1.走进化学世界
第一单元 走进化学世界
自学建议 🌟
- 最要紧:分清两对概念。物理变化↔化学变化、物理性质↔化学性质。判断的根本标准只有一个——"有没有新物质生成",别只记现象。
- 每个操作都多问"为什么"。比如倒液体时标签朝手心,是为了不让残液流下腐蚀标签;块状药品"一横二放三慢竖",是为了不戳破试管。想通了就忘不掉。
- 蜡烛燃烧那节,重点是学"怎么做科学探究":观察现象→找证据→下结论。这套思路后面全用得上,不只是"看个热闹"。
- 家里就能做的小观察:点燃一支蜡烛,看看火焰分层、看看罩上烧杯后杯壁有什么水雾。带着真实现象去听课,印象会深很多。
- 第一次进实验室就要养成好习惯:戴护目镜、看清危险品标志、知道意外怎么处理。严谨、安全,是学化学的底色。
单元导学(学习目标)
学完这一单元,你要能:
- 区分物理变化和化学变化、物理性质和化学性质,并能判断常见的例子。
- 记住化学的新定义:化学是研究物质的组成、结构、性质、转化及应用的基础学科,其特征是从分子层次认识物质、通过化学变化创造物质。
- 学会基本的实验操作:取用药品、给物质加热、连接仪器装置、洗涤玻璃仪器。
- 体验一次科学探究(蜡烛燃烧),知道"提问题—做实验—找证据—得结论"大概怎么做。
- 树立实验安全意识,养成规范操作的好习惯。
课题1 物质的变化和性质
💡 什么是化学:化学是研究物质的组成、结构、性质、转化及应用的一门基础学科,其特征是从分子层次认识物质,通过化学变化创造物质。
一、化学变化和物理变化
水在一定条件下可以变成水蒸气或冰,钢铁制品在潮湿的地方会生锈,煤、木材和柴草可以在空气中燃烧而发光、放热……从化学的角度看,这些变化的本质区别就在于有没有新物质生成。
🧪 教材【实验1-1】记录(实验时要戴好护目镜;氢氧化钠溶液和盐酸对皮肤、衣服有腐蚀性,使用时要小心)
| 实验 | 变化前的物质 | 主要现象 | 变化后的物质 | 有无新物质生成 |
|---|---|---|---|---|
| (1) 加热试管中的水至沸腾 | 液态的水 | 水沸腾,有水蒸气逸出;移近试管口的玻璃片(或盛冷水的小烧杯)上出现水雾 | 气态的水(水蒸气) | 无 |
| (2) 盛石蜡的试管置于沸水中 | 固态的石蜡 | 石蜡受热逐渐熔化 | 液态的石蜡 | 无 |
| (3) 氢氧化钠溶液中滴加硫酸铜溶液 | 蓝色的硫酸铜溶液等 | 产生蓝色沉淀 | 蓝色的氢氧化铜沉淀等 | 有 |
| (4) 大理石中加入稀盐酸 | 颗粒状大理石等 | 产生大量气泡,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊 | 二氧化碳气体等 | 有 |
1. 物理变化
没有生成新物质的变化叫作物理变化。
- 判断关键:通常只是物质的形状、状态等发生改变,没有新物质生成。
- 典型例子:水沸腾变成水蒸气、石蜡受热熔化、汽油挥发、铁水凝固、水结冰、玻璃破碎、矿石粉碎、木材制成桌椅。
2. 化学变化(化学反应)
生成新物质的变化叫作化学变化,又叫作化学反应。
- 典型例子:天然气燃烧、铁生锈、粮食酿酒、木柴燃烧、食物变质、大理石与稀盐酸反应、硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应。
- 化学变化的特征:有新物质生成,常表现为改变颜色、放出气体、生成沉淀等。
