大几十万倍，拍
摄出分子的照片。图 1-10 病毒照片中的每一个小亮点表示一个核蛋白分子。 这有力地证明分子是真实存在的。

　　构成物质的分子除了体积小、质量轻以外，还具有哪些性质？我们通过 实验来认识。
　　【实验 1-3】在烧杯中倒入半杯水，然后向其中放入几粒石蕊颗粒，让 水静置并观察。
　　【实验 1-4】1.在试管中盛放 5 毫升氨水，往试管中滴一滴无色酚酞试 液，观察酚酞颜色有什么变化。


　　2.在试管内盛放 2 毫升浓氨水，然后在试管口放一张滴有酚酞试液的试 纸，过一会儿可以看到什么现象。
　　我们可以观察到，石蕊的紫色在水中逐渐扩散，直到整个烧杯中的水都 变成紫色。氨水能使无色酚酞试液变红。滴有酚酞试液的试纸放在盛浓氨水 的试管口，虽然没有碰到氨水，过一会儿后仍然能变红。
思考
　　石蕊色素由石蕊分子构成，氨水中溶解有氨分子。分析上述实验现象， 说明分子具有什么性质。
　　石蕊色素放进水里，水被石蕊染上紫色，证明水中存在石蕊。石蕊能使 整杯水都染上紫色，这说明构成石蕊色素的石蕊分子是在不断地运动着。
放在试管口的酚酞试纸变红，说明氨水中的氨分子不断运动扩散到空气
中，遇到湿润的酚酞试纸就显红色。我们还可以闻到氨气特有的刺激性气味。 这些实验表明，构成物质的分子都在不断地运动。
思考
为什么蔗糖放进水里，过一会儿就不见了，而水却有了甜味？ 让我们再来观察一个实验，分析分子还具有什么性质。
【实验 1-5】取一根长约 60 厘米、内径 8～10 毫米的玻璃管，封住管
口的一端，往管中加入约 2/5 容积的水，再小心地加入等体积的酒精。然后 把玻璃管竖直，在液面最高处做一个标记。接着堵住另一管口，把玻璃管两 端反复翻转，使水和酒精充分混合，再竖直观察，液面高度发生了什么变化。


思考 水和酒精混合后总体积缩小，分析这个现象并推测分子具有什么性质。 当水和酒精混合时，水分子钻到酒精分子的间隙中，也可以说酒精分子
挤到水分子的间隙中，这就使水和酒精混合后总体积缩小。就好象芝麻和黄
豆混合，细小的芝麻粒钻到颗粒较大的黄豆的间隙中，混合后所占有的空间 也缩小了。分析上述实验现象，可以推测，分子之间有一定的间隙。


　　物体一般都有热胀冷缩的现象。当物体受热时，分子运动加剧，分子间 的间隙增大；遇冷时分子运动减慢，分子间的间隙就减小，这就是物体热胀 冷缩的缘故。分子间的间隙大小跟分子间的相互作用有关。水分子之间既有 吸引，也有排斥，处于对立统一中。水蒸气受冷，分子运动减慢，水分子间 相互吸引而冷凝成液体。万吨水压机中的水能承受万吨压力而体积几乎不 变，说明水分子之间相互排斥而保持一定的间隙，在一定条件下水分子之间 的吸引和排斥处在相对平衡中。
　　同种物质的分子性质相同，不同种物质的分子性质不同。由同种分子构 成的物质，称为纯净物。例如水、氧气、蔗糖等。大量的水分子构成纯净的
　　
水。纯净物中只含有同种分子，所以具有固定的性质。由不同种分子构成的 物质就是混合物，例如糖水和空气。糖水由蔗糖和水混合而成，糖水中含有 蔗糖分子和水分子。空气中含有氧气、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）等分子。 混合物中各物质保持各自原来的性质。
　　运用分子的知识，可以帮助我们深入地认识由分子构成的物质所发生的 变化。水分子的存在情况不同引起水的三态变化。当水分子有次序地紧密排 列就形成了固态的水——冰。这时水分子间的间隙较小，相互作用较强，分 子都在固定的位置上作振动。当冰获得能量（如受热），水分子从有序排列 变为无序排列，在一定的体积内较自由地运动，变为液态的水。当水进一步 获得能量，克服分子间的相互作用，间隙增大，变为气体充满整个容器或自 由地向空间扩散。在上述变化过程中，水分子没有变成其他分子，仍然是原 来的物质。物质发生化学变化时，它的分子发生变化，变成别的分子，也就 变成别的物质了。


　　水会变成其他物质吗？水是怎样变成其他物质的呢？让我们在下一节中 研究。
▲〔阅读材料〕
阿佛加德罗和分子学说


　　阿佛加德罗（AmedeoAvogadro，1776～1856）是意大利的化学家，他对 化学的杰出贡献是提出分子假说（理论和学说在未得到证实或公认前，通常 叫假说）。他在 1811 年、1814 年和 1821 年多次发表有关分子假说的论文。 由于当时没有建立分子概念，在解释许多化学定量实验时发生困难。1860 年
9 月首届国际化学会议召开，会议期间各国化学家为原子量问题争论激烈。
会上意大利化学家康尼查罗散发论文，对分子假说作了充分的科学论证。以 后，阿佛加德罗的分子假说终于被各国化学家所接受。从此，它和道尔顿的 原子论一起称为原子-分子论。虽然阿佛加德罗在世时没有看到分子假说被科 学界公认，但是，是珍珠总会放射光芒，真理总有一天会取胜。
【习题 1.2】
1.试用分子的知识解释下列现象：
（1）对气体加压，气体的体积缩小。
（2）湿衣服晾在阳光下会逐渐变干。
（3）放在衣箱里的卫生球（化学成分是萘），隔一定时间就不翼而飞了。
2.下列说法对不对？不正确的请改正。
　　（1）水在液态和气态时，分子都在不断运动；当水在固态时，分子是静 止不动的
（2）水是纯净物，蔗糖也是纯净物，所以蔗糖水是纯净物。
（3）水结冰时，体积膨胀，这说明水分子之间有一定间隙。
3.根据下列化学符号，写出相应物质的名称： MgO ，O2 ，N2 ，H2O 。
CO2 ，NaCl ，AgCl ，AgNO3 。

