四、初中化学课本趣读简解——多种多样、多姿多彩的联系
2018-09-12 19:21:41
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四、初中化学课本趣读简解——多种多样、多姿多彩的联系

如果说物理学是研究物体特性及其运动的科学,则化学是研究组成物体的物质的组成、结构、性质及变化、转化规律的科学。而化学物质与外部及其内部的联系既是多种多样的,又是多姿多彩的。

化学是一门实用的基础科学。它与每个人的衣、食、住、行都有紧密的联系,在人们的日常生活中起着重要作用。在穿衣方面,除了棉、麻、丝等天然的纤维外,很多衣服、鞋帽的用料都是用化学纤维制造而成的。从吃食来说,人们大量食用的粮食、蔬菜、水果,不仅它们的生长离不开化肥、农药等化工产品,就是加工、运输、储藏、保鲜等环节也都要用到化学;其它动物性食品如鱼、肉、蛋、奶等也是这样。

植物的生长,树木的成长,粮食、蔬菜、水果的产生,棉、麻、丝等植物性产品的形成,都与太阳的光照、与土壤提供的水分养分、与周围的空气有关,由植物本身的光合作用形成。而这更是一个复杂、微妙的光化学、生物化学过程。这又是农业、林业经营的结果;猪、牛、羊和鱼类等动物性食品则是养殖业经营的产品。要提高植物性和动物性产品的产量,改善其质量,就要了解和认识这个过程。

在住房方面,除了天然生长的石材、木材外,现代建筑更多使用的钢筋、水泥、玻璃、涂料,都是经过冶炼、烧制等热化工过程而产生出来的。从出行来说,自行车、汽车、轮船、飞机等交通工具的制造当然离不开机械化工制造业,机动车离不开热化学,电动车离不开电化学;另外道路、桥梁、隧道等的建设也同样如此。再比如,房间的桌椅橱柜要油漆,床上的被褥床单要染色,我们上学必备的书包背带、书本纸张、笔墨画板塑料文具,哪一件的制作都离不开化学。还有现代学习、工作以至生活都要用的电脑、鼠标,人人手中须臾放不下的手机、屏幕,更是高级化工的精美作品。即是说,生产生活中处处有化学。化学渗透到人类社会的各个领域,。一门化学,把整个社会统统都联系起来。如此广泛存在的事实,你想到了、觉察到了吗?

化学是以实验为基础的科学。化学实验可以研究、揭示、证明物质的性质。例如,氧气具有非常特殊的性质,在人们日常生活中起着非常重要的作用。制取氧气又是一个比较简单的实验。说化学具有“多姿多彩的联系“,我们就从制取氧气的实验说起吧。首先,这个实验带着我们离开课堂,走进实验室。这就使我们与实验室联系起来:我们要熟悉实验室的环境,认识实验指导老师,接触实验室的设备和仪器,了解并遵守实验操作的规则。第二,实验中我们要用试管架和导管把产生氧气的试管和收集氧气的烧瓶连接起来,从而为开始实验做好准备;要意识到我们自己既是学习者,又是实验的操作者,主导者。第三,当试管中加入试剂、实验开始时,产生氧气的物质就与产生的氧气联系起来。比如过氧化氢分解成水和氧气,加热氯酸钾分解成氯化钾和氧气。这又与催化剂联系起来:这个实验里加入的二氧化锰很有意思:它参加实验,自己却不发生什么变化,质量既不增多又不减少,只是促进反应过程。这不有点儿奇怪吗?

另外,用酒精灯加热暗紫色的高锰酸钾固体,在产生氧气的同时还产生锰酸钾和二氧化锰,这里的二氧化锰还起催化作用吗?反应后高锰酸钾的颜色有什么变化?这同时又有酒精灯参与温度的变化,它的作用与化学反应的速度联系起来,进而把这些试剂和反应物联系起来。检验是否氧气又与氧气的助燃性、与带火星木条的可燃性联系起来。至于工业制氧,无论是根据液态、气体沸点不同的低温分馏技术,还是根据气体分子大小不同的薄膜分离技术,都与氧气的性质、特征以及所采用的设备、工艺以至人才水平相联系。这里就不多说了。

