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第一章 从实验学化学
1． 实验的安全和意外事故处理
（1）实验安全
● 防止火灾
化学药品中有很多是易燃物，在使用时若不注意可能酿成火灾。所以，对易燃物：① 必须妥善保管，放在专柜中，远离火源。易燃品、强氧化剂、钾、钠、钙等强还原剂要妥善保管；② 使用易挥发可燃物如乙醇、乙醚、汽油等应防止蒸气逸散，添加易燃品一定要远离火源；③ 进行加热或燃烧实验时要严格操作规程和仪器选用，如蒸馏时要用冷凝器等；④ 易燃物质用后若有剩余，决不能随意丢弃，如残留的金属钠应用乙醇处理，白磷应放在冷水中浸泡等。
另外，实验室必须配备各种灭火器材（酸碱灭火器、四氯化碳灭火器、粉末灭火器、沙子、石棉布、水桶等）并装有消防龙头。实验室电器要经常检修，防止电火花、短路、超负载等引发火灾。
在使用酒精灯时，一定要注意：① 不能用燃着的酒精灯去点燃另一盏酒精灯；② 不能用嘴吹灭酒精灯；③ 不能向燃着的酒精灯中添加酒精；④ 灯壶内的酒精不能超过容积的2/3等。
● 灭火
如果不慎在实验室发生火灾，应立即采取以下措施：
① 防止火势扩展：移走可燃物，切断电源，停止通风。② 扑灭火源：酒精等有机溶剂泼洒在桌面上着火燃烧，用湿布、石棉或沙子盖灭，火势大可以用灭火器扑灭。小范围的有机物、钾、钠、白磷等化学物质着火可用沙盖灭。③ 常用灭火器的种类和使用范围见下：
类? 型
药液成分
适用灭火对象
酸碱式
H2SO4和NaHCO3
非油类、电器
泡沫式
Al2(SO4)3和NaHCO3
油类
CO2灭火器
液态CO2电
器、小范围油类、忌水的化学品
四氯化碳
液态四氯化碳
电器、汽油、丙酮。不能用于钾、钠、电石、CS2
干粉灭火器
NaHCO3等类，适量润滑剂、防潮剂
油类、可燃气体、精密仪器、图书文件等
扑救化学火灾注意事项：
① 与水发生剧烈反应的化学药品不能用水扑救，如钾、钠、钙粉、镁粉、铝粉、电石、三氯化磷、五氯化磷、过氧化钠、过氧化钡、磷化钙等，它们与水反应放出氢气、氧气等将引起更大火灾。
② 比水密度小的有机溶剂，如苯、石油等烃类、醇、醚、酮、酯类等着火，不能用水扑灭，否则会扩大燃烧面积；比水密度大且不溶于水的有机溶剂，如二硫化碳等着火，可用水扑灭，也可用泡沫灭火器、二氧化碳灭火器扑灭。
③ 反应器内的燃烧，如是敞口器皿可用石棉布盖灭。蒸馏加热时，如因冷凝效果不好，易燃蒸气在冷凝器顶端燃着，绝对不可用塞子或其他物件堵塞冷凝管口，应先停止加热，再行扑救，以防爆炸。
● 防止爆炸
各种可燃气体与空气混合都有一定的爆炸极限，点燃气体前，一定要先检验气体的纯度。特别是氢气，在点燃氢气或加热与氢气反应的物质前，都必须检验其纯度。
● 防止倒吸引起爆裂
加热制备气体并将气体通入溶液中的实验，要防止因反应容器内压强锐减而造成液体倒吸入热的反应容器内。玻璃的膨胀系数比较小，冷热不均会造成玻璃容器爆裂，甚至溅伤实验人员。为此，要注意以下几点：① 加热尽可能均匀；② 在反应容器后加一个安全瓶；③ 用倒扣漏斗等方法吸收易溶于水的气体；④ 实验结束前先从溶液中撤出导管再停止加热。
● 防止有害气体污染空气
有毒气体如Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2等酸性气体，用强碱溶液吸收（通常用浓NaOH溶液）；CO点燃除掉；NO先与足量空气混合后再通入碱溶液中；H2和其他可燃性气体，如气态烃虽无毒性，但弥散在空气中有着火或爆炸的危险，应当点燃除掉；NH3用浓硫酸吸收；制备有毒气体的实验应在通风橱内进行。
● 防止暴沸