1.3 水的化学变化


水除了能发生状态变化之外，还会发生什么变化呢？水分子真的不能再
分了吗？下面我们通过实验来作进一步的研究。
水的分解
把水放入水电解器中，通直流电，观察它将发生什么变化。
　　【实验 1-6】1.在水电解器玻璃管里注满水，接通直流电，观察两个电 极和两支玻璃管内液面有什么变化？
　　2.用一根点燃的火柴接近液面下降较多的玻璃管尖嘴部分，慢慢打开活 塞，观察现象。
　　3.用一根带火星的木条接近液面下降较少的玻璃管尖嘴部分，慢慢打开 活塞，观察现象。

　　从实验可以看到，水电解器的两个电极上都有气泡产生，气体汇集在玻 璃管的上部。体积较小的气体能使带火星的木条燃烧起来，这是氧气（O2）； 体积较大的气体能燃烧，这是氢气（H2）。
这个变化可以表示为：
水通电氢气+氧气 H2O H2 O2
　　水转变成跟水的状态和性质都不相同的氢气和氧气。水由水分子构成， 氢气由氢分子构成，氧气由氧分子构成。水通电后，分子发生了变化，所以 水的性质消失了。由此可见，分子是保持物质化学性质的一种微粒。
水在直流电作用下生成氢气和氧气，这是一种有其他物质生成的化学反
应。由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应叫做分解反应。 在水通电后生成氢气和氧气的变化中，水分子发生怎样的变化？分子还
能再分吗？
水分子→氢分子+氧分子


　　在化学反应中，一种物质的分子变成其他物质的分子。这说明分子还可 以再分，分子是由比它更小的微粒构成的，这种微粒就是原子。由分子构成 的物质，它们的分子都是由原子构成的。例如水分子是由氢原子和氧原子构 成的，氢分子是由氢原子构成的，氧分子是由氧原子构成的。
在化学变化中，反应物的分子分裂成原子，原子重新组合，生成另外一
些分子，原来的物质就变成其他的物质了。水分解成氢气和氧气，就是水分 子中的氢原子和氧原子各自重新组合生成氢分子和氧分子。
　　原子是化学变化中的最小微粒，而分子是保持物质化学性质的一种微 粒。

原子非常小，相当于书中句号大小的一粒铁（Fe）屑，其中大约含有 1
×1016 以上个铁原子。如果能把 1 亿个氧原子排成一行，它们的长度也不过
1.5 厘米。 原子和分子一样，也是在不断运动的。
　　用现代科学仪器能拍摄出反映钨（W）原子的照片（图 1-18），图中每 一个小亮点代表一个钨原子。
　　
　　有些物质是由分子构成的，还有一些物质是由原子直接构成的。例如， 钨是由许多钨原子直接构成的，汞（Hg）是由许多汞原子直接构成的，铜（Cu） 是由许多铜原子直接构成的。人类已知的大部分物质是由分子构成。
水跟二氧化碳和氧化钙的反应
　　【实验 1-7】取两个试管，盛相同体积的蒸馏水，向其中一支试管的蒸 馏水里吹气，观察吹入二氧化碳后有无变化。再在两支试管里分别滴入 2 滴 紫色石蕊试液，观察颜色变化。
　　从实验中看到，通入二氧化碳后的液体能使石蕊变红，而蒸馏水不能使 石蕊变红色。这是由于水跟二氧化碳发生化学反应，生成一种新的物质碳酸， 它能使紫色的石蕊试液变红色。
水+二氧化碳→碳酸
H2O CO2 H2CO3
　　【实验 1-8】1.在盛有氧化钙（CaO）的试管中滴加 3 毫升水，振荡， 观察现象。
　　2.将上述液体静置后，倾倒出上层的清液，往清液里滴加 2 滴紫色石蕊 试液，观察现象。



　　我们看到水跟氧化钙（俗称生石灰）接触后有放热现象，上层清液使紫 色石蕊试液变蓝色。这是由于水跟氧化钙反应生成了新物质——氢氧化钙（俗 称熟石灰），氢氧化钙能使紫色石蕊试液变蓝。
水+氧化钙→氢氧化钙
H2O CaO Ca(OH)2
　　酚酞和石蕊是常用的一类特殊化学物质，它们能通过颜色的变化来显示 某些物质的性质，化学中称它们为指示剂。
水跟二氧化碳反应生成碳酸，水跟氧化钙反应生成氢氧化钙，像这种由
两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应，叫化合反应。
思考
　　在绪言里学到的化学反应中，哪些是分解反应，哪些是化合反应？在这 些反应中，哪一种微粒发生了本质的变化？
▲〔阅读材料〕
道尔顿和原子论
远在公元前 5 世纪，希腊哲学家德谟克利特（Democritus，公元前 470～
360）认为，宇宙万物都是由极微小的、不可分割的微粒组成，称这些粒子为 原子（希腊文原意是“不可分割”）。我国著名哲学家墨翟（公元前 479～
381）在《墨经》里也提到物质的“端”，这里的“端”是指物质的最小单位， 有“原子”的意义。这种古代的原子观念，没有科学的实验基础，只是一种 臆测。


　　19 世纪初，化学家对物质变化的研究从定性进入定量。英国化学家道尔 顿（JohnDalton，1766～1844）做了大量实验后发现，氮和氧可以形成五种 不同的化合物，跟一定量的氮相化合的氧的质量成简单整数比。根据大量的 实验事实和严格的逻辑推导，道尔顿终于在 1803 年提出科学的原子论。
道尔顿的原子论使化学从收集材料发展到整理材料，把当时看来互相独

立、没有联系的许多化学定律贯穿在一起，总结了当时的化学研究成果，标 志着化学新世纪的开始，对化学发展起了十分重要的作用。
　　有人曾问起道尔顿成功的秘诀，他回答说：“如果我比周围的人获得更 多成就的话，那主要是——不，我可以说，几乎完全是由于不懈的努力??”
【习题 1.3】
　　1.举出化合反应和分解反应各两个实例，分别用文字式表示它们的变 化。
2.举出水的物理性质和化学性质各两个。
　　3.下述化学反应中，哪些属于化合反应，哪些属于分解反应，哪些既不 属于化合反应，也不属于分解反应？
（1）氧化汞→氧气+汞 （2）木炭+氧气→二氧化碳
（3）氯酸钾→氯化钾+氧气 （4）铜+氧气→氧化铜
（5）水+三氧化硫→硫酸 （6）水+镁→氧化镁+氢气
4.填写下列物质的化学符号：
氢气 ，氧气 ，氮气 ，水 ，镁 ，二氧化
碳 ，氧化镁 ，氧化钙 ，氯化钠 ，碳酸 ，氢 氧化钙 。

