高一化学简单分类法及其应用

简单分类法及其应用分类法是学习科学知识和从事科学研究行之有效、简单易行的方法。根据需要可以有不同的分类方法，如交叉分类法、树状分类法等。1．交叉分类法一种分类方法所依据的标准有一定局限，所能提供的信息少，人们在认识事物时往往需要采用多种分类方法来弥补单一分类方法的不足。在给物质进行分类时，采用交叉分类法能从不同角度对物质进行较全面的分析，如对于盐的分类就可以从阴、阳离子的角度来进行。又如在初中时，我们可以根据反应物和生成物的类别以及反应前后物质种类的多少，把化学反应分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应四种基本反应类型。再如根据物质在反应中是否得到氧或失去氧，把化学反应分为氧化反应和还原反应。像C+O2CO2这个反应，按照前一种分类方法属于化合反应，按照后一种分类方法属于氧化反应（在高中阶段对于氧化还原反应的概念还会有新的界定）。不同的分类方法是为了从不同角度研究问题的需要，在后面的学习中，我们还会根据反应中是否有离子参加将化学反应分为离子反应和非离子反应。2．树状分类法任何科学，为了研究，首先要对研究对象进行分类，树状分类法在化学中有着广泛的应用，对我们学习化学会有很大的帮助，下面我们以物质的分类为例来加以分析。化学研究的近千万种物质，可以从不同角度、按不同层次对它们进行多种分类：根据组成的成分是一种物质还是几种物质，把物质分为纯净物和混合物；根据组成纯净物的元素是一种还是几种，把物质分为单质和化合物；根据单质的性质把单质分为金属和非金属；根据化合物电离出的阳离子是否是氢离子，及是否全部是氢离子，或者阴离子是否全部是氢氧根离子，把某些化合物分为酸、碱、盐。酸、碱、盐也可以分别进一步分类。酸是在水溶液中发生电离，生成的阳离子全部是水合氢离子的化合物。根据酸在水溶液中电离度的大小，酸分为强酸和弱酸。根据酸分子中可以电离的氢原子个数，酸分为一元酸（如HNO3）、二元酸（如H2SO4）和三元酸（如H3PO4）。根据酸中是否含氧，酸分为含氧酸和无氧酸。无氧酸称氢某酸。如HF叫氢氟酸，H2S叫氢硫酸。在无氧酸中，HCl、HBr和HI是强酸，其余都是弱酸。简单含氧酸通常叫某酸，如硫酸（H2SO4）、碳酸（H2CO3）。某一成酸元素如果能形成多种含氧酸，就按成酸元素的化合价的高低命名，如高氯酸（HClO4）、氯酸（HClO3）、亚氯酸（HClO2）、次氯酸（HClO）。碱是在水溶液中发生电离，生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物。根据碱在水溶液中的电离程度，碱分成强碱和弱碱。能全部电离的是强碱，包括碱金属和钙、锶、钡的氢氧化物；只能部分电离的是弱碱，其他的氢氧化物都是弱碱。盐是由金属离子（包括NH4＋）和酸根离子组成的化合物。根据组成不同，盐可以分成正盐、酸式盐、碱式盐、复盐和络盐等。既不含可以电离的氢原子，又不含氢氧根，这种盐叫正盐。由金属离子和含有可以电离出氢原子的酸根所组成的盐，叫做酸式盐，如KHSO4、NaHCO3和NaH2PO4，它们分别叫硫酸氢钾、碳酸氢钠和磷酸二氢钠。除金属离子和酸根以外，还含有一个或几个氢氧根，这种盐叫碱式盐，如Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)。复盐是由两种或两种以上的金属阳离子和一种酸根离子组成，如KAl(SO4)2·12H2O（明矾）。络盐（高中阶段不深入研究），如Fe(SCN)3。化合物中还包括氧化物，在氧化物中，凡是能与碱反应只生成盐和水的氧化物称酸性氧化物，酸性氧化物也叫酸酐。多数非金属氧化物，少数金属高价态氧化物（如Mn2O7、CrO3）属于酸性氧化物。凡是能与酸反应只生成盐和水的氧化物称碱性氧化物。碱性氧化物一定是金属氧化物。既能与酸，又能与碱生成盐和水的氧化物为两性氧化物，如Al2O3、ZnO等。既不能与酸反应生成盐和水，也不能与碱反应生成盐和水的氧化物称不成盐氧化物。如CO、NO、H2O等。