【化学课件】物质是什么课件

物质是什么化学基础课件——欢迎来到化学世界的探索之旅！本课件将带领同学们深入了解物质的本质，从宏观到微观，从理论到实践我们将通过50个精彩的章节，系统学习物质的概念、分类、性质和变化规律课程导入什么是物质？常见误区科学认知让我们从最基本的问题开始思考很多同学容易将能量、信息、时间我们周围的世界由什么构成？空等抽象概念误认为是物质实际气、水、石头、植物、动物，这些上，光、热、声音等能量形式虽然都是物质吗？客观存在，但它们不是物质什么是物质？经典定义物质的基本特征空间占据性物质是具有质量并能占据一定空物质能够占据一定的空间，这是间的客观存在质量是物质的基区分物质与非物质的重要标准本属性之一，任何物质都具有一即使是看不见的气体，也占据着定的质量，哪怕是极其微小的粒一定的空间体积子粒子观指导现代化学建立在粒子观的基础上，认为所有物质都由原子、分子或离子等微观粒子构成这一观点指导着我们对化学现象的理解和解释物质与能量的关系物质的特点能量的特点物质具有可感知的形态，能够被我们的感官直接或间接感受到能量是物质运动的量度，它没有质量，不占据空间，但能够传递它们具有质量，在重力场中表现为重量，可以用天平等工具测和转化光能、热能、动能、势能等都是能量的不同形式量物质还具有惯性，遵循牛顿运动定律爱因斯坦的质能方程E=mc²揭示了物质与能量之间的深刻联系从微观角度看，物质由原子、分子等基本粒子构成，这些粒子在在特定条件下，物质可以转化为能量，能量也可以转化为物质不停地运动着，但物质本身具有相对稳定的结构和性质这一发现revolutionized我们对宇宙的理解物质三态固体、液体、气体固态液态分子间距离最近，排列整齐有序，分子分子间距离适中，具有一定流动性保间作用力强具有固定的形状和体积，持固定体积但形状随容器而变分子可不易压缩例如冰、铁、木材等以相对滑动，如水、酒精、汞等影响因素气态温度和压强是影响物质状态的主要因分子间距离最大，运动最剧烈，几乎没素同一物质在不同温度和压强下可呈有固定的形状和体积易压缩，能充满现不同状态整个容器，如氧气、二氧化碳等物质状态转变熔化与凝固固态与液态之间的转变冰在0℃时熔化成水，水在0℃时凝固成冰汽化与液化液态与气态之间的转变水在100℃时沸腾变成水蒸气，水蒸气冷却后液化成水升华与凝华固态与气态之间的直接转变干冰升华变成二氧化碳气体，水蒸气凝华形成霜物质微观结构观原子理论物质由原子构成，原子是化学变化中的最小粒子原子核带正电，外围电子带负电，整体呈电中性分子理论分子是保持物质化学性质的最小粒子水分子由2个氢原子和1个氧原子结合而成，决定了水的化学性质分子间作用力分子之间存在相互作用力，包括范德华力、氢键等这些作用力影响物质的物理性质，如熔点、沸点等元素的概念元素定义地壳元素生命元素元素是具有相同核电荷地壳中最丰富的元素依组成人体的主要元素包数（即质子数）的一类次是氧O、硅Si、铝括氧、碳、氢、氮、原子的总称核电荷数Al、铁Fe、钙Ca钙、磷等这些元素构决定了元素的化学性质等氧元素约占地壳质成了蛋白质、核酸、脂和在周期表中的位置量的48%肪等生命大分子单质与化合物单质的特点化合物的特点单质是由同种元素组成的纯净物它们只含有一种元素，可能以化合物是由两种或多种不同元素组成的纯净物化合物具有固定原子形式存在（如稀有气体），也可能以分子形式存在（如氧气的组成和确定的化学式，其性质与组成元素的性质有很大差异O₂、臭氧O₃）常见单质包括金属单质（铁、铜、金等）、非金属单质（硫、例如水（H₂O）由氢和氧两种元素组成，但水的性质与氢磷、碳等）、稀有气体单质（氦、氖、氩等）单质的性质由其气、氧气完全不同氯化钠（NaCl）由氯和钠组成，但其性质元素本身的特性决定与金属钠和氯气截然不同纯净物与混合物纯净物的特征纯净物具有固定的组成和确定的物理、化学性质它们有固定的熔点、沸点，在相同条件下性质完全相同如蒸馏水、食盐、铁等都是纯净物混合物的特征混合物由两种或多种物质混合而成，各组分保持原有性质，没有固定的组成比例如空气、海水、合金等混合物的性质取决于各组分的性质和比例区分方法判断纯净物与混合物的关键是看物质的组成是否固定纯净物用化学式表示，混合物则不能用简单的化学式表示，需要说明各组分的含量物质的分类总览物质一切有质量、占据空间的客观存在1纯净物混合物|2组成固定|组成不固定单质化合物|3一种元素|多种元素金属非金属无机物有机物|||4进一步细分类别分散系与溶液分散系概念由分散质和分散剂组成的混合体系溶液特点均

