物理变化与化学变化

铁锅放在潮湿的空气中，几天后表面出现了红褐色的铁锈；把一块冰放在手心，片刻后它融化成水；木柴在灶膛里熊熊燃烧，最后只剩下灰烬；玻璃杯不小心摔碎了，还是玻璃，只是碎了。这些变化都发生在我们身边，却有着本质上的不同。有些变化只改变了物质的形态，有些变化却让物质彻底“变成了另一种东西”。化学把这两类变化区分开来，分别叫做物理变化和化学变化。

物理变化：形态改变，本质不变

把一张纸撕成碎片，纸变小了，但碎片仍然是纸；水结成冰，形态变了，但它仍然是水；把食盐碾碎，颗粒变小了，但每一粒仍然是食盐。这些变化有一个共同点：变化前后，物质的本质没有改变，没有产生新的物质。这类变化就叫做物理变化。

物理变化的特征：

• 只改变物质的形状、大小、状态等外观特征
• 变化前后是同一种物质
• 没有新物质生成

例题

将一根铁丝用力弯折，再用锤子将其砸扁，这个过程中铁发生了什么变化？

铁丝被弯折、砸扁，只是改变了铁的形状，铁本身的组成没有变化，没有产生新物质。因此，这是物理变化。

化学变化：产生新物质的变化

铁放在潮湿空气中生锈，生成的红褐色物质叫做氧化铁（$\text{Fe}_2\text{O}_3$），它和铁完全不同，颜色不同、性质不同。纸张燃烧后变成灰烬，灰烬是碳的氧化物和其他矿物质，和纸的成分大相径庭。牛奶变酸，是因为其中的乳糖被细菌分解成了乳酸——一种新物质。

这类变化的共同点是：变化过程中产生了一种或多种新物质。这类变化叫做化学变化，也叫做化学反应。

化学变化的特征：

• 变化前后物质的种类发生了改变
• 一定有新物质生成
• 通常伴随着能量的变化（发光、发热、吸热等）

例题

点燃一根蜡烛，蜡烛慢慢缩短，同时发出光和热。请问：蜡烛燃烧是物理变化还是化学变化？

蜡烛燃烧时，蜡（主要成分是碳氢化合物）和氧气发生反应，生成了二氧化碳（$\text{CO}_2$）和水（$\text{H}_2\text{O}$），这是与蜡完全不同的新物质。因此，蜡烛燃烧是化学变化。

化学变化的常见“信号”

化学变化发生时，往往会出现一些可以观察到的现象，这些现象被称为化学变化的“信号”。它们不能单独作为判断依据，但可以提醒我们：“这里可能发生了化学变化，值得进一步验证”。

例题

在一杯澄清石灰水中吹气，石灰水变得浑浊，出现白色沉淀。这是物理变化还是化学变化？请说明理由。

吹气时，呼出气体中含有 $\text{CO}_2$，$\text{CO}_2$ 与石灰水中的 $\text{Ca(OH)}_2$ 反应，生成了白色沉淀碳酸钙（${\text{CaCO}}_3$）：

产生了新物质 $\text{CaCO}_3$，因此这是化学变化。白色沉淀的出现正是化学变化的“沉淀信号”。

区分物理变化与化学变化的方法

判断一个变化是物理变化还是化学变化，核心标准只有一个：

有新物质生成 → 化学变化

没有新物质生成 → 物理变化

按照这个标准，可以用以下流程来判断：

例题

判断下列变化属于物理变化还是化学变化，并说明理由：

（1）食盐溶解在水中

食盐溶于水后，虽然“消失不见”，但食盐（$\text{NaCl}$）的本质没有改变，蒸发水分后仍然能得到食盐。变化前后没有新物质产生，因此是物理变化。

（2）食盐水通电后，电极附近产生气泡

通电后，电解食盐水会生成氢气（$\text{H}_2$）、氯气（$\text{Cl}_2$）和氢氧化钠（$\text{NaOH}$），这些都是新物质，因此是化学变化。

常见误区：这些现象不能单独判定变化类型

学习时，有几种情况特别容易判断错误，需要重点注意：

误区一：“爆炸一定是化学变化”

不对。爆炸分两种：气球被针刺破发生爆炸，只是气体快速膨胀，没有新物质生成，是物理变化；而炸药爆炸时发生剧烈化学反应，生成大量气体和热量，是化学变化。

误区二：“发光一定是化学变化”

不对。电灯泡发光是电能转化为光能，灯丝材料没有发生化学变化，是物理变化；而镁条燃烧发出强光，生成了氧化镁（$\text{MgO}$），是化学变化。

误区三：“溶解一定是物理变化”

大多数固体溶于水是物理变化（如食盐、蔗糖溶于水）。但某些情况下溶解会发生化学反应，生成新物质，例如铁锈（$\text{Fe}_2\text{O}_3$）溶于盐酸时，生成了氯化铁（$\text{FeCl}_3$）和水，属于化学变化。

物理变化与化学变化同时发生

在实际生活中，有些过程既包含物理变化，也包含化学变化，两者同时发生。

例子：蜡烛燃烧

蜡烛燃烧时，固体蜡先受热熔化为液态蜡（物理变化），液态蜡再汽化为蜡蒸气（物理变化），蜡蒸气最后与氧气燃烧，生成 $\text{CO}_2$ 和 $\text{H}_2\text{O}$（化学变化）。

