資源簡介

第一章 從實驗學化學
1． 實驗的安全和意外事故處理
（1）實驗安全
● 防止火災
化學藥品中有很多是易燃物，在使用時若不注意可能釀成火災。所以，對易燃物：① 必須妥善保管，放在專柜中，遠離火源。易燃品、強氧化劑、鉀、鈉、鈣等強還原劑要妥善保管；② 使用易揮發可燃物如乙醇、乙醚、汽油等應防止蒸氣逸散，添加易燃品一定要遠離火源；③ 進行加熱或燃燒實驗時要嚴格操作規程和儀器選用，如蒸餾時要用冷凝器等；④ 易燃物質用后若有剩余，決不能隨意丟棄，如殘留的金屬鈉應用乙醇處理，白磷應放在冷水中浸泡等。
另外，實驗室必須配備各種滅火器材（酸堿滅火器、四氯化碳滅火器、粉末滅火器、沙子、石棉布、水桶等）并裝有消防龍頭。實驗室電器要經常檢修，防止電火花、短路、超負載等引發火災。
在使用酒精燈時，一定要注意：① 不能用燃著的酒精燈去點燃另一盞酒精燈；② 不能用嘴吹滅酒精燈；③ 不能向燃著的酒精燈中添加酒精；④ 燈壺內的酒精不能超過容積的2/3等。
● 滅火
如果不慎在實驗室發生火災，應立即采取以下措施：
① 防止火勢擴展：移走可燃物，切斷電源，停止通風。② 撲滅火源：酒精等有機溶劑潑灑在桌面上著火燃燒，用濕布、石棉或沙子蓋滅，火勢大可以用滅火器撲滅。小范圍的有機物、鉀、鈉、白磷等化學物質著火可用沙蓋滅。③ 常用滅火器的種類和使用范圍見下：
類? 型
藥液成分
適用滅火對象
酸堿式
H2SO4和NaHCO3
非油類、電器
泡沫式
Al2(SO4)3和NaHCO3
油類
CO2滅火器
液態CO2電
器、小范圍油類、忌水的化學品
四氯化碳
液態四氯化碳
電器、汽油、丙酮。不能用于鉀、鈉、電石、CS2
干粉滅火器
NaHCO3等類，適量潤滑劑、防潮劑
油類、可燃氣體、精密儀器、圖書文件等
撲救化學火災注意事項：
① 與水發生劇烈反應的化學藥品不能用水撲救，如鉀、鈉、鈣粉、鎂粉、鋁粉、電石、三氯化磷、五氯化磷、過氧化鈉、過氧化鋇、磷化鈣等，它們與水反應放出氫氣、氧氣等將引起更大火災。
② 比水密度小的有機溶劑，如苯、石油等烴類、醇、醚、酮、酯類等著火，不能用水撲滅，否則會擴大燃燒面積；比水密度大且不溶于水的有機溶劑，如二硫化碳等著火，可用水撲滅，也可用泡沫滅火器、二氧化碳滅火器撲滅。
③ 反應器內的燃燒，如是敞口器皿可用石棉布蓋滅。蒸餾加熱時，如因冷凝效果不好，易燃蒸氣在冷凝器頂端燃著，絕對不可用塞子或其他物件堵塞冷凝管口，應先停止加熱，再行撲救，以防爆炸。
● 防止爆炸
各種可燃氣體與空氣混合都有一定的爆炸極限，點燃氣體前，一定要先檢驗氣體的純度。特別是氫氣，在點燃氫氣或加熱與氫氣反應的物質前，都必須檢驗其純度。
● 防止倒吸引起爆裂
加熱制備氣體并將氣體通入溶液中的實驗，要防止因反應容器內壓強銳減而造成液體倒吸入熱的反應容器內。玻璃的膨脹系數比較小，冷熱不均會造成玻璃容器爆裂，甚至濺傷實驗人員。為此，要注意以下幾點：① 加熱盡可能均勻；② 在反應容器后加一個安全瓶；③ 用倒扣漏斗等方法吸收易溶于水的氣體；④ 實驗結束前先從溶液中撤出導管再停止加熱。
● 防止有害氣體污染空氣
有毒氣體如Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2等酸性氣體，用強堿溶液吸收（通常用濃NaOH溶液）；CO點燃除掉；NO先與足量空氣混合后再通入堿溶液中；H2和其他可燃性氣體，如氣態烴雖無毒性，但彌散在空氣中有著火或爆炸的危險，應當點燃除掉；NH3用濃硫酸吸收；制備有毒氣體的實驗應在通風櫥內進行。
● 防止暴沸
加熱有機物時，由于它們的沸點一般比較低，一旦溫度過高，液體局部過熱，會形成暴沸現象，反應溶液甚至沖開橡皮塞濺傷實驗者，所以，在反應容器中要放一些碎瓷片。