一、稳定、透明的分散系胶体性质具有丁达尔效应的分散系浊液特征颗粒大、易沉降的分散系溶液的基本特性均一性稳定性溶液各部分的浓度相同，性质完全一在一定条件下，溶液的组成和性质不会致无论从溶液的哪个部分取样，组成随时间发生变化真溶液中的粒子不会和性质都相同自发分离或沉淀饱和度透明性在一定温度下，溶液可分为饱和溶液和溶液澄清透明，能够透过光线这是因不饱和溶液饱和溶液不能继续溶解更为溶质粒子直径小于1纳米，不会散射多溶质可见光物质的物理性质100°C水的沸点标准大气压下纯水的沸腾温度0°C冰的熔点标准大气压下冰的熔化温度

1.0水的密度4℃时水的密度为

1.0g/cm³

0.92植物油密度一般植物油密度约

0.92g/cm³物质的化学性质化学性质是指物质在化学变化中表现出来的性质，通过与其他物质发生反应来体现铁的锈蚀性、硫的可燃性、镁的还原性等都属于化学性质这些性质只有在化学反应过程中才能观察到，是物质本身固有的属性物理变化与化学变化物理变化特征化学变化特征物理变化过程中没有新物质生成，只是物质的形状、状态、大小化学变化过程中有新物质生成，原有物质的分子结构发生根本改等发生改变变化前后物质的分子组成保持不变，化学性质不变变化前后物质的化学性质完全不同，通常伴随明显的现象变物理变化通常可逆，且变化过程中吸收或放出的热量相对较少化学变化一般不可逆，且常伴随较大的能量变化燃烧、腐蚀、例如水的三态变化、石蜡的熔化、铁丝的弯曲等都属于物理变消化、光合作用等都是化学变化的典型例子可通过发光发热、化颜色改变、气体产生等现象识别常见物理变化实例水的蒸发液态水转变为气态水蒸气，分子间距离增大，但水分子本身H₂O的结构没有改变这是典型的物理变化，过程可逆玻璃破碎玻璃受外力作用发生破碎，只是形状和大小发生变化，玻璃的化学组成和性质完全没有改变铁丝变形铁丝在外力作用下弯曲或拉长，改变的是形状和长度，铁的化学性质和分子结构保持不变常见化学变化实例木柴燃烧木材中的纤维素与氧气反应，生成二氧化碳和水蒸气，同时释放大量热能和光能原有的木材分子被破坏，生成了全新的物质铁的锈蚀铁在潮湿空气中与氧气和水发生缓慢氧化反应，生成氧化铁（铁锈）这是一个缓慢的化学变化过程，生成的铁锈性质与铁完全不同食物腐败微生物分解食物中的有机物，产生各种分解产物，如氨气、硫化氢等食物的营养成分被破坏，产生异味，这是不可逆的化学变化物质分离与提纯方法元素周期表简介周期族数元素总数代表元素第一周期2族2个氢、氦第二周期8族8个锂、碳、氮、氧第三周期8族8个钠、镁、铝、硫第四周期18族18个钾、钙、铁、铜元素周期表是化学的基石，按照原子序数递增的顺序排列所有已知的118种元素横行称为周期，纵列称为族同一周期元素原子的电子层数相同，同一族元素最外层电子数相同，因此具有相似的化学性质这个规律帮助我们预测元素的性质和反应行为化学式的意义表示物质组成表示元素比例化学式用元素符号和数字表示物化学式中的下标数字表示各元素质的组成H₂O表示水分子由2原子的个数比NaCl中钠与氯的个氢原子和1个氧原子组成，原子个数比为1:1，CaCl₂中钙CO₂表示二氧化碳由1个碳原子与氯的原子个数比为1:2和2个氧原子组成计算相对分子质量根据化学式可以计算物质的相对分子质量H₂O的相对分子质量=2×1+16=18，CO₂的相对分子质量=12+2×16=44常见无机物盐类水如食盐NaCl、碳酸钙CaCO₃等，由金属离子和酸根离子组成的化合物生命之源，化学式H₂O，无色无味透明液体，是地球上最重要的无机物酸类如盐酸HCl、硫酸H₂SO₄等，水溶液能使指示剂变色，具有酸性气体碱类如氧气O₂、二氧化碳CO₂等，维持生命活动和地球环境平衡如氢氧化钠NaOH、氢氧化钙CaOH₂等，水溶液呈碱性常见有机物简介烃类化合物只含碳氢两种元素的有机物，如甲烷CH₄、乙烯C₂H₄等是石油和天然气的主要成分，也是其他有机物的基础含氧有机物包括醇类（乙醇C₂H₅OH）、酸类（乙酸CH₃COOH）等乙醇是酒的主要成分，乙酸是醋的主要成分糖类化合物如葡萄糖C₆H₁₂O₆、蔗糖C₁₂H₂₂O₁₁等是生物体重要的能源物质，也是细胞壁和外骨骼的重要组成部分物质的结构模型水分子结构甲烷分子结构氨分子结构水分子呈V形结构，氧原子位于顶点，两个甲烷分子呈正四面体结构，碳原子位于中氨分子呈三角锥形结构，氮原子位于锥氢原子分别位于两侧，键角约

