第 4 单元 · 元素的化学 第 20 课,共 20 课 · 阅读 1 分钟

化学变化和物理变化有什么区别?

物理变化改变物质的大小、形状或状态,但变化后仍是同一种物质,比如冰融化成水。化学变化也叫化学反应,会把物质变成具有不同性质的新物质,比如铁生锈。关键问题始终是:有没有生成新物质?

物理变化:物质不变,外观改变

在物理变化中,物质的外观改变了,但构成它的粒子保持不变。剪纸、压扁易拉罐、拉伸橡皮筋、打碎玻璃都是物理变化。碎片变小了或形状变了,但它们仍然是纸、金属、橡胶和玻璃。

状态变化也是物理变化。冰融化变成液态水,水沸腾变成水蒸气,但每个分子仍然是 H₂O,只是分子运动得更快、彼此离得更远。干冰是固态二氧化碳,在 −78.5 °C 时直接变成气体,这叫做升华,这种气体仍然是 CO₂。

糖或盐溶解在水中通常被看作物理变化,因为让水蒸发后,你可以重新得到固体。

化学变化:生成了新物质

在化学变化中,反应物中原子之间的化学键断裂,原子以新的方式重新结合。结果得到一种或多种具有新性质的新物质。原子本身并没有被破坏,只是重新排列了。

木头燃烧、铁生锈、煮鸡蛋、烤蛋糕、牛奶变酸和食物消化都是化学变化。铁生锈时,灰色的金属和氧气变成易剥落的红棕色固体:4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃。天然气在炉灶上燃烧时,甲烷和氧气变成二氧化碳和水:CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O。

化学变化的标志

你看不到原子在重新排列,但可以寻找线索。最常见的五个标志是:出现并非单纯混合颜色造成的颜色变化、产生气体(气泡或嘶嘶冒泡)、两种液体混合后生成固体(称为沉淀)、温度变化,以及放出光。出现新的气味也可能是一个线索。

把小苏打和醋混合,会同时出现两个标志:因为生成二氧化碳气体而冒泡,同时混合物会变得略微变冷。反应方程式是 NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂。燃烧的蜡烛会放出热和光,切开的苹果会因为与空气中的氧气反应而变成褐色。

线索也可能误导人

这些标志只是提示,并不是证据。沸腾的水会产生气泡,但气泡只是水蒸气,所以沸腾是物理变化。把蓝色和黄色颜料混合会得到绿色,但颜料只是混合在一起,并没有变成新物质。发光的灯泡会放出光和热,但灯泡并没有变成别的东西。

要确切判断,就问一问是否生成了化学式不同的新物质。变化是否容易逆转也是一个有用的提示:融化的冰可以再次结冰,但烧过的火柴无法再变回火柴。不过并非所有物理变化都容易复原,摔碎的盘子就再也无法复原。

对比来看

成对比较能让区别一目了然。黄油融化是物理变化,而烤焦吐司是化学变化。水沸腾是物理变化,而通电把水分解成氢气和氧气则是化学变化:2H₂O → 2H₂ + O₂。撕纸是物理变化,而点燃纸则是化学变化。

化学家还会谈到物理性质和化学性质。物理性质,如颜色、密度和熔点,无需改变物质就能观察到。化学性质,如是否能燃烧或能否与酸反应,只有在发生化学变化时才会表现出来。

要点

  • 物理变化改变大小、形状或状态,但物质不变,比如冰融化。
  • 化学变化把原子重新排列成具有新性质的新物质,比如铁生锈。
  • 化学变化的标志包括颜色变化、气泡、沉淀、温度变化和发光。
  • 标志只是线索,不是证据:沸腾的水会冒泡,但它仍然是 H₂O。
  • 决定性的检验是:是否生成了化学式不同的新物质。

自我检测

关于本课的三道小测验题。

1. 下面哪一项是化学变化?

显示答案铁生锈 — 生锈把铁和氧气变成了新物质——氧化铁(III)。

2. 水沸腾时会产生气泡。为什么沸腾仍然是物理变化?

显示答案气泡是水蒸气,仍然是 H₂O — 气泡是处于另一种状态的同一种物质,所以没有生成新物质。

3. 小苏打和醋混合时会冒泡。冒泡说明了什么?

显示答案正在产生一种新的气体——二氧化碳 — 混合物中生成气体是化学变化的标志,这里的气体是二氧化碳。

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