学习和研究化学,必须要说的是门捷列夫和他的元素周期表。门捷列夫对化学发展的最大贡献在于发现了化学元素周期律,列出了元素周期表。元素周期表绝对称得上天才的杰作!这源于门捷列夫在继承前人工作的基础上,对大量实验事实进行了订正、分析和概括。元素周期表把已经发现的元素全部列入表里,好像一张“全家福”照片。各种元素作为元素大家庭的成员,让它们各占其位,排列有序,从而基本完成了使元素系统化的工作。元素周期律就是元素的性质随着原子量的递增而呈周期性变化的规律,即各种元素之间的内在联系。

人们通过这个周期表,可以看到各种元素的组成,质子、中子与电子数量的联系,它们互相之间相同和不相同的性质及其之间的联系。元素周期表还根据已发现的元素的组成、结构、性质及其之间的联系,推断并预言了当时未知元素的组成、结构和性质。若干年后,他的预言都得到了证实。门捷列夫工作的成功,自然引起了科学界的震动。人们为了纪念他的功绩,就把元素周期律和周期表都以门捷列夫的名字来命名。门捷列夫的研究成果对我们普遍而又深刻地认识化学物质起到了广泛而又巨大的帮助作用。

在化学中,“酸”和“碱”是经常遇到、用到的两类物质。“酸”性物质或大或小都有酸味,例如食醋;“碱”性物质或多或少都有涩感,例如石灰水。如果把它们与专门的指示剂联系起来,石蕊溶液遇酸溶液变成红色,遇碱溶液变成蓝色;酚酞溶液遇酸溶液不变色,遇碱溶液变成红色。指示剂这样变红、变蓝(也包括不变)的颜色变化,既显示了它们作为“指示剂”的物理光学特性,又表现了作为酸、碱物质的化学反应特性。也就是说,指示剂的颜色把它们自身与被指示物质的特性紧紧联系起来。这样的实验现象和理论结果是不是很神奇、很好玩呀?

让我们进一步深入探讨。酸性物质如盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)等的共同之处是分子式中都有一个或几个“氢原子”,还有并不相同的“酸根”,所以它们有共同的特性——酸性,比如吸水性、腐蚀性;当然因为各自酸根的不同,每种酸的特性也不完全相同,如腐蚀性有大有小等。而碱性物质如氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钙(Ca(OH)2)等的共同之处是分子式中都有一个“氢氧根”,所以它们有共同的特性——碱性,也有吸水性、腐蚀性;它们的氢氧根相同,但因为金属元素的不同,每种碱的特性也不完全相同,如腐蚀性有大有小等。

盐酸、硫酸等酸性溶液和氢氧化钠、氢氧化钙等碱性溶液都能够导电。这说明在酸性和碱性溶液中都存在带电的粒子。实际上,HCl在水中会解离出H+和Cl-离子;NaOH在水中会解离出Na+和(OH-)离子。这当中不可忽视水的作用。正是“水”把这些离子从酸和碱的物质中成功地解离出来。这时再把它们和电源联系起来,于是表现出导电的性质。更奇特的是:如果把酸性溶液和碱性溶液混合在一起,这些脾气个别的“氢原子”和秉性各色的“氢氧根”在溶液中作为“离子”合在一起,却成为一个最平常、最普通的“水分子”!真是既不可思议,又千真万确!

在氢氧化钠溶液中加入盐酸,生成了氯化钠和水 。其他的酸和碱也能发生类似的反应,称为中和反应。例如,在氢氧化钙溶液中加入硫酸,生成了硫酸钙和水 。凡是像氯化钠、氯化钙和硫酸钙这样由金属离子和酸根离子构成的化合物都称为“盐”。这个“盐”的概念就不仅是食用的调料——食盐,而是广阔得太多了。大家想一想,金属(包括有金属性质的“原子团”)有几十种,酸根离子有十几种。它们分别交叉组合的盐类物质就有几百种吧?

以上所有这些各具特性的金属、非金属元素,单质与化合物,酸类、碱类以及千百种的盐类物质,还只是无机化学领域。到高中还要学有机化学,还有前面提到的生物化学、还有更专门的高分子化学,特殊领域的太空化学等。总之,大千世界中的千万种物质,必是千百种颜色、千百样性质、千百般变化、千百项用途,必是令人目不暇接、眼花缭乱。而它们之间千丝万缕、千条万缕、无所不包、无限复杂的网络联系,却只要一个词就可以概括——化学。

2018年7月28日



 
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