加热有机物时，由于它们的沸点一般比较低，一旦温度过高，液体局部过热，会形成暴沸现象，反应溶液甚至冲开橡皮塞溅伤实验者，所以，在反应容器中要放一些碎瓷片。
● 严格按照实验规程进行操作
药品用量要尽可能少，如金属钾与水反应，钾的用量控制为绿豆般大小。用量过大，反应十分激烈会引起燃烧甚至爆炸。烧瓶内反应溶液的体积一般不宜超过瓶容积的一半，以防冲出瓶外。加热应控制在规定的温度范围内，特别是有机反应，如酯的制备要用小火加热等。易燃试剂在实验时远离热源；取用试剂后及时塞好瓶塞；稀释浓硫酸一定要将浓硫酸沿器壁慢慢倒入水中并不断搅拌。闻气体的气味时要用手轻轻扇动，让极少量气体飘进鼻孔等。
（2）意外事故的处理方法
● 创伤急救
用药棉或纱布把伤口清理干净，若有碎玻璃片要小心除去，用双氧水擦洗或涂红汞水，也可涂碘酒（红汞与碘酒不可同时使用），再用创可贴外敷。
● 烫伤和烧伤的急救
可用药棉浸75%～95%的酒精轻涂伤处，也可用3%～5%的KMnO4溶液轻擦伤处到皮肤变棕色，再涂烫伤药膏。
● 眼睛的化学灼伤
应立即用大量流水冲洗，边洗边眨眼睛。如为碱灼伤，再用20%的硼酸溶液淋洗；若为酸灼伤，则用3%的NaHCO3溶液淋洗。
● 浓酸和浓碱等强腐蚀性药品
使用时应特别小心，防止皮肤或衣物被腐蚀。如果酸（或碱）流在实验桌上，立即用NaHCO3溶液（或稀醋酸）中和，然后用水冲洗，再用抹布擦干。如果只有少量酸或碱液滴到实验桌上，立即用湿抹布擦净，再用水冲洗抹布。
如果不慎将酸沾到皮肤或衣物上，立即用较多的水冲洗，再用3%～5%的NaHCO3溶液冲洗。如果是碱溶液沾到皮肤上，要用较多的水冲洗，再涂上硼酸溶液。
● 其他化学灼伤的急救
溴：用1体积氨水+1体积松节油+10体积乙醇混合处理。
磷：先用5%的CuSO4溶液洗，再用1 g/L的KMnO4溶液湿敷。
苯酚：先用大量水洗，再用乙醇擦洗，最后用肥皂水、清水洗涤。
（3）妥善处理实验后的废液和废渣
化学实验的废液大多数是有害或有毒的，不能直接排到下水管道中，可先用废液缸收集储存，以后再集中处理。但一些能相互反应产生有毒物质的废液不能随意混合，如强氧化剂与盐酸、硫化物、易燃物，硝酸盐和硫酸，有机物与过氧化物，磷和强碱（产生PH3），亚硝酸盐和强酸（产生HNO2），二氧化锰、高锰酸钾、氯酸钾等不能与浓盐酸混合；挥发性酸与不挥发性酸等。
常见废液的处理方法见下表：
废? 液
处理方法
注意事项
酸或碱
中和法
分别收集，混合无危险时将废酸、废碱混合
氧化剂还原剂
氧化还原法
分别收集，查明废液化学性质，将一种废液分次少量加入另一种废液中
含重金属离子的废液
氢氧化物沉淀法，硫化物共沉淀法
用过滤或倾析法将沉淀分离，滤液不含重金属离子后再排放
含Ba2+
沉淀法
加入Na2SO4溶液，过滤，除去沉淀即可排放
有机物
焚烧法，有机溶剂萃取回收利用
生成水、CO2等不污染环境用溶剂萃取，分液后回收利用
固体残渣往往有一些重金属盐，对水体和土壤会造成污染，要处理（一般变成难溶的氧化物或氢氧化物）后集中掩埋。汞不慎撒落地面时，要先用硫黄覆盖，使其化合为硫化汞后扫除并妥善掩埋。用剩下的钠、钾、白磷等易燃物，氧化剂高锰酸钾、氯酸钾、过氧化钠等，易挥发的有机物等不可随便丢弃，防止着火事件发生。有毒物质用剩后不可随意乱扔。
2．化学实验室安全歌
水火无情，人命关天，安全第一，牢记心田。
一防水患，二防火险，三防爆炸，四防触电。
实验之前，准备在先，防护用品，一应俱全。
实验之中，不得擅离，及时观察，预防突变。
短暂离开，同伴照看，尤应注意，停水停电。
加热过夜，最是危险，确需如此，要五保险:
调压变压; 使用继电; 硅油热包，用作热源;