我们可将上述物质分类的部分内容用树状分类法表示如下：可见，树状分类法可以将繁杂的化学物质及其变化过程清晰地表示出来，方便我们学习的研究。二、分散系及其分类1．分散系（1）分散系：把一种（或多种）物质分散在另一种（或多种）物质中所得到的体系。（2）分散质：被分散的物质。（3）分散剂：分散质分散在其中的物质，起容纳分散质的作用。2．分散系的组合方式及分类（1）分散系的组合方式不同状态的分散质和分散剂可组成不同的分散系，见下图：上图说明，按照分散质和分散剂所处的状态（气态、液态、固态），分散系的组合方式有九种：气→气，气→液，气→固，液→气，液→液，液→固，固→气，固→液，固→固。（注：“气→液”表示气态分散质分散在液态分散剂中形成的分散系，其它同理分析。）（2）常见的三类分散系按分散系中的分散质粒子的大小，分散系分为如下三类：①溶液：分散质粒子直径小于1nm（1nm=10-9m），溶液是均匀、透明的分散系，是三类分散系中最稳定的。②胶体：分散质粒子直径在1nm～100nm之间，在一定条件下能稳定存在，具有介稳性，即稳定性介于溶液和浊液之间，属于介稳体系。③浊液（悬浊液、乳浊液）：分散质粒子直径大于100nm，是三类分散系中最不稳定的。注意：三类分散系的本质区别是分散质粒子的大小不同。（3）胶体的分类①根据分散质微粒组成的状况分类：如：Fe(OH)3胶体胶粒是由许多Fe(OH)3等小分子聚集一起形成的微粒，其直径在1nm～100nm之间，这样的胶体叫粒子胶体。又如：淀粉属高分子化合物，其单个分子的直径在1nm～100nm范围之内，这样的胶体叫分子胶体。②根据分散剂的状态划分：如：烟、云、雾等的分散剂为气体，这样的胶体叫做气溶胶；AgI溶胶、Fe(OH)3溶胶、Ae(OH)3溶胶，其分散剂为水，分散剂为液体的胶体叫做液溶胶；有色玻璃、烟水晶均以固体为分散剂，这样的胶体叫做固溶胶。三、胶体的制备制备胶体的必要条件是要使分散质粒子大小在lnm～100nm之间。制备方法原则上有两种，一是使固体颗粒变小的分散法，一是使分子或离子聚结成胶体的凝聚法。常用的分散法有研磨法、胶溶法等。研磨法是把粗颗粒的固体放在胶体磨中研细，在研磨的同时要加入明胶等稳定剂。胶溶法是通过向新生成并经过洗涤的沉淀中加入适宜的电解质溶液作稳定剂，再经搅拌，使沉淀重新分散成胶体颗粒而形成溶胶，这种过程称为胶溶作用，如在新生成的Fe(OH)3沉淀中，加入少量FeCl3稀溶液可制得Fe(OH)3溶胶。凝聚法有多种方法，应用也比分散法广泛，主要可分为化学反应法、改换溶剂法等。所有反应，如复分解、水解、氧化还原、分解等，只要能生成难溶物，都可以通过控制反应条件（如反应物浓度、溶剂、温度、pH、搅拌等）用来制备溶胶，这些被称之为化学反应法。例如：（1）利用水解反应教材中介绍的Fe(OH)3溶胶的制备，利用的就是FeCl3的水解反应：FeCl3＋H2OFe(OH)3（溶胶）＋3HCl如果将碱金属硅酸盐类水解，则可制得硅酸溶胶：Na2SiO3＋2H2OH2SiO3（溶胶）＋2NaOH（2）利用复分解反应可用稀的AgNO3溶液与稀的KI溶液的反应来制备AgI溶胶：AgNO3（稀溶液）＋KI(稀溶液)AgI（溶胶）＋KNO3关于改换溶剂法则是利用一种物质在不同溶剂中溶解度相差悬殊的性质来制备溶胶，如把松香的酒精溶液滴入水中，由于松香在水中溶解度很低，溶质以胶粒大小析出，即形成松香的水溶胶。四、胶体的净化无论采用哪种方法，制得的溶胶常含有很多电解质或其他杂质，除了与胶粒表面吸附的离子维持平衡的适量电解质具有稳定胶体的作用外，过量的电解质反而会影响溶胶的稳定性。因此，制备好的溶胶常常需要作净化处理，最常用的净化方法就是渗析。下面介绍利用渗析的方法，将胶体中的杂质离子或小分子除去的实验：胶体粒子能否透过半透膜的试验。（1）把10mL淀粉胶体和5mLNaCl溶液的混合液体，加入用半透膜制成的袋内，将此袋浸入蒸馏水中（半透膜可用鸡蛋壳膜、牛皮纸、胶棉薄膜、玻璃纸等制成，它有非常细小的孔，只能允许较小的离子、分子透过，而胶体胶体粒子不能透过）。