1.4 应用水的处理


　　水的用途十分广泛。用途不同，对水质的要求也不同。灌溉用水不能含 较高的盐碱成分，洗涤用水不应含有泥沙，饮用水不允许含致病的细菌，科 学实验和高纯物质制备中，必须应用高纯度的水。在来自不同水源的天然水 中，或多或少含有各种不同的杂质，为了满足不同的要求，天然水需要进行 不同的净化处理。
水的净化方法
　　从净化处理的角度讲，水中的杂质主要是可溶性物质和悬浮物。水中的 悬浮物是不溶解的固体杂质。把不溶于液体的固体物质跟液体分离的一种方 法叫过滤。
【实验 1-9】在漏斗中安放过滤纸制作过滤器，并按图 1-21 装配好过
滤装置。取一杯浑浊的泥水，一部分进行过滤，留下一部分静置。观察过滤 前后泥水浑浊程度的变化，滤纸上残留什么？
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　　泥水经过过滤，变得澄清了，而滤纸上留下泥沙。静置片刻的泥水，虽 然大的泥沙颗粒沉降了，但仍然相当浑浊。水中不溶解的固体小颗粒难以靠 静置的方法使它沉降下来。


　　【实验 1-10】取一杯泥水加入明矾溶液，搅拌后静置。另取一杯泥水 静置作比较。
　　明矾溶于水后会产生一种絮状沉淀，它能吸附水中不溶性的微小固体颗 粒，形成较大颗粒而沉淀，使悬浮物容易被沉降或过滤除去。
思考
　　蒸馏和过滤都是使混合物分离提纯的方法，这两种方法应用的范围有什 么不同？
　　
自来水的生产
　　过去，人类主要是依靠天然淡水为生的。随着时代的进步，人类的生产 规模和生活水平获得迅速的发展和提高，对水在质量和数量上的需求也日益 增加。为了确保人民的健康，保证各行各业生产和工作的需要，应该生产符 合要求的洁净的自来水。
　　自来水的主要生产过程可分取水、加药、混凝、沉淀、过滤、供水等六 个部分，分别简述如下：



　　自来水经过杀菌消毒，成为比较洁净的水。但是水从自来水厂通过很多 管道输送到用户，还可能被污染，因此不能饮用生水。应将自来水煮沸杀菌 后方可饮用。
　　“自来水”并不是“自己而来”，每滴自来水来之不易，人人都应该注 意节约用水。
保护我们的水源
　　各种天然水中，和人类生活、工农业生产关系最为密切的是淡水。人类 可以利用的淡水只占地球总水量的 1％还不到，这就是我们通常说的水资 源。这些水分布在地下、湖泊、江河、沼泽、大气和生物体内。
我国的水资源居世界第 6 位。但是，按人口计算，每个人平均占有的水
量约为世界各国人均占有量的 1/4，排列世界各国的第 88 位，因此我国是水 资源比较贫乏的国家。又因为每年的降雨量主要集中在夏季，降雨地区集中 在东南沿海和长江以南的地区，造成水资源在时间上和地区分布上不均衡。 因此，我国广大的北方和大西北经常受到干旱的威胁，北方的许多大城市都 不同程度地存在缺水问题。为了保障人民的生活，满足社会主义现代化建设 的需要，我们应该科学地、合理地开发利用我国的水资源，并且要保护水资 源不受到污染。
在用水的过程中，人类的经济和生活活动中产生的大量废物可能被带进
天然水源，使本来就显得紧张的水源受到污染。工业生产中的废渣、废液、 废气（三废）不经处理就排放，农业生产中大量使用农药和化肥，还有城市 生活污水都会污染水源。在被污染的水源中，含有许多种对动植物和人体有 害的物质和病菌。有的物质虽然无毒，但在分解时消耗水中大量的氧气，危 及水中动植物的生命。如果人饮用了被污染的水，会中毒致病；工农业生产 中使用了被污染的水，会降低产品的质量，甚至变废品。


　　人类生存需要水，工农业生产需要水。为了我们中华民族的生存和四化 大业，应该采取强有力的措施，保护我们的水源不被污染。所有工矿企业都 要坚决执行国家政府的环境保护法令，工业污水一定要经过净化处理后才能 排放。保护水源不被污染是我们每个公民的神圣职责。
▲［阅读材料］
硬水及其危害
　　天然水长期跟空气、岩石和土壤等接触，水中溶解有很多种溶质。有的 天然水里含碳酸氢钙［Ca（HCO3）2］和碳酸氢镁［Mg（HCO3）2］比较多，有 的含硫酸钙（CaSO4）、氯化钙（CaCl2）、硫酸镁（MgSO4）或氯化镁（MgCl2）
较多，这些水叫做硬水。这些溶质会影响水的质量。水质的好坏对生产和生

活影响较大。 饮用水中含有微量的钙、镁成分，对人体健康是有益的。但是，水中含
太多的钙、镁成分，对生活和生产都有危害。用硬水洗涤，不仅浪费肥皂， 而且会在织物上积有肥皂跟钙、镁反应后生成的沉淀，不容易洗干净。硬水 有苦涩味，饮用硬水会使人的胃肠功能紊乱，出现不同程度的腹胀、腹泻和 腹痛。工业锅炉大量烧水，如果使用硬水，就容易在锅炉内壁和管道内积有 水垢。这会大大降低锅炉的导热能力，造成燃料的浪费。另外，当水垢爆裂 脱落时，造成炉壁局部受热不均，会引起锅炉爆炸。因此，工业锅炉不能使 用硬水，一定要将硬水处理，除掉其中大部分的钙、镁成分变成软水后，才 能使用。
回家观察一下水壶或热水瓶底部，是否积有水垢？
　　［课外实验］动脑筋利用家庭里的器具（竹筷、玻杯、塑料漏斗、餐巾 纸、瓷碗），提纯混有少量泥沙的粗盐。
【习题 1.4】
　　1.如果要除去液体中不溶解的固体杂质，可以采用的方法是 ；如 果要除去液体中溶解的固体杂质，可以采用的方法是 。
　　2.自来水生产中，需加入 进行杀菌消毒，加入 使悬浮物凝 聚，通过 池除去固体杂质。
3.调查一下，你的学校周围存在哪些污染水源的因素？现在正在采取什
么有效措施防止水污染。