不准回流，不开水冷; 温度恒定，方可安眠。
用水注意，水管紧连，水量勿猛，下班拔管。
使用电器，先查电线，防止短路，防止漏电。
慎用煤气，小心引燃，远离溶剂，远离实验。
明火加热，通风在先。高压气瓶，放稳放远，
氢气钢瓶，操作要严。家用冰箱，不适实验。21世纪教育网
箱内容器，一定盖严，要放平稳，务贴标签。
剧毒试剂，专人领取，金属钾钠，存放专点。[来源:21世纪教育网
各种溶剂，勿贮太多，存于阴处，入夏尤然。
残渣废液，不可入池，分门别类，各归其所。
实验室内，保持整洁，不能用膳，不准抽烟。
最后离室，是个关键，水电气窗，闸销复原。
灭火用具，经常检查，急救药品，常备手边。
遇有险情，先断电源，报警号码，随处可见。
此歌唱完，认真实践，胆大心细，永保安全。
3．几种分离和提纯方法
分离和提纯方法
过? 程
应用实例
倾析
从液体中分离密度较大且不溶的固体
分离沙和水
过滤
从液体中分离不溶的固体
净化食用水
溶解和过滤
分离两种固体，一种能溶于某溶剂，另一种则不溶
分离盐和沙
离心分离法
从液体中分离不溶的固体
分离泥和水
结晶法
从溶液中分离已溶解的溶质
从海水中提取食盐
分液
分离两种不互溶的液体
分离油和水
萃取
加入适当溶剂把混合物中某成分溶解及分离
用庚烷提取水溶液中的碘
蒸馏
从溶液中分离溶剂和非挥发性溶质
从海水中取得纯水
分馏
分离两种互溶而沸点差别较大的液体
从液态空气中分离氧和氮； 石油的精炼
升华
分离两种固体，其中只有一种可以升华
分离碘和沙
吸附
除去混合物中的气态或固态杂质
用活性炭除去黄糖中的有色杂质
色层分析法
分离溶液中的溶质
分离黑色墨水中不同颜色的物质
4．物质的量的单位──摩尔
摩尔一词来源于拉丁文moles，原意为大量和堆集。早在20世纪40至50年代，就曾在欧美的化学教科书中作为克分子量的符号。1961年，化学家E.A.Guggenheim将摩尔称为“化学家的物质的量”，并阐述了它的涵义。同年，在美国《化学教育》杂志上展开了热烈的讨论，大多数化学家发表文章表示赞同使用摩尔。1971年，在由41个国家参加的第14届国际计量大会上，正式宣布了国际纯粹和应用化学联合会、国际纯粹和应用物理联合会和国际标准化组织关于必须定义一个物质的量的单位的提议，并作出了决议。从此，“物质的量”就成为了国际单位制中的一个基本物理量。摩尔是由克分子发展而来的，起着统一克分子、克原子、克离子、克当量等许多概念的作用，同时把物理上的光子、电子及其他粒子群等“物质的量”也概括在内，使在物理和化学中计算“物质的量”有了一个统一的单位。
第14届国际计量大会批准的摩尔的定义为：
（1）摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元数与0.012 kg 12C的原子数目相等。
（2）在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。
根据摩尔的定义，12 g 12C中所含的碳原子数目就是1 mol，即摩尔这个单位是以12 g 12C中所含原子的个数为标准，来衡量其他物质中所含基本单元数目的多少。
摩尔跟其他的基本计量单位一样，也有它的倍数单位。
1 Mmol=1 000 kmol
1 kmol=1 000 mol
1 mol=1 000 mmol
那么，什么样的特定组合才符合摩尔定义中所规定的基本单元的涵义呢？
凡是物质系统中能以化学式表示，同时又可以计数的特定组合都可以计量它的物质的量。国际纯粹和应用化学联合会于1979年出版的“物理化学量和单位的符号与术语手册”（第二次修订本）中对摩尔的应用示例作了重要的增补，即：
