哪些职业与化学有关：药物研制人员、化学教师、化学科研人员、化工厂工人、质量检测师、医生等

1.1.4   现代化学实验室

1.1.5   实验方案设计-实验条件控制-数据处理：设计实验探究市售食盐中是否含有碘元素

可以用下述方法检验食盐中是否含有碘酸钾：在试管中加少量KI－淀粉溶液，滴人几滴稀H₂SO₄酸化，不见有什么现象发生。加人少量市售固体食盐，若含有KIO₃则溶液立即显蓝色。反应方程式为：KIO₃+5KI+3H₂SO₄    3K₂SO₄+3I₂+ 3H₂O碘单质遇淀粉变蓝色。

1.1.6   溶液中Ag⁺、碳酸根离子、 C1^-、硫酸根离子等离子的检验

§1-2   化学物质及其变化

1.2.1   研究物质性质的基本程序

观察物质的外观性质→预测物质的性质（可以运用分类的方法，根据物质所属的类别或利用有关反应规律预测物质的性质）→实验和观察（验证预测并做出新的预测，或发现特殊现象，提出新的问题，进行进一步研究）→解释与结论（对实验现象进行分析、综合、推论，概括出结论，运用比较的方法，归纳出物质的通性几特性）。

1.2.2   氢氧化铁胶体的制备

（一）胶体的制备

制备胶体的关键是得到直径在1～100 nm的颗粒，原则上有两种方法：

一是将固体研细，这叫做分散法。例如，工业上为了得到胶体石墨（用于涂电视机显像管背后的玻璃外壁）和胶体颜料，要将粗颗粒放进胶体磨，充分研细。在研磨过程中需加一些丹宁或明胶作为稳定剂，防止所得的胶体聚沉。

二是使分子或离子聚结成胶粒，这叫做凝聚法。例如，利用化学反应（复分解、水解、氧化还原等反应）生成胶粒就能制得溶胶。Fe（OH）₃溶胶、AgI溶胶和硅酸溶胶，均是应用这种方法来制备的。应用这种方法还可以制备As₂S₃溶胶，这个反应的化学方程式如下：

2H₃AsO₃（稀溶液）+3H₂S====As₂S₃（溶胶）+6H₂O

利用化学反应的凝聚法制溶胶时，不必外加稳定剂。这是由于反应过程中，胶粒表面吸附了具有溶剂化层的离子，使溶液变得稳定。如果电解质溶液浓度太大，反而会引起胶粒聚沉，所以制备溶胶时，要控制电解质溶液的浓度。

（二）氢氧化铁胶体的制备

向沸水中滴加FeCl₃溶液，并继续煮沸至液体呈透明的红褐色即得Fe(OH)₃胶体。

注意：实验所用的FeCl₃溶液要饱和但不能浑浊。烧杯里蒸馏水煮沸后，滴加FeCl₃溶液要不断振荡，但不宜用玻璃棒搅拌，也不宜使液体沸腾时间过长，以免生成沉淀。所得胶体应透明、呈红褐色。

1.2.3   明矾、铝盐和铁盐的净水作用

（1）明矾的净水作用

目的：认识明矾的水解反应和氢氧化铝的吸附性能。

用品：研钵、蒸发皿、量筒、烧杯、玻璃棒、铁三脚架、石棉网、酒精灯。明矾、蓝色石蕊试纸、泥水、品红溶液。

原理：明矾[KAl（SO₄）₂·12H₂O]易溶于水，并发生水解反应，溶液呈酸性。

KAl（SO₄）₂＝K⁺＋Al³⁺＋2SO₄^2-

Al³⁺＋3H₂O Al（OH）₃＋3H⁺

水解生成的氢氧化铝胶体能凝聚水中悬浮物，具有吸附性能。同理，许多铝盐，如硫酸铝结晶、氯化铝等都是较好的净水剂。

操作：

1．取20克明矾晶体在研钵中研细。将明矾粉末加入盛有50毫升的烧杯里，稍加热并不断搅拌，加速明矾的溶解和水解反应，用蓝色石蕊试纸检验，试纸变红，溶液呈酸性。

2．取两只100毫升的烧杯盛水50毫升。分别加入5毫升泥水和1毫升品红溶液，搅拌后各倾入25毫升明矾溶液，继续搅拌，静置。水中的泥粒和品红色素被氢氧化铝絮状沉淀凝聚或吸附而沉降到烧杯的底部，上面的溶液则清沏透明。