104.5°这心，四个氢原子位于四面体的顶点这种顶，三个氢原子构成锥底氮原子上还有种特殊结构使水具有极性，解释了水的许对称结构使甲烷分子呈非极性一对孤对电子，影响分子的几何构型多独特性质微粒运动与扩散现象分子热运动所有物质的分子都在不停地做无规则运动，这种运动称为分子热运动温度越高，分子运动越剧烈即使在固体中，分子也在其平衡位置附近振动扩散现象不同物质的分子彼此进入对方的现象叫扩散例如在房间里喷香水，香味会逐渐传播到整个房间气体扩散最快，液体次之，固体最慢实验验证小苏打与醋的反应可以很好地说明分子运动反应产生的CO₂气体分子迅速扩散，使我们能闻到醋酸的气味，证明了分子的运动性宏观微观符号三重表征————宏观世界我们用感官观察到的现象和性质微观结构原子、分子、离子的结构和运动符号表示化学式、方程式等符号语言三重表征宏观现象、微观本质、符号表征的统一纳米科技中的物质石墨烯材料碳纳米管石墨烯是由碳原子组成的单层二维材料，厚度仅为一个原子它碳纳米管是由石墨烯卷曲形成的管状结构，直径只有几纳米根具有优异的导电性、导热性和机械强度，被誉为神奇材料据卷曲方式不同，可以表现出金属性或半导体性碳纳米管具有极高的强度和独特的电学性质，在纳米电子学、复石墨烯的电子迁移率极高，比硅高100倍以上，在电子器件领域合材料、能源存储等领域有广泛应用前景它的强度比钢铁高具有巨大潜力同时它的透光率达到

97.7%，可用于制造透明电100倍，密度却只有钢铁的1/6极和柔性显示屏智能材料简介液晶材料液晶是介于液体和晶体之间的中间态物质，具有液体的流动性和晶体的光学各向异性在电场作用下能改变分子排列形状记忆合金这类合金在特定温度下能够恢复预先设定的形状镍钛合金是最典型的形状记忆合金，广泛用于医疗器械和航空航天智能窗帘材料通过温度或电场控制透明度的材料，如电致变色玻璃这些材料能根据环境条件自动调节光线透过量，实现节能效果物质与环境μ