1 mol HgCl???????????????????? ??其质量为 236.04 g
1 mol Hg2Cl2????????????????????其质量为 472.08 g
1 mol Hg22+???????????????????? 其质量为 401.8 g，带有192.97 kC的电量
1 mol 1/2Ca2+???????????????????其质量为 20.04 g，带有96.49 kC的电量
1 mol e－??????????????????????? 其质量为 548.60 μg，带有-96.49 kC的电量
1 mol某种混合物，其组分的摩尔分数（x）为：
x(N2)=0.780 9
x(O2)=0.209 5
x(Ar)=0.009 3
x(CO2)=0.000 3
具有的质量为28.964 g。
1 mol频率为1014 Hz的光子，具有39.90 kJ的能量。
5．阿佛加德罗的分子学说
　　一、阿佛加德罗的一生
　　化学家阿佛加德罗（Avogadro,A.1776-1856）是意大利都灵市人，出生于一位著名的律师家庭。16岁时取得了法学士学位，20岁时获得法学博士学位，并当了几年的律师。他厌倦律师工作，从24岁起他开始对数学、物理学发生了浓厚的兴趣。阿佛加德罗学习认真，工作负责。尽管他懂法文、英文和德文，可是他的科学理论除意大利外，外国很少有人知道。1804年都灵科学院推选他当通讯院士，1819年才正式选为科学院院士。1820年被聘为都灵大学数学、物理学教授，一直在这里教学和科研多年。他一生发表了50多篇论文，内容十分丰富，还有最重要的著作《可度量物体物理学》共4大卷。阿佛加德罗生前没有获得任何荣誉称号。死后才赢得人们的崇敬。1911年为纪念阿佛加德罗定律提出100周年，意大利在都灵建立了阿佛加德罗纪念像，出版了他的选集，颁发了纪念章。
　　1956年，意大利科学院召开了纪念阿佛加德罗逝世100年大会。在会上意大利总统将首次颁发的加佛加德罗大金质奖章授与两位著名的诺贝尔化学奖获得者──英国化学家欣谢尔伍德(Hinshelwood,S.C.1897-1967）和美国化学家鲍林。他们在致词中一致赞颂，他“为人类科学发展作出贡献的阿佛加德罗永远为人们所崇敬。”21世纪教育网
　　二、三论分子未能得到重视
　　化学家道尔顿发表原子学说的第二年，化学家盖·吕萨克提出了气体化合体积定律。他将自己做的化学实验结果与原子学说相对照，认为原子学说所说化学反应中各种原子以简单数目相结合的论点，可以用自己的实验予以支持，于是他提出了一个新的假说：“在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子”他认为这一假说是对原子学说的支持和发展。没想到，道尔顿坚决反对这个假说，因为原子学说认为不同元素的原子大小不会一样，其重量也不一样，因而相同体积的不同气体不可能含有相同数目的原子。正当化学界对盖·吕萨克提出的假说开展争论时，阿佛加德罗对这个问题也发生了浓厚的兴趣。他仔细考察了盖·吕萨克和道尔顿争论之所以相持不下，矛盾无法解决，关键在于没有指出分子的存在。