- 能量变化:化学变化不但生成新物质,而且伴随着能量的变化,这种能量变化常表现为放热、吸热、发光等。
- ⚠️ 现象只是帮助判断的"线索",不是根本标准。
3. 二者的根本区分
| 对比 | 物理变化 | 化学变化 |
|---|---|---|
| 本质区别 | 没有生成新物质 | 生成了新物质 |
| 常见现象 | 形状、状态改变(固/液/气之间转化) | 改变颜色、放出气体、生成沉淀,常伴随放热、吸热、发光 |
| 举例 | 水结冰、石蜡熔化、汽油挥发、铁水凝固 | 天然气燃烧、铁生锈、粮食酿酒、大理石与稀盐酸反应 |
| 二者联系 | 化学变化中一定同时发生物理变化;物理变化中不一定发生化学变化 |
📌 判断诀窍:唯一根本标准是"有没有新物质生成",现象只能辅助判断。例如点燃蜡烛时,石蜡燃烧生成水和二氧化碳是化学变化,而石蜡受热熔化是物理变化;电灯通电发光、放热没有新物质生成,属于物理变化。
二、化学性质和物理性质
物质的变化描述"过程",物质的性质描述"本领"——即物质本身具有的、会在变化中表现出来的特性。
1. 化学性质
物质在化学变化中表现出来的性质叫作化学性质。
- 教材例子:铁能在潮湿的空气中生锈;铜能在潮湿的空气中生成铜绿;木炭能在空气中燃烧生成二氧化碳并发光、放热;硫酸铜溶液可与氢氧化钠溶液反应生成蓝色的氢氧化铜沉淀;大理石可与稀盐酸反应生成二氧化碳气体。
- 常见类型:可燃性、助燃性(支持燃烧)、氧化性、还原性、稳定性、酸碱性、毒性、腐蚀性等。
2. 物理性质
物质不需要发生化学变化就表现出来的性质叫作物理性质。
- 常见类型:颜色、状态、气味、硬度、熔点、沸点、密度等,还有溶解性、挥发性、导电性、导热性等。
- ⚠️ 当外界条件改变时,物质的某些性质也会随着变化,因此描述物质性质时往往要注明条件(如"通常状况下""大气压为 101 kPa 时")。
- 🔑 记忆口诀:"色、态、味,两点(熔点、沸点)两度(密度、硬度)溶解性;再加挥发导电热。"
表1-1 一些常见物质的物理性质(大气压为 101 kPa)
| 物质 | 颜色(通常状况) | 熔点/℃ | 沸点/℃ |
|---|---|---|---|
| 水 | 无色(液体) | 0 | 100 |
| 铁 | 银白色(固体) | 1538 | 2861 |
| 铝 | 银白色(固体) | 660 | 2519 |
| 氧气 | 无色(气体) | -218.8 | -183.0 |
🧪 教材【实验1-2】:分别取一集气瓶氧气和一集气瓶二氧化碳,观察颜色、闻气味;再把点燃的小木条分别慢慢放入两瓶气体中,观察木条燃烧的现象——木条在氧气中燃烧更旺,在二氧化碳中很快熄灭,由此可以区分这两种气体。
⚠️ 闻气体时应该小心,用手轻轻地在瓶口扇动,使极少量的气体飘进鼻孔(扇闻法)。
🔑 核心关系:性质决定用途,用途反映性质。
例:水和二氧化碳可以用来灭火;
例:乙醇(俗称酒精)具有可燃性(化学性质)→ 可作燃料;
例:石墨质软、能在纸上留下痕迹(物理性质)→ 可用于制铅笔芯。
三、变化和性质的区分
变化和性质最容易混淆,区分的"钥匙"是看句子里有没有表示能力、可能性的词。
常见的这类关键词有:"能""易""难""可以""会""是""具有" 等。一旦出现这些词,多半在说"性质";如果只描述一个发生了的事实,多半是"变化"。
