化学自习室移动版

    回顾初中化学，总给人一种意犹未尽的感觉，好像我们的了解还是不够深入。如果我们能站在高中生的角度回望初中，似乎又会有许多新的感觉，站在高处看待自己化学学习的成长之路，也是一件快事。本文将立足初中所学，将原本局限性的认识打破，构建一个相对准确完整的知识概念，力求为刚升入高中的同学铺平道路，激发兴趣。  

（一） 燃烧  

    初中认为燃烧是可燃物与空气中的氧气发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应。但是高中会学习到许多反应，像钠在氯气中被点燃，2Na + Cl₂= 2NaCl就是燃烧反应，但不仅局限于氧气一种助燃剂（强氧化剂）。因此，到了高中“燃烧”的概念扩大了——物质在一定条件下，能发生剧烈的氧化还原反应，并发出大量的光和热，且有的物质有火焰产生。又如初中认为CO₂不支持燃烧，可是高中学习了2Mg + CO₂= 2MgO + C的反应，就知道像镁这样的活泼金属起火是不可以用CO₂灭火器的，学习了Na、K遇水也会剧烈反应，也就知道它们的灭火方式也不能用水，看来有的时候“水火可相容”啊。  

（二） 物质的性质和变化  

    化学也是一门交叉学科，近代物理学的进展极大的丰富了化学的研究范围和研究手段。物质不仅有物理性质、化学性质，也是有几何特征（如晶体的规则外表和内部结构）、放射性、光谱性质等。物质的变化也不单有物理变化、化学变化，也存在核变化（既非物理变化也非化学变化）。  

（三） 氧化还原反应  

    初中学习了氧化铜被氢气还原为红色的铜，初次接触到了“还原”的概念，但理解得却很浅，课本上的介绍也只是从得氧失氧的角度阐述，高中阶段，我们将深入地理解这一类反应，在特征上是化合价有升有降，实质上是电子的转移得失。因此单纯地以得氧（失氧）和失氧（得氧）来判断就会显得“力不从心”了。而氧化还原反应在高中也是一个十分重要的反应。  

（四） 一个验证氧气体积分数的实验  

    以前有人用蜡烛、木炭块、酒精棉等点燃后放在倒置于水槽中的集气瓶，以此验证氧气占空气体积的1/5，实验现象也是挺明显的。可是仔细想想，C（固）+O₂（气） = CO₂（气）、S（固）+O₂（气） = SO₂（气）、C₂H₅OH+3O₂（气）=2CO₂（气）+3H₂O（液）、石蜡C₂₀H₄₂+30.5O₂（气）=20CO₂（气）+21H₂O（液）等这些反应有氧气的消耗也有气态物质CO₂、SO₂的生成，有的反应是没有气体总体积的变化的（如前两个），可是实验中明显的“液面上升”却难以解释。实际上，只不过是反应放热加热了空气，驱赶了空气，造成冷却时的气压减小，这不足以说明“氧气的体积占有空气1/5”。  

（五） 原子结构  

    初中讲非金属元素原子最外层电子数≥4，金属元素原子的最外层电子数＜4，到高中阶段学习了元素周期表，了解了非金属元素和金属元素按阶梯状排列，有的金属最外层电子数也可多于4个，如锑Sb、铋Bi、钋Po等，有的非金属元素最外层电子数可少于4个，如硼B、氢H，而且也会认识到非金属与金属之间并没有明显的界限。  

（六） 复分解反应发生的条件  

    在初中由于知识所限，没有学习弱电解质的概念，并不完全地掌握复分解反应发生的条件。较为全面的一种提法是：生成低沸点易挥发的物质（含气体）、弱电解质（比如水、弱酸等）还有难溶性物质（即沉淀）。这就可以大大扩大判断范围，对于强酸为什么可以制弱酸、高沸点酸为什么可以制低沸点酸就不难理解了。  

（七） 金属与酸的反应  

    在初中化学中实验室制氢气是一个非常重要的反应，同时又学习了金属活动顺序，学生们往往怀有一种尝试性的搭配——认为氢前的金属和酸反应就一定会生成氢气，实验室制氢气正是选用了稀硫酸或稀盐酸。可是金属与其它酸（浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸）的反应将在高中学到，看了下面的反应方程式，大家会发现它们并不产生氢气  