　　1811年，阿佛加德罗在法国《物理杂志》发表一篇经典性的论文，题为《论测定物体中原子相对重量及其化合物中数目比例的一种方法》，论述了有关原子量的测定，化学式的确立等，他根据盖·吕萨克的实验事实，进行了合理的推论，引入了分子概念。文章指出，原子是参加化学反应的最小质点，分子则是游离态单质或化合物能独立存在最小质点。分子由原子组成，单质分子由相同元素的原子组成，化合物分子则由不同元素的若干原子组成。他还根据盖·吕萨克定律的实验事实，修正了盖·吕萨克假说中的错误。认为“在同温同压下，相同体积的不同气体具有相同数目的分子。”此假说的奥妙之处在于把原子换成了分子，这样跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了，跟实验事实也统一起来了，这样跟道尔顿的原子学说就没有矛盾了，跟实验事实也统一起来了。根据阿佛加德罗的假说，只要承认任何物质可以独立存在的最小微粒是分子，那么单个的气体分子就不是单个的原子，而是由两个或两个以上的原子所组成，如氢、氧、氮、氯的分子都是由2个原子组成的。虽然阿佛加德罗假说，言之成理，持之有据，可是并未获得化学界的承认。1814年，阿佛加德罗发表了第二篇关于阐述分子假说的论文，仍然没有引起什么反响，同样遭到冷遇。就是在这一年，法国物理学家安培（Ampere,A.M.1775-1836）也独立提出了类似的分子假说，也没有引起化学界的注意。这时阿佛加德罗更清楚地认识到自己提出的分子假说在化学发展中的重要意义。他对这种现象非常着急，于是在1821年又发表了阐述分子假说的第三篇论文。在文中写道：“我是第一个注意到盖·吕萨克气体实验定律可以用来测定分子量的人，而且也是第一个注意到它对道尔顿的原子学说具有意义的人。沿着这种途径我得出了气体结构假说，它在相当大的程度上简化了盖·吕萨克定律的应用”。在阿佛加德罗论述了分子假说后，感慨地写：“在物理学家和化学家深入地研究原子学说和分子假说之后，正如我所预言，它将要成为整个化学的基础和使化学这门科学日益完善的源泉。”尽管阿佛加德罗前后三论，作了最大的努力，但是，还是没有获得人们的认可。
　　三、分子学说的再生
　　道尔顿提出原子学说后，测定原子量已成为化学家研究的重要课题。但是由于不承认分子的存在，化合物的原子组成就无法确定，以至原子量测定的数据呈现一片混乱。于是有的化学家对原子量能否测定表示怀疑，甚至对原子学说是否正确也产生了怀疑，不承认分子假说，在有机化学中同样产生了极大的混乱，如醋酸就可以写出19个不同的化学式，当量有时等于原子量，有时等于重合原子量（即分子量），无论无机化学还是有机化学中的混乱局面，都使化学家无法容忍。因而他们要求召开一次国际会议，力求通过讨论，在化学式、原子量等问题上取得统一的意见。于是1860年9月在德国卡尔斯鲁厄召开了国际化学会议。来自世界各国的140位化学家在会上争论热烈，但没有统一的意见。明珠是不怕被土埋的，到一定的时候，仍然会破土而出，放出光芒。这时意大利化学家康尼查罗（Cannizzaro,S.1826-1910）散发了他写的《化学哲学教程提要》的单行本。他回顾了50年来化学发展的历程，成功的经验和失败的教训，都充分证实了阿佛加德罗的分子假说是正确的。这个单行本一开始就写道：“我相信，近年来科学的进步、已经证实了阿佛加德罗、安培和杜马关于气态物质具有相似结构的假说，即同体积的气体，无论是单质还是化合物，都含有相同数目的分子，而不含有相同数目的原子，因为不面物质的分子以及在不同状态下的相同物质的分子可能含有不同数目的原子，其性质也可能相同，也可能不同”。接着康尼查罗在书中着重介绍了求原子量和分子量的基本方法，还研究了应用杜隆和培蒂的原子热容定律来验证自己所得原子量的正确性。康尼查罗还指出当量与原子量的不同，原子有自己不变的原子量，但也可能具有不同的当量。化学家经过50来年的曲折历程，终于承认阿佛加德罗的分子假说了。阿佛加德罗的伟大贡献被发现，立即光芒四射，成为扭转这一混乱局面的理论武器。

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