本章提要


　　1.水在自然界里的分布，水是宝贵的自然资源。防止水的污染，节约用 水。
水的净化方法：过滤，蒸馏。
自来水的生产：加氯气消毒，加明矾使悬浮物凝聚，过滤除去沉淀。
2.水的性质
（1）水的物理性质：水是没有颜色、没有味道、没有气味的液体。在
101.3 千帕压强时，水的沸点是 100℃，水的凝固点是 0℃。水的密度（ρ）
是 1 克/厘米 3（4℃）。
（2）水的化学性质：
H2OH2+O2 （分解反应）
（水）（氢气）（氧气）
H2O+CO2→H2CO3 （化合反应）
（水）（二氧化碳）（碳酸） H2O+CaO→Ca（OH）2 （化合反应）
（水）（氧化钙）（氢氧化钙）
3.物质的构成和组成
　　（1）分子、原子都是构成物质的微粒。有些物质是由分子构成的，有些 物质是由原子直接构成的。
　　（2）分子是保持物质化学性质的一种微粒。同种物质的分子，性质相同； 分子都在不断地运动着；分子之间都有一定的间隙。分子在化学变化中可以
　　
再分。
　　（3）原子是化学变化中的最小微粒。原子在化学变化中不能再分，也不 会变成其他种原子。由分子构成的物质，其分子都是由原子构成的，原子都 在不断地运动着。
　　（4）纯净物：由一种物质组成。对由分子构成的物质来说，纯净物中只 含有同种的分子。纯净物具有固定的组成和性质。
　　混合物：由多种物质组成。对由分子构成的物质来说，混合物中含有多 种不同的分子。混合物没有固定的组成和性质。
4.物质的变化
　　（1）物理变化：物质的分子没有变成其他物质分子的变化。如蒸发、凝 固、扩散等等。
　　（2）化学变化：物质的分子变成其他物质分子的变化。其实质是原物质 分子中的原子重新组合成新物质的分子，而原子本身没有变成别的原子。
（3）分解反应：由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应。 A→B+C+??化合反应：由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应。 A+B+??→C
5.化学符号
氢 H、碳 C、氮 N、氧 O、氯 Cl、钠 Na、镁 Mg、钙 Ca、铜 Cu、银 Ag。
氢气 H2、氮气 N2、氧气 O2、氯气 Cl2、水 H2O、二氧化碳 CO2、氧化镁 MgO、
氧化钙 CaO、氧化铜 CuO、氯化银 AgCl、氯化钠 NaCl、硝酸银 AgNO3、氢氧
化钙 Ca（OH）2、碳酸 H2CO3。

复习题


A
1.填写下表中的空格：
2.在下列物质名称后填写相应的化学符号：
　　氢气（ ）、氧气（ ）、氮气（ ）、水（ ）、氧化镁（ ）、 氧化钙（ ）、氯化钠（ ）、氯化银（ ）、碳酸（ ）。
3.在下列物质中，哪些是混合物？哪些是纯净物？
　　自来水、蒸馏水、氧化镁、蔗糖、氧气、二氧化碳、空气、糖水、石灰 水。
4.选择（把答案的编号填在相应的空格里，每小题只有一个答案）
（1）下列说法中，错误的是 。
（A）同种物质的分子，它们的性质相同
（B）物质都是由分子构成的
（C）分子是保持物质化学性质的一种微粒
（D）分子都在不断地运动着
（2）下列有关原子的叙述中，错误的是 。
（A）原子是化学变化中的最小微粒
　　　（B）在化学反应中，反应物的分子转变成生成物的分子，而构成分子 的原子本身却没有变
（C）在化学反应中，分子发生了变化，构成分子的原子也转变成其他

的原子
（D）原子和分子一样，也在不断运动着
（3）下列各组物质中，都属于混合物的一组是 。
（A）食盐、蒸馏水
（B）蔗糖、空气
（C）自来水、海水
（D）雨水、蒸馏水
（4）下列变化中，属于化学变化的是 。
（A）把自来水蒸馏得到蒸馏水
（B）把泥水过滤得到澄清的水
（C）把水通电得到氢气和氧气
（D）把糖溶解在水中得到糖水
（5）下列性质中，属于水的物理性质的是 。
（A）水电解后能生成氢气和氧气
（B）水跟生石灰结合变成熟石灰
（C）水跟二氧化碳结合变成碳酸
（D）水在 101.3 千帕、100℃时沸腾
　　5.按例（1）用文字方程式（物质下面写化学符号）表示下述变化，并注 明化学反应是化合反应还是分解反应。
（1）镁带在空气里燃烧：
镁+氧气氧化镁
Mg O2 MgO 化合反应
（2）水通直流电后生成氢气和氧气：
（3）木炭在空气里燃烧（即和氧气反应）生成二氧化碳：
（4）水和二氧化碳反应：
（5）水和氧化钙反应：
（6）氧化汞（HgO）受热生成汞和氧气：

B
6.在下列空格中，选择填上“原子”或“分子”： 在氧化汞加热分解的实验中：氧化汞受热后，每个氧化汞 分成汞
和氧两种 ，许多汞 聚集而成金属汞，氧 不能独立存在，
每两个氧 又结合成一个氧 ，许多氧 聚集成氧气。由此说 明；（1）有的物质可以由 直接构成，有的物质由 构成。（2）
在化学反应中还可以分， 是化学反应中的最小微粒。
　　7.用文字方程式（物质下面写化学符号）表示下述变化，对其中属于分 解反应或化合反应的加以注明。
（1）铜和氧气反应生成氧化铜
（2）镁和水蒸气在加热条件下反应生成氧化镁和氢气
（3）生石灰放入水中生成熟石灰
（4）碳酸受热变成水和二氧化碳
（5）氯化钠和硝酸银反应生成氯化银和硝酸钠（NaNO3）
*（6）碱式碳酸铜［Cu2（OH）2CO3］受热发生反应