其它实验方法：也可用硫酸铝或氯化铝溶液代替明矾溶液。将上述溶液各5毫升边搅拌，边加入两只盛有50毫升水的小烧杯里，再分别加入1毫升泥水、1毫升品红溶液

（2）铝盐、铁盐的净水作用

铝盐、铁盐的净水作用原理与明矾的净水作用一样，都是通过水解生成的胶体能凝聚水中悬浮物，具有吸附性能而实现的。

1.2.4   双氧水的伤口消毒

双氧水的学名是过氧化氢，它的分子是由2个氢原子和2个氧原子组成的。化学式为H₂O₂。从化学式可看出分子中比水分子中多一个氧原子。双氧水是无色有刺激性气味的液体。医疗上常用3％的双氧水进行伤口或中耳炎消毒。

为什么双氧水具有消毒杀菌能力呢？这是因为过氧化物不稳定，很容易发生下列反应：

H₂O₂→H₂O+（O）

当它与伤口、脓液或污物相遇时，立即分解生成氧。这种尚未结合成氧分子的氧原子，具有很强的氧化能力，与细菌接触时，能破坏细菌菌体，杀死细菌。

杀灭细菌后剩余的物质是无任何毒害、无任何刺激作用的水。不会形成二次污染。因此，双氧水是伤口消毒理想的消毒剂。但不能用浓度大的双氧水进行伤口消毒，以防灼伤皮肤及患处。

1.2.5   胶体-布朗运动-丁达尔效应-电泳-聚沉-渗析

（一）胶体的结构是怎样的？

关于胶体的结构，一般认为在胶体粒子的中心，是一个由许多分子聚集而成的固体颗粒，叫做胶核。在胶核的表面常常吸附一层组成类似的、带相同电荷的离子。

当胶核表面吸附了离子而带电后，在它周围的液体中，带相反电性的离子会扩散到胶核附近，并与胶核表面电荷形成扩散双电层。扩散双电层由两部分构成：

(1)吸附层

胶核表面吸附着的离子，由于静电引力，又吸引了一部分带相反电荷的离子（简称反离子），形成吸附层。

(2)扩散层

除吸附层中的反离子外，其余的反离子扩散分布在吸附层的外围。距离吸附层的界面越远，反离子浓度越小，到了胶核表面电荷影响不到之处，反离子浓度就等于零。从吸附层界面（图中虚线）到反离子浓度为零的区域叫做扩散层。

吸附层的离子紧挨着胶核，跟胶核吸附得比较牢固，它跟随胶核一起运动。扩散层跟胶核距离远一些，容易扩散。通常把胶核和吸附层共同组成的粒子称为胶粒，把胶核、吸附层和扩散层统称为胶团。

（二）胶体为什么会带电？

胶体带电的原因，是由于胶体是高分散的多相体系，具有巨大的界面（总表面积），因而有很强的吸附能力。它能有选择地吸附介质中的某种离子，而形成带电的胶粒。

这里以AgI胶体为例来说明。包围着AgI胶核的是扩散双电层（吸附层和扩散层），胶核和吸附层构成了胶粒，胶粒和扩散层形成的整体为胶团，在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等，因此胶粒是带电的，而整个胶团是电中性的。

式中的m是AgI分子数，m的值常常很大，n的数值比m小得多；(n-x)是包含在吸附层中的反离子数；x为扩散层中的反离子数。

由于胶核对吸附层的吸引能力较强，对扩散层的吸引能力弱，因此在外加电场（如通直流电）作用下，胶团会从吸附层与扩散层之间分裂，形成带电荷的胶粒而发生电泳现象。带电的胶粒向一极移动，带相反电荷的反离子向另一极极移动。因此，胶团在电场作用下的行为跟电解质相似。

（三）胶体应该带什么电？

胶体粒子吸附溶液中的离子而带电，当吸附了正离子时，胶体粒子荷正电，吸附了负离子则荷负电。不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子，与被吸附离子的本性及胶体粒子表面结构有关。法扬斯规则表明：与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附。以AgI胶体为例，AgNO₃与KI反应，生成AgI溶胶，若KI过量，则胶核AgI吸附过量的I^-而带负电，若AgNO₃过量，则AgI吸附过量的Ag⁺而带正电。

（四）氢氧化铁胶体一定带正电吗？

在制备氢氧化铁胶体的实验中，一般为向沸水中加入FeCl₃溶液，由于Fe^3＋的水解，使溶液显酸性，溶液中的OH^－浓度较小，因此氢氧化铁胶核更容易吸附浓度较大的Fe^3＋，带正电，如果在碱性环境下，则可吸附OH^－带负电。

由此，我们常说的氢氧化铁胶体带正电，是由于制备胶体的实验过程的特殊性决定的，而非氢氧化铁胶体一定带正电。

（五）胶体都是由于吸附离子而带电吗？

前文所述的胶体粒子带电荷由于吸附离子所致，当分散相固体与液体介质接触时，固体表面分子发生电离，也可以使胶体带电。

以硅酸胶团为例。m个SiO₂·nH₂O分子聚集成胶核，胶核表面的H₂SiO₃有微弱的电离。胶核选择吸附与其组成类似的n个SiO₃^2－离子；H^＋为反离子，总数为2n个，其中2（n－x）个被带负电的SiO₃^2－所吸引，共同构成胶粒中的吸附层；其余的2x个H⁺则分布在扩散层中，它的胶团结构可以用下面式子来表示。由图可知，胶粒带负电。