● 嚴格按照實驗規程進行操作
藥品用量要盡可能少，如金屬鉀與水反應，鉀的用量控制為綠豆般大小。用量過大，反應十分激烈會引起燃燒甚至爆炸。燒瓶內反應溶液的體積一般不宜超過瓶容積的一半，以防沖出瓶外。加熱應控制在規定的溫度范圍內，特別是有機反應，如酯的制備要用小火加熱等。易燃試劑在實驗時遠離熱源；取用試劑后及時塞好瓶塞；稀釋濃硫酸一定要將濃硫酸沿器壁慢慢倒入水中并不斷攪拌。聞氣體的氣味時要用手輕輕扇動，讓極少量氣體飄進鼻孔等。
（2）意外事故的處理方法
● 創傷急救
用藥棉或紗布把傷口清理干凈，若有碎玻璃片要小心除去，用雙氧水擦洗或涂紅汞水，也可涂碘酒（紅汞與碘酒不可同時使用），再用創可貼外敷。
● 燙傷和燒傷的急救
可用藥棉浸75%～95%的酒精輕涂傷處，也可用3%～5%的KMnO4溶液輕擦傷處到皮膚變棕色，再涂燙傷藥膏。
● 眼睛的化學灼傷
應立即用大量流水沖洗，邊洗邊眨眼睛。如為堿灼傷，再用20%的硼酸溶液淋洗；若為酸灼傷，則用3%的NaHCO3溶液淋洗。
● 濃酸和濃堿等強腐蝕性藥品
使用時應特別小心，防止皮膚或衣物被腐蝕。如果酸（或堿）流在實驗桌上，立即用NaHCO3溶液（或稀醋酸）中和，然后用水沖洗，再用抹布擦干。如果只有少量酸或堿液滴到實驗桌上，立即用濕抹布擦凈，再用水沖洗抹布。
如果不慎將酸沾到皮膚或衣物上，立即用較多的水沖洗，再用3%～5%的NaHCO3溶液沖洗。如果是堿溶液沾到皮膚上，要用較多的水沖洗，再涂上硼酸溶液。
● 其他化學灼傷的急救
溴：用1體積氨水+1體積松節油+10體積乙醇混合處理。
磷：先用5%的CuSO4溶液洗，再用1 g/L的KMnO4溶液濕敷。
苯酚：先用大量水洗，再用乙醇擦洗，最后用肥皂水、清水洗滌。
（3）妥善處理實驗后的廢液和廢渣
化學實驗的廢液大多數是有害或有毒的，不能直接排到下水管道中，可先用廢液缸收集儲存，以后再集中處理。但一些能相互反應產生有毒物質的廢液不能隨意混合，如強氧化劑與鹽酸、硫化物、易燃物，硝酸鹽和硫酸，有機物與過氧化物，磷和強堿（產生PH3），亞硝酸鹽和強酸（產生HNO2），二氧化錳、高錳酸鉀、氯酸鉀等不能與濃鹽酸混合；揮發性酸與不揮發性酸等。
常見廢液的處理方法見下表：
廢? 液
處理方法
注意事項
酸或堿
中和法
分別收集，混合無危險時將廢酸、廢堿混合
氧化劑還原劑
氧化還原法
分別收集，查明廢液化學性質，將一種廢液分次少量加入另一種廢液中
含重金屬離子的廢液
氫氧化物沉淀法，硫化物共沉淀法
用過濾或傾析法將沉淀分離，濾液不含重金屬離子后再排放
含Ba2+
沉淀法
加入Na2SO4溶液，過濾，除去沉淀即可排放
有機物
焚燒法，有機溶劑萃取回收利用
生成水、CO2等不污染環境用溶劑萃取，分液后回收利用
固體殘渣往往有一些重金屬鹽，對水體和土壤會造成污染，要處理（一般變成難溶的氧化物或氫氧化物）后集中掩埋。汞不慎撒落地面時，要先用硫黃覆蓋，使其化合為硫化汞后掃除并妥善掩埋。用剩下的鈉、鉀、白磷等易燃物，氧化劑高錳酸鉀、氯酸鉀、過氧化鈉等，易揮發的有機物等不可隨便丟棄，防止著火事件發生。有毒物質用剩后不可隨意亂扔。
2．化學實驗室安全歌
水火無情，人命關天，安全第一，牢記心田。
一防水患，二防火險，三防爆炸，四防觸電。
實驗之前，準備在先，防護用品，一應俱全。
實驗之中，不得擅離，及時觀察，預防突變。
短暫離開，同伴照看，尤應注意，停水停電。
加熱過夜，最是危險，確需如此，要五保險:
調壓變壓; 使用繼電; 硅油熱包，用作熱源;
不準回流，不開水冷; 溫度恒定，方可安眠。
用水注意，水管緊連，水量勿猛，下班拔管。