　　8.有两瓶无色透明的液体，其中一瓶是食盐水，另一瓶是蒸馏水，用两 种方法（不能尝味道）加以鉴别，并说明利用的是物理性质还是化学性质。
　　9.阅读下面的文章，并指出氯气的物理性质有哪几点？化学性质有哪几 点？
在通常状况下，氯气呈黄绿色，有剧烈的刺激性气味。氯气在 1.01×105
帕时，冷却到-34.6℃，变成液态氯。继续冷却到-101℃，变成固态氯。红热 的铜丝在氯气里会燃烧起来生成棕黄色的烟［这是氯化铜（CuCl2 ）的小颗
粒］。氢气也能在氯气中燃烧，呈现苍白色火焰，生成氯化氢（HCl）。在常 温下，1 体积的水能够溶解约 2 体积的氯气。溶解的氯气中有一部分跟水反 应，生成盐酸和次氯酸。

2 化学符号


　　自从 19 世纪初，道尔顿提出近代原子学说，阿佛加德罗提出分子概念， 形成了原子-分子论以后，化学才开始成为一门科学。科学在不停步地前进， 人们对原子和分子的认识也在深入。到 20 世纪初，人类开始揭示原子内部的 秘密。化学家在运用原子、分子的理论研究物质的性质和变化时，创造了一 种化学符号——元素符号和化学式。

2.1 原子结构的初步知识


　　道尔顿的原子学说曾经起了很大作用。他认为原子是微小的、实心的、 不能再分的小球。原子是不是像一些坚硬的、实心的、不可分割的小球。
经过科学家进一步的研究，发现原子还有更精细的结构！ 原子核和核外电子 精确的实验证明：任何原子都是由居于原子中心带正电的原子核以及核
外带负电的电子构成的。原子核的体积只占原子的几千亿分之一，相对来说， 原子里面有一个“很大”的空间，电子在这空间作高速运动。
原子核由质子和中子两种微粒构成。每个质子带 1 个单位正电荷，中子
不带电。由质子和中子聚集而成的原子核，它所带的正电荷数（即核电荷数） 等于核内质子的数目。原子不显电性，说明原子核和核外电子所带的电量相 等，电性相反，即原子内的质子数跟电子数相等。
不同种类原子的质子数不同。例如，氧原子核内有 8 个质子，原子核带
8 个单位正电荷，核外有 8 个电子。氢原子核内有 1 个质子，原子核带 1 个 单位正电荷，核外有 1 个电子。

练习
碳原子的核电荷数是 6，碳原子中有几个质子和几个电子？钙原子核外
有 20 个电子，那么钙原子中有几个质子？核电荷数是多少？ 在含有多个电子的原子里，各个电子的能量并不相同，能量低的，通常
在离核较近的区域运动，能量高的，通常在离核较远的区域运动。因此各个
电子在原子核外分层排布。人们用原子结构示意图表示原子的核电荷数和电 子层排布。小圈和圈内的数字分别表示原子核和核内质子数，弧线表示电子 层，弧线上面的数字表示该层的电子数。
表 2-1 几种原子的原子结构示意图


我们已经了解原子的构成，原子的质量又应该怎样衡量呢？
相对原子质量

原子由质子、中子和电子构成，根据实验测定质子的质量等于 1.6726×
10-27 千克，中子的质量等于 1.6749×10-27 千克。质子和中子的质量大致相 等，都接近于电子质量的 1840 倍。跟质子、中子相比，电子的质量很小，所 以原子的质量主要集中在原子核上。
　　各种原子的质子、中子、电子数目不同，所以不同原子的质量各不相同。 例如：一个氢原子的质量是：
　　0.00000000000000000000000000167 千克，即 1.67×10-27 千克；一个碳 原子的质量是：
　　0.00000000000000000000000001993 千克，即 1.993×10-26 千克；一个 氧原子的质量是：


0.00000000000000000000000002657 千克，即 2.657×10-26 千克。 这样小的数字，记忆、书写和使用都不方便，因此一般不用原子的实际
质量，而采用原子的相对质量。国际上以一种碳原子的质量的 1/12 作为标 准，其他原子的质量跟它相比较所得的数值，就是这种原子的相对原子
质量（符号 Ar ）。用这个标准推算，可以得出氢的相对原子质量约等于 1，
氧的相对原子质量约等于 16??。 相对原子质量只是比值，所以没有单位。常见元素的近似相对原子质量
见表 2-2，准确的相对原子质量见附录Ⅰ国际相对原子质量表。
讨论
　　一个原子的质量跟相对原子质量有什么不同？分子由原子构成，分子的 质量应该用哪一种方法表示更适合？
▲［阅读材料］
科学家探索“原子王国”的历史
　　原子内部是怎样的结构？许多科学家在揭开原子内部奥秘的崎岖小路上 探索前进。

卢瑟福的核式结构


　　英国科学家卢瑟福用比电子重 7000 倍的带正电荷的粒子作炮弹打击很 薄的金箔，他发现绝大部分“炮弹”都能顺利地穿过金箔，只有大约万分之 一的“炮弹”从金箔上反弹回来。显然，原子内部有很大的空隙，粒子“炮 弹”可以无阻挡地穿过；折回的带正电的粒子不可能是撞上了带负电的电子， 而是撞击到质量比电子大得多的带正电的粒子。万分之一的反弹几率说明这 种粒子的体积很小。


　　卢瑟福把原子中这种带正电荷、体积很小而质量比电子大得多的粒子叫 原子核，从而提出原子的核式结构模型。

玻尔的原子模型


　　电子带负电，原子核带正电，异性电荷相吸，为什么运转中的电子不会 掉到原子核上去呢？玻尔根据科学实验和物理学的理论指出，原子核外有固 定的轨道，电子只能在这些固定的分层的轨道上运动，原子核外有多个电子
　　
时，这些电子的排布遵循一定的规律。 课文中的原子结构示意图表现的就是玻尔的原子模型。

探索在继续


　　几代科学家都投身于原子结构的研究，经过近百年的努力，人们认识到， 原子中的电子以极高的速度在极小的原子核外空间运动，它们的运动状况只 能用电子在核外某空间单位体积中出现机会的多少来描述，电子只是在某些 区域出现的机会较多。
　　后来，人们又发现构成原子的微粒不只是质子、中子、电子，还有正电 子、介子、超子等基本粒子。20 世纪 70 年代以美籍华人丁肇中教授为首的 实验小组又发现新的基本粒子——J 粒子和胶子。


