化学研究的对象：物质与变化

铁钉放在潮湿的空气中会生锈，木柴点火后变成灰烬，食盐溶于水后消失不见，铜器表面慢慢变成绿色……这些日常可见的现象背后，都有着相同的问题：物质是什么？它们为什么会变化？变化前后有什么不同？化学，正是专门回答这些问题的学问。

化学，研究物质的科学

走进厨房，食盐、白糖、食用油、铁锅、陶瓷碗……都是物质。走出门外，空气、泥土、水、石头、植物……也都是物质。我们自身的皮肤、骨骼、血液，同样是物质。

• 化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。

化学不是凭空想象出来的，而是从人们长期的生产和生活实践中逐渐发展起来的。冶炼金属、烧制陶瓷、酿酒造醋，这些古老的工艺中都包含化学变化。今天，材料、医药、农业、能源等领域的发展，同样离不开化学的支撑。

物质的三种状态

物质以不同的形态存在于我们周围。水可以是液态的，也可以冻成冰（固态），还可以蒸发成水蒸气（气态）。这三种状态——固态、液态、气态，是物质最基本的存在形式。

水在不同温度下的状态变化是一个典型例子：

固态物质有固定的形状和体积；液态物质有固定的体积，但形状随容器改变；气态物质既没有固定形状，也没有固定体积，会充满整个容器。

• 例题

一杯水放入冰箱冷冻后变成冰，取出后在室温下又融化。水经历了哪些状态变化？

水从液态变为固态（凝固），再从固态变回液态（熔化）。在整个过程中，水的化学成分没有改变，只是状态发生了变化。

物质的性质

每种物质都有自己独特的“特征”，这些特征称为物质的性质。性质分为两大类：物理性质和化学性质。

• 物理性质是指不需要通过化学变化就能表现出来的性质，例如颜色、状态、气味、密度、熔点、沸点、硬度等。
• 化学性质是指物质在化学变化中表现出来的性质，例如可燃性、氧化性、酸碱性、腐蚀性等。

区分二者的关键在于：物理性质可以直接观察或测量，不需要发生化学变化；化学性质只有在物质参与化学变化时才能表现出来。

• 密度是一项重要的物理性质，它表示单位体积物质的质量，计算公式为：

其中 $\rho$ 表示密度（单位：$\text{g/cm}^3$ 或 $\text{kg/m}^3$），$m$ 表示质量，$V$ 表示体积。不同物质的密度不同，因此可以用密度来区分物质。

• 例题

有一块金属，质量为 $54\ \text{g}$，体积为 $20\ \text{cm}^3$，求该金属的密度，并判断它可能是什么金属。

查阅常见金属密度表，铝的密度约为 $2.7\ \text{g/cm}^3$，因此该金属很可能是铝。

物质的变化

物质时时刻刻都在发生变化。冰融化成水，水蒸发成雾，铁片弯曲后改变形状——这些都是变化。但并非所有变化都一样，化学把物质的变化分为两大类。

• 物理变化是指物质的状态、形状等发生改变，但物质本身的化学成分没有改变，没有新物质生成。
• 化学变化是指物质发生变化后，有新的物质生成，物质的化学成分发生了根本改变。

两类变化对比如下：

• 例题

下列过程中，哪些是物理变化，哪些是化学变化？

化学变化的常见现象

化学变化发生时，往往伴随着一些可观察到的现象。这些现象不能作为判断化学变化的依据，但可以帮助我们判断是否可能发生了化学反应。

常见的现象包括：

需要注意的是，以上现象只是“可能发生化学变化的信号”，最终判断还需确认是否有新物质生成。

• 例题

将少量食醋滴入鸡蛋壳碎片中，观察到有大量气泡产生，气泡使石灰水变浑浊。分析这一过程。

鸡蛋壳主要成分是碳酸钙（$\text{CaCO}_3$），与醋酸反应生成二氧化碳（$\text{CO}_2$）气体，$\text{CO}_2$ 通入石灰水后与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀，使石灰水变浑浊。这一系列现象说明发生了化学变化，有新物质生成。

观察与记录：化学研究的基本方法

化学知识不是凭感觉得来的，而是通过观察、实验和推理积累起来的。一次完整的化学观察包括以下步骤：

首先观察物质在变化前的状态、颜色、气味等特征；然后记录变化过程中出现的所有现象；最后根据现象推断物质是否发生了化学变化，并思考可能生成了什么新物质。

• 例题

将一小段镁带点燃，描述观察到的现象，并判断变化类型。

镁带燃烧时发出耀眼的白光，放出大量热，燃烧后生成白色固体粉末（氧化镁）。这是化学变化，因为镁（$\text{Mg}$）与氧气（$\text{O}_2$）反应生成了新物质氧化镁（$\text{MgO}$）：

练习题

• 选择题

• 第1题　【物理变化与化学变化】

下列变化中，属于化学变化的是：

A. 铁丝弯曲　　B. 食盐溶于水　　C. 纸张燃烧　　D. 冰块融化

• 第2题　【物质的性质分类】

下列描述中，属于物质化学性质的是：

A. 铜是红色固体　　B. 酒精能挥发　　C. 铁在潮湿空气中容易生锈　　D. 食盐易溶于水

• 第3题　【物质的三态】

水在 $100°C$ 时沸腾变为水蒸气，该过程：

A. 属于化学变化，因为状态发生了改变

B. 属于物理变化，水的化学成分（$\text{H}_2\text{O}$）没有改变

C. 属于化学变化，因为有气体产生

D. 无法判断变化类型

• 第4题　【化学变化的现象】

下列现象中，能说明一定发生了化学变化的是：

A. 混合后溶液变色　　B. 混合后产生气泡　　C. 加热后固体消失　　D. 混合后生成白色沉淀且有刺激性气味气体产生

• 计算题

• 第5题　【密度与物质鉴别】

实验室有一块未知金属，用天平称得其质量为 $178\ \text{g}$，用量筒测得其体积为 $20\ \text{cm}^3$。

（1）计算该金属的密度。

（2）根据下表，判断该金属最可能是哪种物质。

• 第6题　【密度的应用计算】

铁的密度为 $7.87\ \text{g/cm}^3$，一块铁的质量为 $393.5\ \text{g}$。

（1）求该铁块的体积。

（2）若将该铁块熔化后重新铸成铁球，铁球的质量和密度是否会发生变化？请说明理由。

（2）对照密度表，该金属的密度为 $8.9\ \text{g/cm}^3$，与铜的密度完全一致，因此该金属最可能是铜。

知识点：密度是物质的物理性质，不同物质密度不同，可用来鉴别物质。

（2）铁块熔化后重新铸成铁球，这一过程属于物理变化（只是形状改变，铁的化学成分不变）。

• 质量不变，仍为 $393.5\ \text{g}$（物质的质量与形状无关）
• 密度不变，仍为 $7.87\ \text{g/cm}^3$（密度是物质本身的特性，与形状无关）

知识点：物理变化中，物质的化学成分和密度均不发生改变；密度是物质固有的物理性质。