| 变化(事实/过程) | 性质(本领/能力) | 关键词 |
|---|---|---|
| 铁生锈 | 铁能(在潮湿空气中)生锈 | "能" → 化学性质 |
| 酒精挥发 | 酒精易挥发 | "易" → 物理性质 |
| 二氧化碳使澄清石灰水变浑浊 | 二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊 | "可以" → 化学性质 |
| 木柴燃烧 | 木柴可以燃烧 | "可以" → 化学性质 |
| 水结成冰 | 水的凝固点(熔点)是 0℃ | 描述 → 物理性质 |
🔑 记忆口诀:"变化是过程,性质是本领;能易难会可以,专指性质名。"
四、易错提醒 ⚠️
这一节很多"想当然"的坑,考试特别爱考,请务必记牢:
- 爆炸不一定是化学变化:黑火药爆炸是化学变化(生成新物质);而轮胎、气球爆炸是物理变化(只是气体压强骤增、体积骤变,无新物质)。
- 发光、放热不一定是化学变化:灯泡通电发光放热是物理变化;蜡烛燃烧发光放热才是化学变化。
- 外观改变明显也不一定是化学变化:碘升华时固态碘直接变成蒸气、水沸腾时"冒白气",外观变化都很明显,但没有新物质生成,属于物理变化。
- 化学变化中一定同时发生物理变化:例如点燃蜡烛时,石蜡先受热熔化(物理变化)再燃烧生成水和二氧化碳(化学变化)。但物理变化中不一定发生化学变化。
- 有气体放出不一定是化学变化:水沸腾冒气泡是物理变化(生成的是水蒸气);大理石(石灰石)与稀盐酸反应冒气泡才是化学变化(生成 CO₂)。
课题2 化学实验与科学探究
化学是一门以实验为基础的科学,实验是科学探究的重要手段,许多重大的化学发现都是通过实验得到的。本课题先学习基本的实验操作方法,再通过**"观察与描述蜡烛及其燃烧"**初步体验科学探究的过程。
📖 小知识:化学实验室的前身是古代炼丹术士和炼金术士的作坊,那里诞生了许多实验器具和分离物质的方法(如过滤、蒸馏等);拉瓦锡利用天平进行定量研究,认识了物质燃烧的本质。
一、基本的实验操作方法(走进化学实验室)
走进化学实验室,要先仔细阅读实验室规则,了解实验室的基本布局,知道疏散通道、灭火器材等的位置;再认识常用的化学试剂和实验仪器,学习取用化学试剂、加热及连接仪器装置等基本操作,以便安全和正确地进行实验,并获得可靠的实验结果。
(一)认识常用的化学实验仪器
实验室仪器很多,初学时先"混个脸熟",后面做实验会反复用到。下面按用途分类记:
| 类别 | 常见仪器 | 备注 |
|---|---|---|
| 可直接加热 | 试管、蒸发皿、燃烧匙 | 试管最常用 |
| 需垫陶土网加热 | 烧杯、烧瓶、锥形瓶 | 使受热均匀,防炸裂 |
| 取用仪器 | 镊子(块状)、药匙/纸槽(粉末)、胶头滴管(少量液体) | 用过的药匙、镊子要立刻擦拭干净 |
| 存放仪器 | 广口瓶(固体)、细口瓶(液体)、滴瓶(液体)、集气瓶(气体) | 试剂一般存放在化学试剂柜中 |
| 加热热源 | 酒精灯 | 实验室最常用的热源 |
| 几种漏斗 | 普通漏斗、长颈漏斗、分液漏斗 | 长颈漏斗下端要伸入液面以下 |
| 计量仪器 | 托盘天平(称质量)、量筒(量体积) | 量筒不能加热 |
| 固定/夹持 | 铁架台、试管夹、坩埚钳、陶土网 | 试管夹要从试管底部套上、取下 |
| 其他 | 玻璃棒、水槽、玻璃导管、乳胶管、试管刷 | 玻璃棒用于搅拌、引流 |
