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第三章 物质的组成和化学式

Lesson 3/11 | Study Time: 20 Min


物质的分类



物质的分类





混合物和纯净物



混合物


定义:由两种或两种以上的物质混合而成。


特点:



  • 各种成分只是简单地混在一起,没有发生化学反应。

  • 每种成分都保持原有的性质。


生活例子:



  • 空气:由氧气、氮气、二氧化碳等多种气体组成。

  • 海水:含有水、盐和其他矿物质。

  • 沙子和铁粉的混合物:用磁铁可以轻松分开。



纯净物


定义:只有一种物质组成。


特点:



  • 纯净物是相对的,虽然可能含有少量杂质,但含量非常低,一般忽略不计。


生活例子:



  • 氧气:用来呼吸。

  • 蒸馏水:纯净的水,没有杂质。

  • 二氧化碳:碳酸饮料中的气泡。



对比表格

























分类 定义 特点 例子
混合物 两种或多种物质混合而成 各成分保持原有性质,不发生化学反应 空气、海水
纯净物 只有一种物质 成分单一,可能有极少杂质 氧气、蒸馏水、CO₂





单质和化合物



单质


定义:由同种元素组成的纯净物。


分类:



  • 金属单质:如铁、铜、铝等,常见于生活中的金属物品。

  • 非金属单质:如氧气、氮气、硫磺等。


生活例子:



  • 铁:用来制造建筑材料。

  • 氧气:人体呼吸必需。

  • 硫磺:用于制作火柴。



化合物


定义:由不同种元素组成的纯净物。


分类:



  • 氧化物:由氧元素和其他元素组成。如氧化钙(石灰)、水(H₂O)。

  • 其他化合物:如氯化钠(食盐)、氯酸钾(常用于实验)。


特点:化合物的性质与组成它的元素完全不同。


例子:水(H₂O)是液体,而组成它的氢气和氧气都是气体。



对比表格

























分类 定义 特点 例子
单质 同种元素组成的纯净物 可分为金属单质和非金属单质 铁、氧气、硫磺
化合物 不同种元素组成的纯净物 性质与组成它的元素完全不同 水、氯化钠、氧化钙












3.2 混合物的分离


混合物的分离




混合物分离的基本原则


核心思想:根据物质的不同性质选择合适的分离方法。


常见例子:



  • 铁屑:能被磁铁吸引。

  • 细沙:不溶于水,可沉淀到水底。

  • 食盐:能溶于水,可通过蒸发分离。





常见的分离方法




沉淀法


定义:通过静置使不溶于水的固体杂质沉淀到水底,从而与水分离。


适用范围:


分离不溶于水的固体和水。


生活例子:



  • 污水处理:废水中的泥沙通过沉淀法去除。

  • 明矾的作用:明矾是一种凝聚剂,可以吸附水中的悬浮杂质,使它们凝聚成较大的固体颗粒,便于沉淀。





过滤法


定义:通过过滤分离不溶于水的固体物质和水。


操作原理:


含有悬浮杂质的液体通过带有许多小孔的过滤介质(如滤纸),液体通过小孔流出,而固体颗粒被截留。


关键词:



  • 滤液:透过滤纸的液体。

  • 滤渣:被截留在滤纸上的固体颗粒。


生活例子:



  • 泡茶:用滤网过滤茶叶和茶水。

  • 实验室:用滤纸过滤泥沙和水的混合物。





蒸发法


定义:通过蒸发溶剂,使固体溶质与溶剂分离。


原理:


利用溶剂(如水)和溶质(如盐)的沸点差异。水的沸点较低,先变成水蒸气逸出,留下食盐结晶。


适用范围:


分离溶解在水中的固体溶质和水。


生活例子:



  • 晒盐:通过蒸发海水,得到食盐。

  • 食盐提纯:将含杂质的盐溶于水后,通过蒸发法获得纯净的盐。





蒸馏法


定义:通过加热液体使其蒸发,再冷凝成液体分离杂质。


操作原理:


将水加热至沸腾,产生的水蒸气通过冷凝管冷却成水滴,得到纯净水。


适用范围:


分离溶解在水中的杂质和水。


生活例子:



  • 蒸馏水:实验室中常用蒸馏法制备无杂质的水。

  • 酒精提纯:通过蒸馏提高酒精浓度。






对比表格





































分离方法 原理 适用范围 生活例子
沉淀法 利用不溶性固体沉降到水底,与水分离 分离不溶于水的固体和水 污水处理、泥沙沉淀
过滤法 利用滤纸或过滤介质截留固体颗粒,让液体通过 分离悬浮杂质的液体和不溶性固体 泡茶、过滤泥沙
蒸发法 利用水和溶质的沸点差异,水蒸发留下固体溶质 分离溶解在水中的固体溶质和水 晒盐、食盐提纯
蒸馏法 加热液体至沸腾,冷凝蒸气得到纯净液体 分离溶解在水中的杂质和水 制备蒸馏水、酒精提纯




小贴士:如何选择分离方法?



  • 如果固体不溶于水,可以选择沉淀法或过滤法。

  • 如果固体溶于水,可以选择蒸发法。

  • 如果需要纯净水,可以选择蒸馏法。





学习小实验:如何从海水中提取食盐?


材料:


海水、蒸发皿、酒精灯。


步骤:



  1. 将海水倒入蒸发皿中。

  2. 用酒精灯加热,观察水蒸气逸出。

  3. 等待海水蒸干,蒸发皿中留下白色的食盐结晶。


原理:


利用水的沸点较低,先蒸发离开,而盐留在蒸发皿中。













化学式



化学式





化学式的定义


化学式:由元素符号和数字组成,用来表示纯净物的组成。


特点:



  • 每种纯净物都有一个确定的化学式。

  • 化学式能直观地反映物质的组成和分子结构。






单质的化学式


1. 单质的特点


单质是由同种元素组成的纯净物。


单质的化学式根据其结构特点来表示。



2. 单质的分类及化学式
































单质类型 化学式表示 例子
气态单质 由两个相同原子组成分子,化学式为X₂ 氮气(N₂)、氧气(O₂)、氢气(H₂)
稀有气体单质 由单个原子构成,化学式为元素符号 氦气(He)、氩气(Ar)、氖气(Ne)
金属单质 结构复杂,用元素符号表示 铜(Cu)、铁(Fe)、金(Au)
固态非金属单质 结构复杂,用元素符号表示 硫(S)、金刚石(C)





化合物的化学式


化合物的特点


化合物是由不同种元素组成的纯净物。


化学式表示化合物中各元素的种类和比例。



化合物化学式的书写规则



























规则 例子
氧元素的符号一般写在右边 SO₃、CO₂、H₂O
氢元素一般写在左边 H₂S、HCl、NH₃
金属元素写在左,非金属元素写在右 MgCl₂、NaCl、Fe₂O₃
从右向左读作“某化某” MgCl₂读作“氯化镁”

化合物化学式的意义


水(H₂O)的化学式说明:



  • 水由氢元素和氧元素组成。

  • 一个水分子由2个氢原子和1个氧原子组成。


如何表示多个分子?



  • 在化学式前加系数表示多个分子。

  • 例子:2H₂O 表示2个水分子。


化学式还可以表示离子化合物中的元素和离子个数比。



  • 例子:NaCl 表示由钠离子(Na⁺)和氯离子(Cl⁻)组成,个数比为1:1。






化学式的学习技巧



  • 记住元素符号:熟悉常见元素的符号(如H、O、N、Cl等)。

  • 理解下标的意义:下标表示分子中该元素原子的个数。

  • 掌握书写规则:注意氧、氢、金属元素的书写顺序。

  • 结合生活实例:


    • 水(H₂O):我们每天喝的水。

    • 氧气(O₂):供人类呼吸。

    • 食盐(NaCl):厨房常见的调味品。














3.4 化合价


化合价




化合价的定义


化合价:表示一种元素的原子与其他元素原子结合的能力。


特点:



  • 用正负数表示,分为正化合价和负化合价。

  • 化合物中所有元素化合价的代数和为零。





化合价的基本规则


化合价代数和为零


在化合物中,各元素化合价的代数和等于零。


例子:水分子(H₂O)



  • 氢(H)的化合价为+1,氧(O)的化合价为-2。

  • 化合价代数和:(+1) × 2 + (-2) = 0。


单质的化合价为零


同种元素原子结合时,其化合价为零。


例子:氮气(N₂)、氧气(O₂)、铜(Cu)等单质的化合价均为零。





原子团的化合价


原子团的定义


原子团是由多个原子组成的特殊结构,在化合物中作为一个整体参与化学反应。


特点:



  • 原子团不能独立存在,只能作为化合物的组成部分。

  • 原子团中各元素化合价的代数和等于原子团的总化合价。


原子团化合价计算


例子:硫酸根离子(SO₄²⁻)



  • 硫(S)的化合价为+6,氧(O)的化合价为-2。

  • 化合价代数和:(+6) + (-2) × 4 = -2。





常见元素及原子团的化合价表


常见元素的化合价










































元素 化合价 例子
氢(H) +1 H₂O(水)
氧(O) -2 CO₂(二氧化碳)
氯(Cl) -1 NaCl(氯化钠)
钠(Na) +1 NaCl(氯化钠)
镁(Mg) +2 MgCl₂(氯化镁)
铁(Fe) +2 或 +3 Fe₂O₃(三氧化二铁)

常见原子团的化合价





































原子团 化合价 例子
氢氧根(OH⁻) -1 NaOH(氢氧化钠)
硝酸根(NO₃⁻) -1 KNO₃(硝酸钾)
硫酸根(SO₄²⁻) -2 H₂SO₄(硫酸)
碳酸根(CO₃²⁻) -2 CaCO₃(碳酸钙)
铵根(NH₄⁺) +1 NH₄Cl(氯化铵)




化合价的应用


判断化合价


根据化合物的化学式,结合化合价代数和为零的规则,可以判断未知元素或原子团的化合价。


例子:化合物 MgCl₂



  • 镁(Mg)的化合价为+2,氯(Cl)的化合价为-1。

  • 化合价代数和:(+2) + (-1) × 2 = 0。


配平化学式


化合价是配平化学方程式的重要依据。


例子:硫酸钠(Na₂SO₄)



  • 钠(Na)的化合价为+1,硫酸根(SO₄²⁻)的化合价为-2。

  • 两个钠离子与一个硫酸根离子结合:(+1) × 2 + (-2) = 0。





学习技巧:化合价口诀


常见元素化合价口诀


一价氢氯钾钠银,


二价氧钙镁钡锌,


三铝四硅五氮磷,


二四六硫都齐分。


铜汞二价最常见,


一三铁,二四碳。


原子团化合价口诀


氢氧根(OH⁻)负一价,


硝酸根(NO₃⁻)负一价,


硫酸根(SO₄²⁻)负二价







元素符号表示的量



元素符号表示的量




相对原子质量


定义


相对原子质量:表示原子的质量,是一个相对值,没有单位。


它是以碳-12原子的质量的1/12作为标准来计算的一个比值。


特点



  • 没有单位:因为它是一个相对值,不是绝对质量。

  • 电子质量很小:原子的质量几乎都集中在原子核中(质子和中子)。


计算方法


例如:碳原子(含6个质子和6个中子)的质量为1.993 × 10⁻²⁶ kg。


碳-12原子的质量标准:1.993 × 10⁻²⁶ kg ÷ 12 = 1.661 × 10⁻²⁷ kg。


这个值被称为相对原子质量。


常见元素的相对原子质量















































元素 符号 相对原子质量
H 1
O 16
C 12
N 14
S 32
Na 23
Cl 35.5




相对分子质量


定义


相对分子质量:一个分子中所有原子的相对原子质量的总和。


由分子式决定,表示分子质量的相对值。


计算方法


步骤:



  • 找出分子式中每种原子的相对原子质量。

  • 计算每种原子的总质量(相对原子质量 × 原子个数)。

  • 将所有原子的质量相加。


常见物质的相对分子质量

















































物质 化学式 计算过程 相对分子质量
H₂O 2 × 1 + 16 18
二氧化碳 CO₂ 12 + 2 × 16 44
氯化钠 NaCl 23 + 35.5 58.5
硫酸 H₂SO₄ 2 × 1 + 32 + 4 × 16 98
氨气 NH₃ 14 + 3 × 1 17
碳酸钙 CaCO₃ 40 + 12 + 3 × 16 100




学习技巧



  • 记住常见元素的相对原子质量:如氢(1)、氧(16)、碳(12)等。

  • 计算分子质量时的注意事项:


    • 先写出化学式:确保化学式正确。

    • 分清原子个数:注意化学式中的下标,表示原子个数。

    • 逐步相加:按步骤计算每种原子的总质量,最后相加。














3.6 有机物


有机物




什么是有机物?


定义:有机物是含有碳元素的化合物,碳原子是有机物的主干。


特点:



  • 有机物燃烧时,会产生黑色碳。

  • 生物体中的蛋白质、脂肪、纤维都含有碳、氧、氢、氮等元素。


无机物:


不含碳或不以碳为主的化合物,如水(H₂O)、食盐(NaCl)。





有机物的化学性质


燃烧反应:



  • 完全燃烧:有机物燃烧时生成水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。

  • 不完全燃烧:会产生黑色碳或一氧化碳(CO)。


燃料特性:


有机物可以与空气中的氧气燃烧,释放大量热量,是良好的燃料。


溶剂特性:


有机物是很好的溶剂,可以溶解油类物质。





常见的有机物及其应用



  • 天然气:主要成分为甲烷(CH₄),可作为燃料。

  • 沼气:来源于稻草和动物粪便发酵生成,可作为燃料。

  • 液化石油气:主要成分为丁烷(C₄H₁₀),用于生活和工业燃料。

  • 乙炔:燃烧温度可达3000°C以上,用于焊接和切割金属。





有机物的种类和作用


碳水化合物


定义:是动物维持生命活动所需能量的主要来源。


例子:蔗糖、淀粉、纤维素、葡萄糖。


作用:是生物体每个细胞组成和生命活动的重要物质。


石油


来源:从油田开采出来的原油,是一种成分复杂的混合物。


用途:提炼出汽油、柴油、润滑油等;加工制造药物、塑料、合成纤维等。


橡胶


来源:从橡胶树割胶收集胶液,经处理制成。


特点:具有优良的弹性和韧性,但高温时变黏,低温时变脆。


用途:用于制造轮胎、胶鞋等。


棕油和棕仁油


来源:从油棕树的果实中榨取。


用途:加工制成人造奶油;提炼出维生素E。





有机物和无机物的关系


人工合成有机物


德国化学家弗里德里希·维勒用无机物质(氰酸铵)人工合成出尿素(有机物)。


证明无机物可以转化为有机物,揭开了人工合成有机物的序幕。


自然界中的有机物和无机物转化



  • 无机物变成有机物:如植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物。

  • 有机物变成无机物:如生物呼吸作用将有机物分解成二氧化碳和水。


转化过程


有机物和无机物不断变化、互相转化,构成自然界的物质循环。





有机物与无机物的对比

























类别 定义 例子 特点
有机物 含碳元素的化合物,碳原子是主干 天然气、沼气、液化石油气、石油、橡胶等 燃烧时生成水和二氧化碳;常用作燃料和溶剂
无机物 不含碳或不以碳为主的化合物 水、食盐、氧化物(如CO₂)等 通常不易燃烧,没有溶剂特性