使用電器，先查電線，防止短路，防止漏電。
慎用煤氣，小心引燃，遠離溶劑，遠離實驗。
明火加熱，通風在先。高壓氣瓶，放穩放遠，
氫氣鋼瓶，操作要嚴。家用冰箱，不適實驗。21世紀教育網
箱內容器，一定蓋嚴，要放平穩，務貼標簽。
劇毒試劑，專人領取，金屬鉀鈉，存放專點。[來源:21世紀教育網
各種溶劑，勿貯太多，存于陰處，入夏尤然。
殘渣廢液，不可入池，分門別類，各歸其所。
實驗室內，保持整潔，不能用膳，不準抽煙。
最后離室，是個關鍵，水電氣窗，閘銷復原。
滅火用具，經常檢查，急救藥品，常備手邊。
遇有險情，先斷電源，報警號碼，隨處可見。
此歌唱完，認真實踐，膽大心細，永保安全。
3．幾種分離和提純方法
分離和提純方法
過? 程
應用實例
傾析
從液體中分離密度較大且不溶的固體
分離沙和水
過濾
從液體中分離不溶的固體
凈化食用水
溶解和過濾
分離兩種固體，一種能溶于某溶劑，另一種則不溶
分離鹽和沙
離心分離法
從液體中分離不溶的固體
分離泥和水
結晶法
從溶液中分離已溶解的溶質
從海水中提取食鹽
分液
分離兩種不互溶的液體
分離油和水
萃取
加入適當溶劑把混合物中某成分溶解及分離
用庚烷提取水溶液中的碘
蒸餾
從溶液中分離溶劑和非揮發性溶質
從海水中取得純水
分餾
分離兩種互溶而沸點差別較大的液體
從液態空氣中分離氧和氮； 石油的精煉
升華
分離兩種固體，其中只有一種可以升華
分離碘和沙
吸附
除去混合物中的氣態或固態雜質
用活性炭除去黃糖中的有色雜質
色層分析法
分離溶液中的溶質
分離黑色墨水中不同顏色的物質
4．物質的量的單位──摩爾
摩爾一詞來源于拉丁文moles，原意為大量和堆集。早在20世紀40至50年代，就曾在歐美的化學教科書中作為克分子量的符號。1961年，化學家E.A.Guggenheim將摩爾稱為“化學家的物質的量”，并闡述了它的涵義。同年，在美國《化學教育》雜志上展開了熱烈的討論，大多數化學家發表文章表示贊同使用摩爾。1971年，在由41個國家參加的第14屆國際計量大會上，正式宣布了國際純粹和應用化學聯合會、國際純粹和應用物理聯合會和國際標準化組織關于必須定義一個物質的量的單位的提議，并作出了決議。從此，“物質的量”就成為了國際單位制中的一個基本物理量。摩爾是由克分子發展而來的，起著統一克分子、克原子、克離子、克當量等許多概念的作用，同時把物理上的光子、電子及其他粒子群等“物質的量”也概括在內，使在物理和化學中計算“物質的量”有了一個統一的單位。
第14屆國際計量大會批準的摩爾的定義為：
（1）摩爾是一系統的物質的量，該系統中所含的基本單元數與0.012 kg 12C的原子數目相等。
（2）在使用摩爾時，基本單元應予指明，可以是原子、分子、離子、電子及其他粒子，或這些粒子的特定組合。
根據摩爾的定義，12 g 12C中所含的碳原子數目就是1 mol，即摩爾這個單位是以12 g 12C中所含原子的個數為標準，來衡量其他物質中所含基本單元數目的多少。
摩爾跟其他的基本計量單位一樣，也有它的倍數單位。
1 Mmol=1 000 kmol
1 kmol=1 000 mol
1 mol=1 000 mmol
那么，什么樣的特定組合才符合摩爾定義中所規定的基本單元的涵義呢？
凡是物質系統中能以化學式表示，同時又可以計數的特定組合都可以計量它的物質的量。國際純粹和應用化學聯合會于1979年出版的“物理化學量和單位的符號與術語手冊”（第二次修訂本）中對摩爾的應用示例作了重要的增補，即：
1 mol HgCl???????????????????? ??其質量為 236.04 g