硅酸溶胶是土壤胶体中的重要部分，而土壤胶体又是土壤中最重要、最活跃的部分，植物营养的吸收，土壤中的各种反应，大都集中在这一部分。

胶体在土壤肥力上起着巨大作用，在工农业生产上有着重要意义。

（六）布朗运动

悬浮在液体或气体中的粒子所做的永不停止的、无秩序的运动，叫布朗运动。

说明：（1）1827年英国植物学家布朗把花粉悬浮在水里，用显微镜观察时发现，花粉的小颗粒做不停止的、无秩序的运动，所以叫布朗运动。

（2）用超显微镜观察溶胶，可观察到胶体分散质粒子也做布朗运动。这是由于水分子从各方面撞击胶粒，因而形成不停的、无秩序的运动。

实验证明，悬浮在液体或气体中的粒子，要遭受运动着的液体或气体分子的撞击，在某一瞬间，有多少分子，从什么方向，以多大的动量冲击它均是无规律的，由于质点在各方所受的力不能相互平衡而产生的无规则的热运动称为布朗运动。它是英国植物学家R.布朗在1827年首先发现的。1903年发明超显微镜后，观察到了溶胶中胶体粒子的布朗运动。质点在做布朗运动时，每秒运动方向的改变可高达1 010次，布朗运动的速度决定于粒子大小、温度、介质的黏度。粒子愈小，温度愈高，黏度愈小，运动速度愈大。布朗运动的意义在于它证明了分子的存在及分子运动学说的可靠性。

（七）电泳

在外加电场的作用下，胶粒在分散剂里向阴极（或阳极）做定向移动的现象，叫电泳。

说明：（1）电泳现象证明了胶粒是带有电荷的。一般说来，金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸附阳离子，胶粒带正电荷；非金属氧化物、金属硫化物的胶粒吸附阴离子，胶粒带负电荷。

（2）利用电泳可以分离带不同电荷的溶胶。

电泳现象应用广泛，如可用电泳分离和测定不同的蛋白质、核酸、酶、滤过性病毒等；可利用电泳的方法使橡胶的乳化液凝结而浓缩；电泳涂漆；电泳能使橡胶电镀在金属模具上，得到易于硫化，弹性及拉力均好的医用橡皮手套。

表1：各类分散系性质比较

表2：几种重要的胶体体系及用途

（八）渗析

利用半透膜（如羊皮纸、膀胱膜等）使胶体和其中所含的可溶性杂质分离的过程称为渗析，又称透析。半透膜的细孔能让可溶性杂质的分子或离子通过，但不能让较大的胶粒通过，因而可以达到分离的目的。应用渗析的方法可以精制某些溶胶。

（九）有色玻璃

泛指加入着色剂后呈现不同颜色的玻璃。是用普通玻璃加入着色剂，如加入MnO₂为紫色；CoO、Co₂O₃烧成紫红色；FeO、K₂Cr₂O₇烧成绿色；CdS、Fe₂O₃、Sb₂S₃烧成黄色；AuCl₃、Cu₂O烧成红色；CuO、MnO₂、CoO、Fe₃O₄的混合物烧成黑色；CaF₂、SnO₂烧成乳白色。着色剂量的多少、熔制时间和熔制温度都会不同程度地影响烧成的颜色深浅。使用胶体着色剂，如金、银、铜、硒、硫等，使极小颗粒悬浮在玻璃体内，使玻璃着色的。在烧制过程中不管哪种着色剂都加入助熔剂。

（十）聚沉

胶粒在一定条件下，聚集成较大的颗粒，形成了沉淀，从分散剂里析出的过程，叫聚沉。

说明：（1）胶体稳定的原因是，同种胶粒带有相同的电荷而互相排斥，因此胶粒不容易聚沉。（2）要使胶体聚沉，可加入电解质、加热或加带相反电荷的胶体等。如果往某些胶体里加少量电解质，由于电解质电离生成的阳离子或阴离子中和了胶粒所带电荷，使胶粒聚沉析出。（3）制皂工业中的盐析，就是加入食盐使肥皂胶粒聚沉的过程。

（十一）胶体体系的分类

分散质和分散剂有不同的聚集状态（固态、液态、气态），它们可以组合成不同的分散系。对于两者都是气态的体系，实际上是气体混合物，其性质不属于胶体的范围，这里不讨论；对于气体分散到固体中或液体中的泡沫，及液体分散到液体中的乳状液，它们虽属粗分散系，但常包含于广义的胶体体系内，这里把它们与胶体一起进行分类、比较：