例子：煤的燃烧

煤块在炉中受热，先膨胀（物理变化），然后在高温下与氧气发生燃烧反应（化学变化），生成 $\text{CO}_2$。

例题

点燃镁条时，镁条先发光燃烧，然后变成白色粉末。请分析这一过程中，哪些属于物理变化，哪些属于化学变化。

镁条燃烧时，固体镁（$\text{Mg}$）发生如下变化：

• 镁条温度升高，体积略微膨胀——这是物理变化（形状、体积的细微改变，没有新物质）
• 镁与氧气（$\text{O}_2$）发生燃烧反应，生成白色氧化镁（$\text{MgO}$）——这是化学变化

白色粉末 $\text{MgO}$ 是新物质，因此镁条燃烧的主体过程是化学变化。

练习题

选择题

第1题　【物理变化与化学变化的判断】

下列变化中，属于化学变化的是：

A. 铁丝被剪断　　B. 干冰升华　　C. 铁锅生锈　　D. 食盐溶于水

第2题　【化学变化信号的识别】

下列现象中，可以单独作为“发生了化学变化”的判断依据的是：

A. 物质颜色发生了变化

B. 物质状态发生了变化（如固体变为液体）

C. 变化前后出现了与原物质性质完全不同的新物质

D. 变化过程中发出了光和热

第3题　【物理变化中的特殊情况】

下列关于“爆炸”和“发光”的说法，正确的是：

A. 爆炸一定是化学变化，因为爆炸必然产生高温

B. 发光一定是化学变化，因为发光需要能量

C. 气球被扎破发生爆炸，没有新物质生成，属于物理变化

D. 电灯泡发光是化学变化，因为灯丝在高温下发生了变化

第4题　【两种变化同时发生】

蜡烛燃烧过程包含多个变化，下列关于蜡烛燃烧的说法，正确的是：

A. 蜡烛燃烧只是化学变化，与物理变化无关

B. 固体蜡熔化为液态蜡是化学变化

C. 蜡烛燃烧时，固体蜡的熔化是物理变化，蜡蒸气与氧气的反应是化学变化

D. 化学变化发生时，绝对不会同时发生物理变化

计算题

第5题　【根据变化现象判断变化类型并分析】

某同学做了如下实验：取一小截镁条（质量为 $2.4\text{ g}$），用砂纸打磨干净后，用酒精灯点燃。镁条燃烧后，收集到白色固体粉末。

（1）镁条用砂纸打磨的过程，属于哪种变化？请说明理由。

（2）镁条燃烧时，已知镁（$\text{Mg}$）与氧气（$\text{O}_2$）发生以下反应：

已知 $\text{Mg}$ 的相对原子质量为 $24$，$\text{O}$ 的相对原子质量为 $16$。请计算：$2.4\text{ g}$ 镁完全燃烧后，生成氧化镁（$\text{MgO}$）的质量是多少？（假设镁完全参与反应）

（3）燃烧后得到的白色粉末（$\text{MgO}$）与原来的镁条相比，是否是同一种物质？这说明燃烧属于哪种变化？

第6题　【综合分析：多步变化中的类型判断】

某工厂将铁矿石（主要含 $\text{Fe}_2\text{O}_3$）加工成铁制品，经历了以下几个步骤：

① 将大块铁矿石用机器粉碎成小颗粒

② 将铁矿石在高温下与一氧化碳（$\text{CO}$）反应，生成铁（$\text{Fe}$）和二氧化碳（$\text{CO}_2$）：

③ 将得到的铁熔化后，倒入模具中铸造成铁制品

（1）步骤①中，铁矿石的主要成分 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 有没有变化？步骤①属于哪种变化？

（2）步骤②中，已知 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 的相对分子质量为 $160$（$\text{Fe}$ 的相对原子质量为 $56$，$\text{O}$ 为 ）， 的相对原子质量为 。若取 的 完全反应，理论上能得到铁（）多少克？

（3）步骤③中，铁熔化为液态铁，再冷却凝固为固态铁制品。这属于哪种变化？

$2$ 个镁原子的质量 $= 2 \times 24 = 48$（相对质量单位）

$2$ 个 $\text{MgO}$ 的质量 $= 2 \times (24 + 16) = 2 \times 40 = 80$（相对质量单位）

建立比例关系：

已知 $m(\text{Mg}) = 2.4\text{ g}$，设生成 $\text{MgO}$ 的质量为 $x$：

$2.4\text{ g}$ 镁完全燃烧后，生成氧化镁的质量为 $\boxed{4\text{ g}}$。

（3）燃烧后的白色粉末是氧化镁（$\text{MgO}$），而原来的镁条是镁（$\text{Mg}$），两者的组成和性质完全不同，是不同的物质。镁燃烧产生了新物质，因此燃烧属于化学变化。

$1$ 个 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 的相对分子质量 $= 2 \times 56 + 3 \times 16 = 112 + 48 = 160$

$2$ 个 $\text{Fe}$ 原子的相对质量 $= 2 \times 56 = 112$

建立质量比：

已知 $m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160\text{ g}$，设得到铁的质量为 $y$：

理论上能得到铁的质量为 $\boxed{112\text{ g}}$。

（3）步骤③中，铁在高温下熔化为液态，再冷却凝固为固态铁制品，铁的本质（$\text{Fe}$）始终没有改变，没有产生新物质，属于物理变化。

综合分析：步骤①③为物理变化，步骤②为化学变化。三个步骤中，只有步骤②生成了新物质（铁和二氧化碳），是整个流程中发生本质变化的关键步骤。