　　人类对原子结构的认识还在不断深化，科学的新发现一个个涌现，原子 王国的秘密一个个被揭开。为了彻底揭开原子的秘密，科学家仍在不断努力。
【习题 2.1】
　　1.下列几种说法中，哪些是正确的？哪些是错误的？请把错误的叙述改 正。
（1）原子不显电性，说明原子内的电子数等于中子数。
（2）同种原子内的质子数相同。
（3）含有相同中子数的原子，一定是同一种类的原子。
（4）原子是最小的结构微粒。
　　2.以氧原子为例，说明构成原子的微粒有哪几种，它们是怎样构成原子 的。
3.填空
原子 质子数 核电荷数 电子数
A 9
B 12
C 7





　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.2 元素符号化学式

元素和元素符号
　　水电解生成氢气和氧气，木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳，无论是水、 氧气或者二氧化碳，这三种分子内都含有氧原子，这些氧原子的核内都含 8 个质子，是同一种类的原子。我们把具有相同质子数（即核电荷数）的同 一类原子总称为元素。例如，原子核内有 1 个质子，核电荷数为 1 的原子 都属于氢元素；原子核内有 6 个质子，核电荷数为 6 的原子都属于碳元素。 无论哪一种物质中的氢原子都是氢元素，无论哪一种物质中的碳原子都是碳 元素。到目前为止，人们已经发现 100 多种元素。

为了便于表述，每种元素都有各自的名称和符号。例如，用符号 O 表示

氧元素，用符号 H 表示氢元素，这种符号叫做元素符号。 国际上为了便于交流，元素符号统一用该元素拉丁文名称的第一个大写
字母表示。例如，碳元素用 C 表示，硫元素用 S 表示。如果几种元素符号的 第一个字母相同，就附加一个小写字母来区别。例如，氮元素用 N 表示，钠 元素用 Na 表示，氖元素用 Ne 表示。
元素符号既表示一种元素，还表示这种元素的一个原子。 一些常见元素的名称、符号和一般化学计算时采用的相对原子质量（近
似值）见表 2-2。
表 2-2 一些常见元素的名称、符号、相对原子质量（近似值）
元素
名称 元素
符号 相对
原子 质量 元素
名称 元素
符号 相对
原子 质量 元素
名称 元素
符号 相对
原子 质量 氢 H 1 镁 Mg 24 钙 Ca 40 氦 He 4 铝 Al 27 锰 Mn 55 碳 C 12 硅 Si 28 铁 Fe 56 氮 N 14 磷 P 31 铜 Cu 63.5




（续表）
氧 O 16 硫 S 32 锌 Zn 65 氟 F 19 氯 Cl 35.5 银 Ag 108 氖 Ne 20 氩 Ar 40 钡 Ba 137 钠 Na 23 钾 K 39



地壳和人体中的元素
　　自然界中各种元素的含量相差很大。地壳主要是由氧、硅、铝、铁、钙、 钠、钾、镁、氢等元素组成的，上述 9 种元素占地壳中各种元素质量的 98.8
％。其他元素虽然含量很少，但是在自然界所起的作用却不小。例如，碳、
氢和氮对动植物就有非常重要的作用。 人是自然界的组成部分，人体也是由各种元素组成的。迄今为止，在人
体中已经发现了约 60 种元素。人体的质量 99.9％以上属于氧、碳、氢、氮、
钙、磷、硫、钾、钠、氯、镁这 11 种元素，这些元素称为人体的宏量元素。 其余元素不到体重的 0.1％，因为它们在人体内含量甚微，所以叫做人体的 微量元素。每种元素，不管是宏量元素或者微量元素，都有它特殊的生理功 能。
　　地球从开始形成、发展到现在，经历了 40 多亿年漫长的历史，不仅创造 了千姿百态的大自然，产生各种各样的生物群，还从中进化发展出人类。人 不断地从自己生存的环境中获得生长发育繁殖所需要的能量和物质。空气、 水和食物被机体摄取、消化、吸收后，经过代谢，转化成机体的一部分。化 学元素是人类跟自然环境之间最本质、最广泛的联系纽带。许多化学元素经 常反复地进行环境→人体→环境这样的循环，所以构成人体的各种元素跟自
　　
然环境中的元素明显相关。从这个角度看，人和环境是一个统一的整体。如 果环境受到污染，必然会通过土壤、水、食物、空气等影响人体的生理功能， 影响健康，甚至危及生命。
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100 多种元素通过怎样的不同组合才形成形形式式多种多样的物质呢？ 单质和化合物 纯净物中，有的由同种元素组成，例如氧气由氧元素组成，氢气由氢元
素组成。像这样由同种元素组成的纯净物叫做单质。有的物质由不同种元 素组成，例如水由氢和氧两种不同元素组成，二氧化碳由碳和氧两种不同元 素组成，像这种由不同种元素组成的纯净物叫化合物。单质和化合物是元 素存在的两种形态，元素以单质形态存在的叫做元素的游离态，元素以化合 物形态存在的叫做元素的化合态。
思考
　　1.下列物质中，哪些是单质？哪些是化合物？在含氧物质中，氧元素各 以什么形态存在？
二氧化碳、氧气、镁粉、氧化钙、水蒸气。
　　2.纯净物和混合物，单质和化合物各是以什么标准来划分的？混合物和 化合物有什么不同？试各举一例。
单质可以分为金属和非金属两大类。一般来说具有金属光泽，容易传热
导电，有可塑性、延展性的单质是金属，例如镁、铁、铝等。常温下金属是 固体（汞是液体）。一般来说没有金属光泽，不易导电传热的单质是非金属， 例如氮气、木炭等。通常状况下非金属是气体或者固体（溴是液体）。金属 跟非金属之间没有绝对的界限，例如硅和锗的性质有些像金属，有些像非金 属，它们常用作半导体的材料。
金属元素和非金属元素的原子最外层的电子数目都各有特点。金属元
素，象钠、镁、铝等，它们原子的最外层电子数目一般少于 4 个。非金属元 素，象氧、氯等，它们原子的最外层电子数目一般是 4 个或多于 4 个。
组成金属单质的元素叫金属元素，它们的名称，除了汞以外，都是有“钅”
旁的。组成非金属单质的元素叫非金属元素，它们名称大多数是有“气”字 头或者“石”旁（溴为“氵”旁）的。
练习
把下列元素或物质的编号填入相应的空格。
A 氧气 B 镁粉
C 氢元体 D 铁元素
金属元素 非金属元素 金属单质 非金属单质