Zn + 4HNO₃（浓）= Zn(NO₃)₂+ 2NO₂↑+ 2H₂O  

3Zn + 8HNO₃（稀）= 3Zn(NO₃)₂+ 2NO↑+ 4H₂O  

4Zn +10HNO₃（极稀）= 4Zn(NO₃)₂+ NH₄NO₃+ 3H₂O  

Zn + 2H₂SO₄（浓）=△= ZnSO₄+ SO₂↑+ 2H₂O  

    因此，对于酸，要区分氧化性酸和非氧化性酸，这些将在高中学到。

（八） 金属活动顺序表  

    初中课本上说：“在金属活泼顺序表中，排在前面的金属能把后面的金属阳离子从盐溶液中置换出来。”这句话在我们的初中时代屡试不爽，可是它也不是万能的准则，有时候也会“失效”。例如：①能否用K、Ca、Na置换硫酸铜溶液中的铜呢？②Mg可以置换出硝酸铅溶液中的Pb吗？  

    事实上，①K、Ca、Na太活泼，要先和水反应，生成强碱和氢气，强碱会和硫酸铜溶液生成氢氧化铜沉淀，是不会出现铜单质的。②金属活动顺序中，处于氢前的Mg→Pb各金属间不发生相互置换。因为越接近H的金属形成的碱越弱，而越弱的碱的阳离子水解能力越强，使溶液呈显酸性（H⁺多于OH^-）；又由于H⁺的得电子能力（氧化能力）大于氢前金属阳离子，所以H⁺先获得电子形成氢气放出，而非置换了金属。  

    所以说，金属活动顺序的修正版就是：处于氢前的Mg→Pb各金属可置换氢后的金属单质；处于氢后的金属则会相互置换。  

    另外，留个问题给大家，钾排在钠前面，钾比钠活泼。可是在熔融状态（没有水的高温状态）时会发生Na + KCl = NaCl + K↑，请大家想想为什么会发生这个反应？提示一下，好好想想为什么K的后面有个“↑”？这表示高温熔融时钾是什么状态呢？是不是可以综合我前面提到的复分解反应发生条件，得到一个关于化学平衡发生改变的规律呢？  

（九） 量比关系与滴加顺序  

    在初中，我们认为A和B反应就是B和A反应，在高中阶段，这就靠不住了，怎么会这样呢？闲话少说，我列举个例子：向稀盐酸中滴入碳酸钠溶液的现象就和向碳酸钠溶液中滴入稀盐酸的现象不同。前者的现象是滴入后就产生二氧化碳气体，因为将碳酸钠溶液逐滴加入稀盐酸的过程中，碳酸钠溶液是少量的，而盐酸是大量的，发生这个反应：Na₂CO₃+ 2HCl = 2NaCl + CO₂↑+ H₂O  

    若是情况反过来，则不会看到滴入后有气体产生，而是先有一个“平稳期”，这是因为滴入的HCl的量较Na₂CO₃很少，是发生了Na₂CO₃+ HCl = NaHCO₃+ NaCl的缘故。待“平稳期”过后（此时溶液相当于NaHCO₃溶液），再滴入盐酸时自然会产生CO₂了。所以总过程可看作是Na₂CO₃→ NaHCO₃→ H₂CO₃（CO₂+H₂O），也就是说碳酸根得到氢离子（H⁺，质子）的过程是一步一步的，不是一蹴而就的。高中的学习就需要注意加入试剂的顺序和过量少量的量比分析。  

（十） 盐溶液全都是中性的吗？  

    未必是！初中同学大概都不会陌生于碳酸钠的俗称叫纯碱，可是本质是一种正盐的它，为什么被人们说成“碱”呢？只是因为它的水溶液呈现碱性，这是由于碳酸根的水解作用所致。盐类的水解在很大程度上（但不是完全程度上）决定了其溶液的酸碱性。学习了盐类的水解的知识后，将对认识盐溶液的酸碱性有很大帮助。  

（十一） 实验与化学反应  

    一个实验，往往并不是只对应一个化学反应，而是包含了多个反应。我们考试时对实验现象所书写的方程式不要理解为只有这一个反应，而应该理解为“在特定条件下，发生在主要部位的主要反应”。例如实验室制氢气的实验中，我们可以马上联想到Zn + H₂SO₄（稀）= ZnSO₄+ H₂↑这个反应，但是在锌粒表面会有许许多多原电池反应（化小按——粗略的说，就是锌和某些杂质如铜、碳之间发生的电子转移的反应）。又如木炭还原氧化铜，主要反应是C+2CuO =△= 2Cu + CO₂↑，但同时又会存在C + CO₂=△= 2CO、C+O₂=△= CO₂、2Cu + O₂=△= 2CuO等发生程度不大的反应，我们称之为“副反应”。  