1 mol Hg2Cl2????????????????????其質量為 472.08 g
1 mol Hg22+???????????????????? 其質量為 401.8 g，帶有192.97 kC的電量
1 mol 1/2Ca2+???????????????????其質量為 20.04 g，帶有96.49 kC的電量
1 mol e－??????????????????????? 其質量為 548.60 μg，帶有-96.49 kC的電量
1 mol某種混合物，其組分的摩爾分數（x）為：
x(N2)=0.780 9
x(O2)=0.209 5
x(Ar)=0.009 3
x(CO2)=0.000 3
具有的質量為28.964 g。
1 mol頻率為1014 Hz的光子，具有39.90 kJ的能量。
5．阿佛加德羅的分子學說
　　一、阿佛加德羅的一生
　　化學家阿佛加德羅（Avogadro,A.1776-1856）是意大利都靈市人，出生于一位著名的律師家庭。16歲時取得了法學士學位，20歲時獲得法學博士學位，并當了幾年的律師。他厭倦律師工作，從24歲起他開始對數學、物理學發生了濃厚的興趣。阿佛加德羅學習認真，工作負責。盡管他懂法文、英文和德文，可是他的科學理論除意大利外，外國很少有人知道。1804年都靈科學院推選他當通訊院士，1819年才正式選為科學院院士。1820年被聘為都靈大學數學、物理學教授，一直在這里教學和科研多年。他一生發表了50多篇論文，內容十分豐富，還有最重要的著作《可度量物體物理學》共4大卷。阿佛加德羅生前沒有獲得任何榮譽稱號。死后才贏得人們的崇敬。1911年為紀念阿佛加德羅定律提出100周年，意大利在都靈建立了阿佛加德羅紀念像，出版了他的選集，頒發了紀念章。
　　1956年，意大利科學院召開了紀念阿佛加德羅逝世100年大會。在會上意大利總統將首次頒發的加佛加德羅大金質獎章授與兩位著名的諾貝爾化學獎獲得者──英國化學家欣謝爾伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美國化學家鮑林。他們在致詞中一致贊頌，他“為人類科學發展作出貢獻的阿佛加德羅永遠為人們所崇敬。”21世紀教育網
　　二、三論分子未能得到重視
　　化學家道爾頓發表原子學說的第二年，化學家蓋·呂薩克提出了氣體化合體積定律。他將自己做的化學實驗結果與原子學說相對照，認為原子學說所說化學反應中各種原子以簡單數目相結合的論點，可以用自己的實驗予以支持，于是他提出了一個新的假說：“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體含有相同數目的原子”他認為這一假說是對原子學說的支持和發展。沒想到，道爾頓堅決反對這個假說，因為原子學說認為不同元素的原子大小不會一樣，其重量也不一樣，因而相同體積的不同氣體不可能含有相同數目的原子。正當化學界對蓋·呂薩克提出的假說開展爭論時，阿佛加德羅對這個問題也發生了濃厚的興趣。他仔細考察了蓋·呂薩克和道爾頓爭論之所以相持不下，矛盾無法解決，關鍵在于沒有指出分子的存在。
　　1811年，阿佛加德羅在法國《物理雜志》發表一篇經典性的論文，題為《論測定物體中原子相對重量及其化合物中數目比例的一種方法》，論述了有關原子量的測定，化學式的確立等，他根據蓋·呂薩克的實驗事實，進行了合理的推論，引入了分子概念。文章指出，原子是參加化學反應的最小質點，分子則是游離態單質或化合物能獨立存在最小質點。分子由原子組成，單質分子由相同元素的原子組成，化合物分子則由不同元素的若干原子組成。他還根據蓋·呂薩克定律的實驗事實，修正了蓋·呂薩克假說中的錯誤。