元素可用元素符号表示，那么，怎样才能简明地表示单质或化合物的元
素组成呢？
化学式和式量
　　实验证明，不论从什么来源得来的，不论它是什么状态，任何纯净物都 有固定的组成。前面已经讲到的一些物质用元素符号表示的式子，如氧气
（O2）、氢气（H2）、水（H2O）、氧化钙（CaO）、氯化银（AgCl）、二氧

化碳（CO2）等等。这些式子简明地表示单质和化合物的组成情况。这种用元 素符号表示单质或化合物组成的式子叫化学式。
化学式表示一种物质，表示这种物质的元素组成，还表示组成元素的原
子个数比。例如 H2O 表示水，还表示水由氢和氧两种元素组成，其中氢和氧
的原子个数比是 2∶1。 物质的化学式是物质组成的客观反映，不能主观臆测，任意编造。它是
通过实验测得的。书写物质的化学式，必须知道组成这种物质的元素和各种 元素的原子个数比。
　　金属和固态的非金属单质，结构比较复杂，通常用元素符号表示它们的 化学式。例如，镁的化学式写成 Mg，木炭的化学式写成 C。
　　化合物是由不同种元素组成的。书写由两种元素组成的化合物的化学式 时，一般将金属元素符号写在左边，非金属元素符号写在右边。书写由氧元 素跟另一种元素组成的化合物的化学式时，一般将氧元素符号写在右边，另 一种元素符号写在左边。书写化学式，先写出元素符号，然后在每种元素符 号的右下角写个阿拉伯数字，标明各种元素的原子个数比（注意，“1”省略 不写）。例如氯化银的化学式写成 AgCl。表示银和氯两种元素组成氯化银，
这两种原子的个数比是 1∶1。二氧化硅的化学式是 SiO2，表示二氧化硅由硅
和氧两种元素组成，硅和氧两种原子的个数比是 1∶2。 由两种元素组成的化合物，一般是从右到左读作“某化某”，例如 CuO
读氧化铜。有时还要读出化合物里各元素的原子个数。例如，SO2 读作二氧化
硫，SO3 读作三氧化硫。

练习
1.写出下列物质的化学式。 铁、硫、氧化镁、二氧化碳、二氧化氮。
2.读出下列物质的名称，并说出每种物质的元素组成。
Ne P ZnO Ca H2CO3 NaCl
　　对由分子构成的物质，它们的化学式又叫做分子式。分子式除表示化学 式的含义外，还代表这种物质的一个分子，表示每个分子所含各种元素的原 子个数。例如，氧气、氮气、氢气等气态非金属单质都是双原子分子，它们 的化学式（也是它们的分子式）分别是 O2，N2，H2，O2 表示两个氧原子构成 一个氧分子，许许多多氧分子再聚集成氧气。水由水分子聚集而成。H2O 是 水的化学式，又是它的分子式。它表示一个水分子由两个氢原子和一个氧原 子构成。
练习
　　下面是我们经常接触的三种物质的化学式，它们又都是分子式，请说出 这些物质的元素组成和分子的构成。
二氧化碳 CO2 氮气 N2 酒精 C2H6O
　　要表示一种物质的几个分子，可以在化学式前面加上系数，标明该物质 的分子数。例如，三个氧分子就写成 3O2，四个水分子写成 4H2O。元素符号 右下角的数字和元素符号前面的数字，它们的意义是完全不同的。例如，O2 表示两个氧原子结合，构成一个氧分子，2O 表示两个单个的氧原子，3O2 表
　　
示三个氧分子。
练习
按示例的样子填空：

　　任何物质的固有组成是客观存在的事实，化学式是用元素符号表示这一 事实，所以任何物质的化学式都是经过多次精密实验测定和推算得出的，我 们不能凭空写出实际上不存在的物质的化学式。
讨论
有人说：1.“水是由氢气和氧气组成的。”
2.“水分子是由一个氢分子和一个氧原子构成的。”
3.“水是由氢和氧两种分子组成的。” 这些说法对不对？为什么？正确的应该怎样说？ 化学式中各原子的相对原子质量的总和就是式量。 对由分子构成的物质来讲，分子式中各原子的相对原子质量的总和就
是相对分子质量（符号 Mr）
例如：MgO 的式量=24+16=40
O2 的式量=16×2=32
H2CO3 的式量=1×2+12+16×3=62

练习
填写下表：
名称 氢气 水 硫酸 化学式 CO2 H2SO4 式量


▲［阅读材料］


微量元素和人体健康

　　铁、锌、硒等约 15 种元素是被科学界公认的人体必需微量元素，它们在 人体各组织中的浓度相当恒定，含量低于或高于正常值都会损害人的机体健 康。例如，人体缺锌会造成肝脾肿大、身材矮小、智能低弱；而摄入锌过量 又会发生慢性腹泻或急性锌中毒，正常人每天需要补充 10 毫克锌。


　　碘也是人体必需的微量元素之一，缺碘是地方性甲状腺肿的基本原因。 以前河北省承德郊区就有这种地方病，我国政府从 1963 年起向该地居民供应 掺有微量碘化物（主要是 KI）的食盐，16 年后，中小学生甲状腺肿患率从
22.33％下降到 2.21％，基本上控制了疾病的大面积流行。


　　铅、镉、汞等元素是对人体有毒的元素，即使含量很低也有强烈的毒性。 工业排放的废气、废水、废渣常常含有超量的有毒元素，这些有毒元素通过 饮食、呼吸等途径进入人体，在人体中积聚到一定程度就会发生中毒现象。
　　
水俣病是世界上第一个出现的由环境污染所引起的公害病。从 1953 年起，日 本水俣湾的不少居民患了以神经系统症状为主的一种病。经过 10 年调查才弄 清楚，水俣地区有一家工厂排放到海湾的废水中含较多的有毒的汞，经过食 物链的作用汞富集于鱼体，居民食用了这些鱼而引起汞中毒，患了这种病。 所以，我们在发展经济时必须重视三废治理，废水、废气和废渣要经过处理 才能排放，这样才能保护我们赖以生存发展的自然资源和生态环境。