    实验与反应的关系，是反应系统与单一反应的关系。有时候系统中只有一个反应，有时候却有多个（这个更普遍）。这既说明了实验诸多因素的复杂性，也说明了一种“抓重点、抓主要”的研究方法。希望大家多在实验中留心，那里可是处处皆学问的地方啊。

（十二） 化学反应的类型  

    其实在初中大家会有一个感觉就是四个反应类型不足以涵盖所有反应，如：CO + CuO=△=Cu + CO₂、3O₂==2O₃（条件为放电）等反应，它们已不属于四种基本反应类型。自然地我们可以认识到有的反应是“非基本”的反应，是特别的反应类型，但毕竟化合、分解、置换、复分解能够涵盖中学阶段绝大多数的无机反应，是具有分类上的优势的，不要认为四大基本反应已经“一无是处”了。  

（十三） 金属离子的颜色  

    想必大家都记忆过一些金属离子的特殊颜色，如Fe²⁺浅绿色、Cu²⁺蓝色，这都是金属离子在水溶液中或结晶水合物中的颜色（即形成了水合离子）。若去掉溶剂或结晶水，它们的颜色则会不同，CuSO₄是白色，新制Fe(OH)₂也是白色，CuCl₂棕黄色，FeSO₄白色。这是因为其中不带有结晶水，故其不体现水合离子的颜色。因此金属离子的颜色并不是一成不变的。在失去水环境的时候，恐怕就要“原形毕露”了。顺便说一下，如果它们结合了某些阴离子还会形成复杂的络合物（配合物），颜色就会更加复杂。  

（十四） 爆炸  

    一提起爆炸，大家都挺好奇的。我在这儿想说，并非混合点燃一下氢气和氧气（或空气）就会爆炸，这是因为氢气和氧气的量比关系是很重要的影响因素，氢气在空气中4%--74.2%（体积分数）是可以爆炸，这称作氢气在空气中的爆炸极限——当氢气体积分数低于4%时，由于太少而无法点燃，高于74.2%时，则氢气可以安静燃烧了。几乎所有气态烃（只含碳氢的有机物）与空气的混合气体均是一个爆炸源，如丙烷丁烯等（打火机的燃料，常温下加压呈液态）。又如氢气和氯气、甲烷和氯气也属此类。高中的化学学习不仅要讲究“定性”的判断，也要学会讲究“定量”的判断，尤其是讨论一些性质与数量的关系问题，这才是更高级的问题。  

    当然有些不是混合气体的物质也可以爆炸，如液氧炸药、黑火药、硝酸铵、硝化甘油、TNT（三硝基甲苯，黄色炸药，需雷酸汞引爆，就是雷管）、火棉、氮化银等。还有的无需点燃引爆或光照，在低温暗处混合就会爆炸的——氢气和氟气（F₂）。  

     另外我又想起以前面粉厂有过爆炸，是因为面粉混在空气中，面粉在漂散状态时很容易燃烧爆炸，镁粉也要小心哦，这是很关键的危险源，应当引起重视，呵呵，说远了。不过大家对能够引起爆炸的物质了解一些比较好。  

     附：甲烷在空气中的爆炸极限5%--15%  ；甲烷在氧气中的爆炸极限5.4%--159.2% ；乙炔在空气中的爆炸极限2.5%--80%  

（十五） pH值  

    pH值这个概念，应当说是初中化学的新鲜概念，倒不是说它是近年来才加到课本中的，而是说它的记法和概念并不直观明确。作为常用的有效的计量溶液酸度的一个指标，pH值本无可非议，但它的符号不像计量长度的“L”（length）也不像计量物质的量浓度的“c”（concentration）等清楚，也没有什么定义。pH值的本质是什么，我们还不知道，在这点上它甚至还不如相对原子质量（相对分子质量）呢，至少后者的本质还是一个比值，量纲为一，单位为1，pH值似乎充满神秘感，与我们“忽近忽远，若即若离”。课本中提到“pH值的范围在0-14之间”，而事实上pH值指溶液当中氢离子浓度[H⁺]的负对数，即pH= -lg[H⁺]，它是关于[H⁺]的函数，从数学角度看，该函数的值域（pH值的取值范围）应该是整个实数范围，可是在实际计算中，pH值为负或过大就显得麻烦了，给人一种“功不抵过”的感觉，所以人们主要利用“0-14范围之间”。（注意：这不代表pH= -1无意义）。