2.5m直径PM

2.5细颗粒物的空气动力学直径小于等于

2.5微米μ50g标准WHO世界卫生组织建议PM

2.5年均浓度限值μ350g重度污染PM

2.5浓度超过250μg/m³为重度污染75%肺部沉积率PM

2.5在肺泡中的沉积率可达75%以上绿色化学理念源头减量原子经济性从化学反应的设计阶段就考虑减少废物提高原子利用率，使更多的反应物原子产生，选择更清洁的原料和反应路径，转化为目标产物，减少副产物和废物的避免有毒有害物质的使用生成，实现资源的最大化利用能效提升安全设计开发高效催化剂，优化反应条件，降低设计本质安全的化学品和工艺，降低事能耗，减少温室气体排放，实现化学过故风险，减少对人类健康和环境的潜在程的绿色化和节能化危害，确保化学工业的可持续发展生命中的物质能源与物质化石燃料煤、石油、天然气等化石燃料通过燃烧释放化学能燃烧过程遵循质量守恒定律，但会产生CO₂等温室气体，影响环境平衡电池材料锂离子电池利用锂离子在正负极间的移动实现充放电电池材料的选择直接影响能量密度、安全性和循环寿命太阳能材料硅基太阳能电池将光能转化为电能，转换效率取决于硅晶体的纯度和结构钙钛矿等新材料为提高效率提供了新途径物质守恒定律定律内容在化学反应中，反应前后原子种类和数目不变，因此反应物总质量等于生成物总质量微观解释化学反应只是原子重新组合，原子本身不会消失或产生，所以质量守恒实验验证蜡烛燃烧实验在密闭容器中燃烧蜡烛，反应前后总质量保持不变物质循环光合作用植物吸收大气中的CO₂和土壤中的水，在阳光照射下合成葡萄糖，同时释放氧气这是碳循环和氧循环的重要环节呼吸作用动植物通过呼吸作用消耗氧气，分解有机物产生ATP，同时释放CO₂和水蒸气，与光合作用形成互补循环水的循环水在蒸发、凝结、降水过程中不断循环，将海洋、陆地、大气连接成一个统一的水循环系统，维持地球生态平衡化学循环意义物质循环确保了地球系统的稳定性和可持续性，化学知识帮助我们理解和保护这些自然循环过程物质的变化与科技进步现代科技的发展离不开新材料的研发和应用钛合金因其轻质高强的特性成为航空航天的理想材料，智能药物载体能够实现靶向治疗，超导材料在低温下电阻为零，为磁悬浮技术提供了基础生物医用材料的生物相容性革命性地改善了医疗治疗效果化学合成技术的进步使我们能够精确控制材料的组成和结构，开发出具有特殊性能的功能材料化学实验中的物质玻璃器皿实验用水实验室常用的玻璃器皿由硼硅酸蒸馏水和去离子水用于配制试剂盐玻璃制成，具有良好的化学稳和清洗器皿，因为自来水中含有定性和热稳定性试管、烧杯、氯离子、钙离子等杂质，可能干量筒等器皿能承受大多数化学试扰实验结果或与试剂发生副反剂的腐蚀应试剂纯度化学试剂按纯度分为工业级、化学纯CP、分析纯AR和光谱纯SP等级别不同纯度的试剂适用于不同精度要求的实验物质识别与检测物质的量与计量

6.02×10²³阿伏伽德罗常数1摩尔物质所含的粒子数，化学计量的基础常数

22.4L标准摩尔体积标准状况下1摩尔气体占据的体积18g水的摩尔质量1摩尔水H₂O的质量为18克1mol基本计量单位国际单位制中物质的量的基本单位物质分子的多样性结构异构现象异构体的意义具有相同分子式但结构不同的化合物称为同分异构体它们的物异构现象说明了原子的连接方式对化合物性质的重要影响这一理性质和化学性质往往存在显著差异，体现了分子结构对性质的概念在药物设计、材料科学等领域具有重要应用价值决定作用通过改变分子中原子的连接顺序或空间排列，可以获得具有不同例如C₂H₆O既可以是乙醇CH₃CH₂OH，也可以是二甲醚生物活性或物理性质的化合物这为化学家设计具有特定功能的CH₃OCH₃乙醇是液体，沸点78℃，能与水任意比例混分子提供了理论基础溶；而二甲醚是气体，沸点-24℃，在水中溶解度有限化学世界的大观新元素发现科学家们不断合成超重元素，扩展元素周期表目前已发现118种元素，每个新元素的发现都推进了我们对物质结构的认识实验技术进步核磁共振、质谱、X射线衍射等现代分析技术让我们能够精确测定分子结构，观察化学反应的微观过程计算化学发展量子化学计算和分子模拟技术使我们能够预测化合物的性质，设计新材料，加速化学研究进程交叉学科融合化学与生物学、物理学、材料学等学科深度融合，催生了生物化学、物理化学、材料化学等新兴交叉学科物质与社会发展塑料革命合成纤维半导体材料20世纪塑料的发明和大规模应用彻底改尼龙、聚酯纤维等合成纤维的出现丰富硅、砷化镓等半导体材料是信息技术革变了人类生活从聚乙烯到聚碳酸酯，了纺织材料选择，改善了服装性能这命的物质基础从晶体管到集成电路，各种高分子材料以其轻质、耐用、可塑些人造纤维具有强度高、耐磨、易护理半导体技术推动了计算机和通信技术的性强的特点广泛应用于各个领域等优点飞速发展化学与食品安全添加剂检测有害物质监控质量标准体系色谱法、光谱法等分析检测重金属、农药残制定科学的食品质量标技术用于检测食品中的留、致病菌等有害物准和检测方法，规范食防腐剂、着色剂、甜味质建立完善的食品安品生产、加工、储存各剂等添加剂含量，确保全监测体系，从源头控环节化学分析为食品符合食品安全标准，保制食品污染，维护公众质量评价提供客观、准护消费者健康饮食安全确的技术支撑化学与医学材料组织工程材料生物相容材料可降解的生物材料作为支架，引导细胞生药物分子设计人工关节、心脏瓣膜、血管支架等医疗器长再生组织器官这些材料在完成使命后现代药物设计基于分子结构与生物活性的械需要优良的生物相容性材料钛合金、能被人体吸收代谢，不留下有害残留关系，通过改变分子结构来优化药效、降生物陶瓷、医用高分子等材料在人体内长低副作用计算机辅助药物设计大大提高期稳定，不引起排斥反应了新药开发效率。