（2）2min后，用两支试管各取烧杯中的液体5mL，向其中一支试管里滴加少量AgNO3溶液，向另一支试管里滴加少量碘水，观察现象（提示：碘水与淀粉胶体混合后溶液呈蓝色）。实验现象：可以看到在加入AgNO3溶液的试管里出现了白色沉淀；在加入碘水的试管里并没有发生变化。实验结论：Cl-能透过半透膜，从半透膜袋中扩散到了蒸馏水中，淀粉不能透过半透膜，没有扩散到蒸馏水中。胶体分散质的粒子比溶液分散质的粒子大。注意事项：①半透膜袋要经检验未破损，否则，淀粉胶体粒子也会进入蒸馏水。②不能用自来水代替蒸馏水，否则，实验结论不可靠。③一般要在2min以后再作Cl-的检验，否则，Cl-出来的太少，现象不明显。说明：应用实验的原理和方法，可以除去胶体溶液中的离子或小分子杂质。为了提高除杂的速度和提高除杂的程度，要定期更换蒸馏水。五、胶体的性质1．丁达尔效应清晨的阳光穿过茂密的林木枝叶，人们能看到一条条美丽的光线。在暗室里，使一束光线通过溶胶，原来外观上和溶液一样澄清透明的溶胶出现了一条光亮的通路。而溶液却不具备这种性质。英国物理学家丁达尔对此现象进行了广泛细致地研究，人们就把这种现象叫丁达尔效应。丁达尔效应是一种物理现象。由于在各种分散系中只有胶体才有丁达尔效应，所以丁达尔效应常用于鉴别胶体和其它分散系。胶体为什么能有丁达尔效应呢？在光的传播过程中，光线照射到粒子时，如果粒子大于入射光波长很多倍，则发生光的反射；如果粒子小于入射光波长，则发生光的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光或乳光。丁达尔效应就是光的散射现象或称乳光现象。由于溶胶粒子大小一般不超过100nm，小于可见光波长（400nm～700nm），因此，当可见光透过溶胶时会产生明显的散射作用。而对于真溶液，虽然分子或离子更小，但因散射光的强度随散射粒子体积的减小而明显减弱，因此，真溶液对光的散射作用很微弱。此外，散射光的强度还随分散体系中粒子浓度增大而增强。所以说，胶体能有丁达尔效应，而溶液没有，可以采用丁达尔效应来区分胶体和溶液。2．布朗运动布朗运动是微小粒子表现出的无规则运动。它是苏格兰植物学家布朗于1827年在显微镜下观察水中的花粉时首次发现的。以后人们发现在温度均匀和无外力作用的流体中都能观察到这种运动。布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。布朗运动不是固体颗粒中分子的运动，也不是液体分子的无规则运动，而是悬浮在液体中的微小颗粒的无规则运动。布朗运动间接地证实了液体分子的无规则运动。在胶体中，由于胶体粒子在各个方向所受的力不能相互平衡，也会产生无规则的运动，属于布朗运动。布朗运动是胶体稳定的原因之一。布朗运动不是胶体独有的性质，一些悬浮的颗粒，如花粉、藤黄等都存在布朗运动。3．凝聚胶体分散系中，分散质微粒相互聚集成较大的颗粒而沉淀的现象称为胶体的凝聚。能促使溶胶凝聚的外因有加电解质（酸、碱及盐）、加胶粒带相反电荷的胶体、加热等。使胶体微粒聚集成较大颗粒形成沉淀而从分散剂里析出的过程，有时胶体在凝聚时，会连同分散剂一道凝结成冻状物质，这种冻状物质叫凝胶。胶体凝聚的方法：（1）加入少量可溶性电解质。加入的电解质在分散剂中电离，产生了与胶粒带相反电荷的离子，从而中和了胶粒所带电荷，消除了胶粒间的相互斥力，从而凝聚成大颗粒而沉淀。（2）加入带相反电荷胶体。同种胶体的胶粒带相同的电荷。一般来说，金属氢氧化物、金属氧化物的胶体微粒吸附阳离子，带正电荷，如Fe(OH)3胶体和Al(OH)3胶体微粒。非金属氧化物、金属硫化物胶体微粒吸附阴离子，带负电荷，如As2S3胶体、H2SiO3胶体的微粒。当然，胶体中胶粒带电的电荷种类可能与其他因素有关。（3）加热。加热可加快胶粒运动速率，增大胶粒之间的碰撞机会，从而易使胶粒凝聚成大颗粒而沉淀。如对Fe(OH)3胶体加热，很快会看到红褐色的Fe(OH)3沉淀析出。注意：胶体凝聚一般指胶体微粒聚集成较大的颗粒而析出的过程，是物理变化引起的凝聚。而蛋白质胶体的变性凝聚（蛋白质胶体在加