    此外，初中课本还写到“常温下，中性溶液pH=7，pH=7就是中性溶液。”，在高中我们也可以姑且算对。如果真的咬文嚼字起来，pH值是氢离子浓度的函数，而氢离子浓度又只与Kw（水的离子积常数）有关，即在中性溶液中恒有[H⁺]= Kw的平方根，Kw是温度的函数，所以pH值也是温度的函数。已知在99摄氏度时，Kw=1.0*10^-12，此时中性溶液的pH=6，因此看来，“pH=7与中性溶液的等价性”应该只限于常温状态，在高温时就不便适宜了。

（十六） 为什么检验硫酸钡、氯化银的时候说“既不溶于水又不溶于硝酸”呢？  

    对于初中所学的难溶物来说，有很多是难溶的弱碱和难溶的碳酸盐，它们遇到强酸当然会溶解，显然被排除在BaSO4、AgCl之外，我想这个大家也不难理解。现在我们着重看看其它难溶物（包括微溶物）——好像只剩下了硫酸银和硫酸钙了，看看它们是否会干扰BaSO4、AgCl生成的判断。确实是，微溶的两种物质也会引起溶液的混浊。可当加入强酸时，溶液会恢复透明清澈，说明硫酸银和硫酸钙可溶于强酸！  

    在高中要考虑到微溶物的影响，也要考虑到更多难溶物的影响（如硫化物、亚硫酸盐、磷酸盐等），可是对于很多难溶物来说，它们区别于硫酸钡、氯化银的最大一点就是可溶于酸。因此，在检验这两种特殊的难溶物时，强酸就“毫不谦虚”地充当了“分水岭”。而在众多强酸当中，硝酸所对应的可溶盐最多，难溶物几乎没有，保证了硝酸与某物质反应以后生成物都溶于水，不会生成难溶物而发生混淆；同时硝酸又具有强氧化性，可溶解的物质的范围更大，基于这两点，硝酸是最好的。  

    所以说有时候在水中难溶微溶的物质，在酸溶液中却能够成为可溶物，而硫酸钡、氯化银则是冥顽不化的“顽固分子”，连硝酸都不怕。你说，在检验它们的时候是不是一定要说上“既不溶于水又不溶于硝酸”之类的话以作为它们的“出场证明”呢，这可不是啰嗦吧？  

（十七） 酸碱盐溶解性表中的“—”  

    ①AgOH不稳定，在水中会分解：2Ag⁺+ 2OH^-= 2AgOH↓ = Ag₂O + H₂O。事实上硝酸银溶液中加入氨水或氢氧化钠溶液的一瞬间是可以产生白色沉淀的，那就是AgOH（高中学习烃的衍生物时需要配制银氨试剂，到时就会验证这个现象的），但是AgOH在常温下极不稳定，立即脱水生成暗棕色的Ag₂O沉淀。于是我们可以看到溶液逐渐变黑。如果放置更久2Ag₂O = 4Ag + O2↑。（提供一条制备AgOH的方法：溶于90%酒精的硝酸银溶液和氢氧化钾在零下45度时小心操作，并大喊三声“我喜欢化小”就会成功，呵呵~~）  

    ②Al³⁺、Fe³⁺遇到CO₃^2-，在水中发生双水解作用。  

      Al³⁺+ 3CO₃^2-+ 3H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑  

      Fe³⁺+ 3CO₃^2-+ 3H₂O = 2Fe(OH)₃↓ + 3CO₂↑  

    因此，酸碱盐溶解性表中的“—”不代表没有这种物质，只是说明在水溶液中它们很不稳定。  

    说了很多，却发现根本说不完，像是“着火点是可变的”、“酸酐不一定是酸性氧化物”、“没有绝对不溶的物质”、“氯化钙不能干燥氨气”。。。。。。全说了也就没意思了，背离了我写作的初衷——希望大家破除旧观念，有点革新意识和自我探究的精神，这对你的一生都有好处吧，聪明的读者不需要我再赘述。