📖 小提醒:集气瓶不能加热;量筒不能加热、不能作反应容器;烧杯、烧瓶、锥形瓶加热必须垫陶土网(新教材已把旧称"石棉网"改为"陶土网")。
【安全规则卡片】🛡️
- 进实验室先做三件事:阅读实验室规则、了解实验室布局、找到疏散通道和灭火器材的位置。
- 护目镜:进行化学实验需要戴好护目镜以保护眼睛。如不慎有少量试剂(尤其是有腐蚀性或有毒的试剂)溅入眼睛,要立即用水冲洗,边洗边眨眼,必要时去医院就诊。
- 腐蚀性试剂:氢氧化钠溶液和盐酸对皮肤和衣服具有腐蚀作用,使用时应小心。
- 明火:要正确使用火源,并束好长发、系紧宽松衣物。
- 用电:禁止湿手操作电器,实验完毕应及时切断电源。
- 有害气体、烟雾:应开启排风管道或排风扇。
- 锐器:按照实验操作使用,避免锐器指向自己或他人。
- 实验结束:及时整理实验台和实验室,剩余试剂和废物放入指定容器,彻底清洗双手,确认水、电等关闭后再离开实验室。
(二)化学试剂的取用
1."三不"原则与试剂取用规则
- 三不:不能用手接触试剂;不要把鼻孔凑到容器口闻试剂(特别是气体)的气味;不得尝任何试剂的味道。
- 闻气味:用手轻轻地在瓶口扇动,使极少量的气体飘进鼻孔(扇闻法)。
- 节约试剂:应严格按照实验规定的用量取用;如果没有说明用量,液体一般按最少量(1~2 mL)取用,固体只需铺满试管底部。
- 剩余试剂"三不":既不能放回原瓶,也不能随意丢弃,更不能拿出实验室,要放入指定的容器内。
2. 固体试剂的取用
固体试剂通常保存在广口瓶里,取用一般用药匙;有些块状试剂(如大理石)可用镊子夹取。用过的药匙或镊子要立刻擦拭干净,以备下次使用。
- 块状(密度较大):口诀 "一横、二放、三慢竖"——先把容器横放,用镊子把块状试剂放入容器口,再把容器慢慢竖立起来,使试剂缓缓滑到容器底部,以免打破容器。
- 粉末状:口诀 "一横、二送、三直立"——先把试管横放,用药匙(或用小纸条折叠成的纸槽)把试剂小心送至试管底部,再把试管竖立起来,避免试剂沾在管口或管壁上。
🧪 教材【实验1-3】:取少量块状大理石放入试管中;取少量碳酸钠粉末放入另一支试管中,均放在试管架上备用。
3. 液体试剂的取用
- 较多量(倾倒法):液体试剂通常盛放在细口瓶里。瓶塞要倒放在实验台上;细口瓶贴标签的一面朝向手心(防止残液流下腐蚀标签);瓶口紧挨试管口并缓慢倾倒(防止液体洒出);倒完后立即盖紧瓶塞,把试剂瓶放回原处。
- 少量(滴加法):用胶头滴管。取液后应保持橡胶帽在上,不要平放或倒置(防止液体倒流沾污试剂或腐蚀橡胶帽);不要把胶头滴管放在实验台上;滴加时要垂直悬空在容器口正上方,不接触器壁;用过的滴管要立即用水洗净(滴瓶上的滴管不要用水洗),严禁用未经清洗的胶头滴管吸取其他试剂。
4. 量筒的读数
取用一定量的液体试剂时,常用量筒量出体积。读数时,量筒必须放平,视线要与量筒内液体凹液面的最低处保持水平。
- ⚠️ 俯视读数会偏大(实际量取的液体偏少);
- ⚠️ 仰视读数会偏小(实际量取的液体偏多)。
🔑 记忆口诀:"量筒放平不能歪,视线要与凹面平;俯视偏大仰偏小。"
🧪 教材【实验1-4】:①向试管中加入适量澄清石灰水,滴加两滴酚酞溶液,观察溶液颜色的变化;②用 10 mL 量筒量取 2 mL 稀盐酸,倒入盛有碳酸钠粉末(或大理石)的试管中,观察现象。
⚠️ 碳酸钠粉末与稀盐酸的反应可能会很剧烈,要注意安全,实验时戴好护目镜。