表3：胶体（包括粗分散系）的分类：

以液体为分散剂的胶体是最常见的胶体分散系，根据胶体粒子的不同，它又可以分为憎液胶体和亲液胶体。胶体粒子为多个分子聚集体的是憎液胶体，因其胶粒与分散剂（液体）不亲合（不溶）而得名。从体系的热力学特点考虑，憎液胶体是热力学不稳定体系，是一相（分散质质点）分布在另一相（分散剂介质）中的多相分散体系，体系中的界面（质点与介质之间的相界面）总是要减少、胶体质点趋向于聚集在一起，有发生聚沉而使分散体系破坏的倾向（粗分散体系更易如此）。破坏之后，分散体系不能自动形成，因此，这种胶体又叫做不可逆胶体。

分子大小在胶体粒子范围内的高分子溶液，在动力学性质、光散射、流变性等很多方面与胶体的性质极为相似，也属于溶胶，但是高分子溶液是均相的真溶液而不是多相体系，其分散质是单个的大分子，是热力学稳定体系。像小分子溶液一样，只要溶剂不挥发，高分子溶液中溶质和溶剂就不会分离。高分子溶液的溶剂挥发后，得到高分子化合物；若把高分子再放入溶剂中，则又自动溶解而成溶液。因此，它叫做可逆胶体，又叫亲液胶体。

胶体的知识在生活、生产和科研等方面有着重要用途，如常见的有：①盐卤点豆腐；②肥皂的制取分离；③明矾、Fe₂（SO₄）₃溶液净水；④FeCl₃溶液用于伤口止血；⑤江河入海口形成的沙洲；⑥水泥硬化；⑦冶金厂大量烟尘用高压电除去；⑧土壤胶体中离子的吸附和交换过程，保肥作用。

1.2.6   冲积土的成因

夏天到来的时候，河水夹杂着大量的泥沙下流，大部分泥沙流入大海。但是，这些泥沙并非都能汇入海洋，有些在河水与海水汇合处就会马上发生聚结作用，聚沉在河口海边，于是，便形成了辽阔而肥沃的冲积土。例如，红河三角洲、湄公河三角洲的冲积平原就是这样形成的。为什么冲积的泥沙在河水里可以随水飘流，而一遇到海水，便立即发生聚沉了呢？在这里，电荷起着重要作用。

冲积的泥沙，是一种复杂的分散体系，其中有粗沙（大尺寸的）和胶粒。正是电荷阻止了这些颗粒的互相结合，因而不聚沉下去。但是，在遇到海水后，因海水是一种含有许多离子（主要是含钠离子和氯离子的电解质溶液），这些颗粒再也不能“独自”存在了，它们马上吸附那些带异性电荷的离子，从而使得电荷减弱，逐渐发生电中和。于是，这些颗粒再也没有相同的电荷可互相排斥了，就容易结合成较大的颗粒而聚沉下去。胶体溶液的这种聚沉现象，叫做胶体的聚结。

1.2.7   离子反应和氧化还原反应在工农业生产、科学技术以及日常生活中的广泛应用

我们所需要的各种各样的金属，都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如制造活泼的有色金属要用电解或置换的方法；制造黑色金属和别的有色金属都是在高温条件下用还原的方法；制备贵重金属常用湿法还原，等等。许多重要化工产品的制造，如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等，主要反应也是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢，链烃氧化制羧酸，环氧树脂的合成等等也都是氧化还原反应。

在农业生产中，植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。施入土壤的肥料的变化，如铵态氮转化为硝态氮，硫酸根转变为硫化氢等，虽然需要有细菌起作用，但就其实质来说，也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的氧化态的变化直接影响着作物的营养，晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。

我们通常应用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应，否则就不可能把化学能变成电能，把电能变成化学能。

人和动物的呼吸，把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把贮藏在食物分子内的能转变为存在于三磷酸腺苷（ATP）的高能磷酸键的化学能，这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需要的能量。煤炭、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大量的能。

医学界在针对疾病和老化的系列研究中，发现了“自由基－抗氧化物质”理论。人体内的自由基由有许多种，较活泼、带有不成对电子的自由基性质不稳定，具有抢夺其它物质的电子，使自己原本不成对的电子变得成对（较稳定）的特性。而被抢走电子的物质也可能变得不稳定，可能再去抢夺其它物质的电子，于是产生一连串的连锁反应，造成这些被抢夺的物质遭到破坏。人体的老化和疾病，极可能就是从这个时候开始的。尤其是近年来位居十大死亡原因之首的癌症，其罪魁祸首便是自由基。

离子反应在各个方面的应用也很广泛。例如用小苏打治疗胃酸过多；普通炮沫灭火器工作原理6NaHCO₃+Al₂（SO₄）₃==3Na₂SO₄+2Al（OH）₃↓+6CO₂↑等等。