認為“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相同數目的分子。”此假說的奧妙之處在于把原子換成了分子，這樣跟道爾頓的原子學說就沒有矛盾了，跟實驗事實也統一起來了，這樣跟道爾頓的原子學說就沒有矛盾了，跟實驗事實也統一起來了。根據阿佛加德羅的假說，只要承認任何物質可以獨立存在的最小微粒是分子，那么單個的氣體分子就不是單個的原子，而是由兩個或兩個以上的原子所組成，如氫、氧、氮、氯的分子都是由2個原子組成的。雖然阿佛加德羅假說，言之成理，持之有據，可是并未獲得化學界的承認。1814年，阿佛加德羅發表了第二篇關于闡述分子假說的論文，仍然沒有引起什么反響，同樣遭到冷遇。就是在這一年，法國物理學家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也獨立提出了類似的分子假說，也沒有引起化學界的注意。這時阿佛加德羅更清楚地認識到自己提出的分子假說在化學發展中的重要意義。他對這種現象非常著急，于是在1821年又發表了闡述分子假說的第三篇論文。在文中寫道：“我是第一個注意到蓋·呂薩克氣體實驗定律可以用來測定分子量的人，而且也是第一個注意到它對道爾頓的原子學說具有意義的人。沿著這種途徑我得出了氣體結構假說，它在相當大的程度上簡化了蓋·呂薩克定律的應用”。在阿佛加德羅論述了分子假說后，感慨地寫：“在物理學家和化學家深入地研究原子學說和分子假說之后，正如我所預言，它將要成為整個化學的基礎和使化學這門科學日益完善的源泉。”盡管阿佛加德羅前后三論，作了最大的努力，但是，還是沒有獲得人們的認可。
　　三、分子學說的再生
　　道爾頓提出原子學說后，測定原子量已成為化學家研究的重要課題。但是由于不承認分子的存在，化合物的原子組成就無法確定，以至原子量測定的數據呈現一片混亂。于是有的化學家對原子量能否測定表示懷疑，甚至對原子學說是否正確也產生了懷疑，不承認分子假說，在有機化學中同樣產生了極大的混亂，如醋酸就可以寫出19個不同的化學式，當量有時等于原子量，有時等于重合原子量（即分子量），無論無機化學還是有機化學中的混亂局面，都使化學家無法容忍。因而他們要求召開一次國際會議，力求通過討論，在化學式、原子量等問題上取得統一的意見。于是1860年9月在德國卡爾斯魯厄召開了國際化學會議。來自世界各國的140位化學家在會上爭論熱烈，但沒有統一的意見。明珠是不怕被土埋的，到一定的時候，仍然會破土而出，放出光芒。這時意大利化學家康尼查羅（Cannizzaro,S.1826-1910）散發了他寫的《化學哲學教程提要》的單行本。他回顧了50年來化學發展的歷程，成功的經驗和失敗的教訓，都充分證實了阿佛加德羅的分子假說是正確的。這個單行本一開始就寫道：“我相信，近年來科學的進步、已經證實了阿佛加德羅、安培和杜馬關于氣態物質具有相似結構的假說，即同體積的氣體，無論是單質還是化合物，都含有相同數目的分子，而不含有相同數目的原子，因為不面物質的分子以及在不同狀態下的相同物質的分子可能含有不同數目的原子，其性質也可能相同，也可能不同”。接著康尼查羅在書中著重介紹了求原子量和分子量的基本方法，還研究了應用杜隆和培蒂的原子熱容定律來驗證自己所得原子量的正確性。康尼查羅還指出當量與原子量的不同，原子有自己不變的原子量，但也可能具有不同的當量。化學家經過50來年的曲折歷程，終于承認阿佛加德羅的分子假說了。阿佛加德羅的偉大貢獻被發現，立即光芒四射，成為扭轉這一混亂局面的理論武器。

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