(三)物质的加热
加热是最常见的反应条件,这一实验基本操作常要使用酒精灯。
1. 酒精灯的使用
- 用火柴点燃酒精灯;绝对禁止向燃着的酒精灯里添加酒精,以免失火。
- 绝对禁止用酒精灯引燃另一只酒精灯。
- 用完酒精灯后,不可用嘴吹灭,必须用灯帽盖灭;盖灭后轻提一下灯帽,再重新盖好。
- 如不慎碰倒酒精灯,万一洒出的酒精在实验台上燃烧起来,应立刻用湿抹布扑盖。
💡 想一想:为什么不能吹灭?(气流可能把火焰压入灯内,引起危险)为什么要提起灯帽再盖好?(放走热气,避免灯内冷却后形成负压使灯帽不易打开)
2. 给物质加热
给物质加热时,要用酒精灯的外焰(酒精灯的火焰分为外焰、内焰、焰心,外焰温度最高)。用酒精灯加热试管中的液体时,要注意以下几点:
- 试管外壁应该干燥;试管中液体的体积不应超过试管容积的 1/3;
- 用试管夹夹持试管时,应从试管底部套上、取下,夹在距试管口约 1/4~1/3 处;
- 加热时,应先使试管底部均匀受热(预热),然后用酒精灯的外焰固定加热;
- 试管口不要对着自己或他人;
- 加热后的试管,不能立即接触冷水或用冷水冲洗(防止骤冷炸裂)。
🧪 教材【实验1-5】:用 10 mL 量筒量取 2 mL 氢氧化钠溶液倒入试管,用滴管滴加硫酸铜溶液,观察现象;再用试管夹夹住试管(夹在距试管口 1/4~1/3 处)加热,观察现象。
(四)仪器装置的连接
正确连接仪器装置是进行化学实验的重要环节。初中化学中用得较多的是连接玻璃导管和橡胶塞、乳胶管,以及连接橡胶塞和试管等容器的操作。装置连接好后,一般要检查其气密性。
- 玻璃导管插入带孔橡胶塞:先把导管口用水润湿,然后对准橡胶塞上的孔稍稍用力转动,将其插入。
- 玻璃导管连接乳胶管:先把导管口用水润湿,然后稍稍用力把玻璃导管插入乳胶管。
- 橡胶塞塞入容器:应把橡胶塞慢慢转动着塞进容器口;切不可把容器放在实验台上再使劲塞进塞子,以防损坏容器。
- 检查装置的气密性:把导管一端浸入水中,用手紧握试管,观察水中的导管口有没有气泡冒出。有气泡冒出,说明装置不漏气(松手冷却后,导管内会形成一段水柱);如果没有气泡冒出,要仔细寻找原因和解决办法(如塞紧或更换橡胶塞),确认装置不漏气后才能进行实验。
💡 想一想:为什么有气泡冒出就说明装置不漏气?(手的温度使装置内的气体受热膨胀,气体只能从导管口逸出)
(五)玻璃仪器的洗涤
做实验必须使用干净的仪器,否则会影响实验效果。以洗涤试管为例:
- 先倒净试管内的废液(倒入指定容器),再注入半试管水,振荡后把水倒掉,再注入水、振荡后再倒掉,这样连洗几次。
- 如果内壁附有不易洗掉的物质,要用试管刷刷洗;刷洗时须转动或上下移动试管刷,但用力不能过猛,以防损坏试管。
- ✅ 洗净标准:洗过的玻璃仪器内壁附着的水既不聚成水滴,也不成股流下,表明仪器已洗干净。
- 洗净的玻璃仪器应放在指定的地方,如试管要倒扣在试管架上。
🧪 教材【实验1-6】:将实验中所用的试管等玻璃仪器刷洗干净,并整理实验台和实验室。
二、观察与描述蜡烛及其燃烧(走进科学探究)
科学探究是获取科学知识、理解科学本质、认识客观世界的重要途径。在进行科学探究时,常通过观察和实验等方法获取证据,通过分析和推理得出结论。
【问题】 蜡烛主要由石蜡和棉线烛芯组成。运用除味觉以外的感官,在一支蜡烛点燃前、燃烧时、熄灭后三个阶段进行观察,你能够观察到哪些现象?