【习题 2.2】
1.把下面的元素符号和相关的元素名称用线连接起来。 人体中的宏量元素 O C H N Ca P S K Na Cl Mg 地壳中的主要元素 氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁 氢
　　2.阿波罗飞船从月球上带回的土壤样品，分析后发现，地球上含量较大 的几种元素月球上都有。下面是其中的一部分，请你分别写出它们的元素符 号。
氧、硅、铁、铝、钠、银、钙、氢、镁、钾。
3.用线段把下面相关的三项连接起来。 金属元素·铁· ·C
·氯· ·Al
·碳· ·Cl
非金属元素·铝· ·Fe
·硫· ·S
4.写出下列物质的化学式： 水、氢气、镁、氧化镁、氧化钙、二氧化碳。
5.下面是几种厨房里常用物质的化学式：
食盐 NaCl 石碱 Na2CO3 蔗糖 C12H22O11
（1）请根据化学式讲出这些物质的元素组成，计算它们的式量。
（2）蔗糖由分子构成，请描述蔗糖分子的原子构成。
6.用化学式表示：
（1）一个二氧化碳分子 ， （2）三个水分子 ，
（3）五个氧分子 ， （4）四个氢分子 。
　　　　　　　　　　2.3 化合价和化学式 化合价
二氧化碳、水、一氧化氮的化学式分别是 CO2、H2O、NO。从这些化学式
可以看到，氧元素跟不同的元素化合时，原子组合的个数比不同。我们把一 种元素一定数目的原子跟其他元素一定数目的原子化合的性质，叫做这 种元素的化合价。常见元素的化合价见表 2-3。

表 2-3 常见元素的化合价

元素名称 元素符号 常见的化合价 钾 K +1 钠 Na +1 银 Ag +1
钙 Ca +2




续表
镁 Mg +2 钡 Ba +2 锌 Zn +2 铜 Cu +2 铝 Al+3 铁
氢 Fe
H +2 、+3
+1 氯 Cl -1 、+5 、+7 溴 Br -1 氧 O -2 硫 S -2 、+4 、+6 碳 C +2 、+4 硅 St 4 氮 N -3 、+2 、+4 、+5 磷 P +5

元素的化合价是元素的一种性质，这种性质是它的原子内部结构的反
映，那么元素的化合价跟它的原子结构有什么关系呢？


元素的化合价是由元素的原子结构决定的。例如，钠是活泼的金属元素， 氯是活泼的非金属元素，游离态的钠和氯化合生成氯化钠。这个反应可以表 示如下：
钠+氯点燃 氯化钠 Na Cl2 NaCl
　　在反应中，钠原子失去了最外层的 1 个电子，达到稳定结构，这时钠元 素呈+1 价，表示为 Na；氯原子获得 1 个电子，达到稳定结构，这时氯元素呈
-1 价，表示为 Cl。

思考


　　钠原子失去电子、氯原子得到电子以后的微粒仍旧呈电中性吗？它们是 怎样结合成氯化钠呢？
钠原子失去了最外层的 1 个电子，带上了 1 个单位的正电荷，氯原子得
到 1 个电子而带上了 1 个单位负电荷。这种带电的原子叫做离子。带正电的

离子叫做阳离子，如钠离子（Na+）；带负电的离子叫做阴离子，如氯离子
（Cl-）。这两种带有相反电荷的离子间有静电引力，使两种离子相互接近。 同时两种离子的核之间以及它们的电子之间又有斥力，当引力和斥力达到平 衡时，就形成了化合物氯化钠。
思考
　　“Mg2+”与“Mg”各表示什么意义？你认为离子所带电荷的正负和数目 与化合价有什么关系？



▲［选学］


离子化合物与共价化合物

　　钠原子失去 1 个电子成为 Na+，氯原子得到 1 个电子成为 Cl-，像氯化钠 这种阳、阴离子间通过静电作用而构成的化合物叫离子化合物。构成这种化 合物的微粒是离子。氯化钾（KCl）、氯化镁（MgCl2）和硫化钠（Na2S）等
都是离子化合物。 原子通过电子得失形成阴、阳离子，是形成稳定结构的一种形式。如果
两种元素的原子获得电子的难易程度相差不大，则可以用另外的形式来达到 稳定结构。
氢气在氯气里燃烧，能生成氯化氢气体。氢和氯都是非金属元素。氯原
子可以通过获得 1 个电子形成最外层 8 个电子的稳定结构，氢原子也可以通 过获得 1 个电子形成最外层 2 个电子的稳定结构。它们获得电子难易程度相 差不太大，结果双方各提供最外层 1 个电子，组成 1 个共用电子对。这 1 对 电子为两个原子所共有，在两个原子核外的空间运动，从而使氯原子和氢原 子的最外电子层都达到稳定结构。共用电子对受两个核的吸引，使两个原子 形成化合物的分子。
像氯化氢这样以共用电子对形成分子的化合物，叫共价化合物。如水、
二氧化碳等都是共价化合物。 在金属元素与非金属元素形成的化合物里，金属元素显正价，非金属元
素通常显负价。在非金属元素与氧形成的化合物里，氧显负价，另一种非金
属元素显正价。氧和氢在它们各自的化合物里，通常氧显-2 价，氢显+1 价。 有的元素在不同的化合物里显示不同的化合价。例如，碳在二氧化碳中显+4 价，在一氧化碳中显+2 价。
在单质里元素的化合价为零。在化合物里，各元素正负化合价的代数和


等于（+1）×2+（-2）=0。
化合价与化学式
　　我们知道，化学式是用元素符号表示物质组成的式子，而化合价则反映 了形成某种物质的不同元素间原子的个数关系。因此它们之间有密切的联 系。根据化合物中各元素正负化合价代数和为零的原则，可以应用化合价写 出已知物质的化学式。
已知铝为+3 价，氧为-2 价，写出氧化铝的化学式。 化学式的书写步骤如下：
　　1.写出组成化合物的元素符号，通常把正价元素写在左边，负价元素写 在右边。
AlO