| 阶段 | 实验做法 | 观察到的现象 | 分析(结论) |
|---|---|---|---|
| 点燃前 | 观察颜色、状态、形状,闻气味;用小刀切下一块石蜡放入水中 | 通常为白色固体,有轻微气味;容易被小刀切下(质软);放入水中浮在水面,且不溶解 | 石蜡硬度小、密度比水小、难溶于水——都属于物理性质 |
| 燃烧时 | 观察燃着的部分 | 火焰附近的石蜡受热熔化,烛芯变黑、变短;火焰分为外焰、内焰、焰心三层 | 石蜡熔化是物理变化;外焰温度最高,焰心温度最低,所以加热要用外焰 |
| 燃烧时 | 把干燥的烧杯罩在火焰上方 | 烧杯内壁出现水雾 | 燃烧生成了水 |
| 燃烧时 | 把用澄清石灰水润湿内壁的烧杯罩在火焰上方 | 烧杯内壁的澄清石灰水变浑浊 | 燃烧生成了二氧化碳 |
| 熄灭后 | 观察熄灭时的现象;用燃着的火柴去点白烟 | 有一缕白烟冒出;白烟能被点燃,蜡烛可重新燃烧 | 白烟是石蜡蒸气冷凝成的石蜡固体小颗粒(可燃) |
🌟 蜡烛燃烧的文字表达式(石蜡是混合物,本单元只要求知道反应物和生成物):
- 石蜡 + 氧气
二氧化碳 + 水
🔬 检验二氧化碳的反应(用澄清石灰水检验 CO₂ 的原理,后面单元还会详细学):
- 文字表达式:二氧化碳 + 氢氧化钙
碳酸钙 + 水 - 化学方程式:
📌 这一探究活动体现了化学学习的三个特点:
- 关注物质的性质:如石蜡的颜色、硬度、密度、熔点等物理性质,以及能否燃烧、燃烧产物能否使澄清石灰水变浑浊等化学性质。
- 关注物质的变化:如石蜡受热熔化等物理变化,燃烧时生成二氧化碳和水等化学变化。
- 关注物质变化的过程,以及对结果的讨论和解释:对变化前、变化中和变化后的现象进行系统、细致的观察和描述;基于证据,经过分析和推理,得出可靠的结论。
🌟 观察与描述小导引:实验时要重点观察实验前后试剂的颜色、状态、气味等的变化,观察要全面、细致;要用语言和文字客观、全面、准确地描述观察到的现象。描述现象时一般不说"生成了某某物质"(那是结论),而说"出现水雾""变浑浊""产生气泡"等能直接观察到的现象。
📝 探究报告:探究(或实验)后应认真完成报告,一般包括姓名/合作者/班级/日期、探究名称、探究目的、探究用品、探究过程(步骤和方法、现象、分析或解释)、探究结论、问题和建议。
结语
化学的世界很大,而我们刚刚推开第一扇门。从"看变化"到"做实验",你已经站在了化学的门口。按教材顺序一步步来,基础扎实,后面越学越顺。祝你化学入门顺利!🎉