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第一章 物质种类及其相关实验 在整个历史上，人类的生命曾不断受到饥馑与疾病等自然灾害的威胁。在同这些灾难的斗争过程中，我们所取得的成就在不小的程度上应该归功于化学。第一次世界大战期间，德国化学家Fritz Haber提出了将大气中的氮转化为氨的实用操作法；氨是当今为世界日益增长的人口提供食粮的合成化肥的主要成份。一个世代之后，另一种化学制剂DDT，在亚、欧等战争地区成功地用于控制疟病与其它传染病的蔓延。从第二次世界大战以来，DDT与其它化学杀虫剂一直在全世界范围内用于提高农业生产。 近年来，我们已逐渐认识到这些应社会需要而发展起来的化学制品的某些令人厌憎的副作用。化学肥料促使水藻滋生，堵塞了许多湖泊与河流。象DDT等杀虫药，对野生动物极为有害；在某些情况下，人类的生活也受到了它们的影响。从更普遍的意义上说，我们已经察觉到，人类环境的质量已经受到为试图获得“更美好的生活”而生产出来的物质的危害。然而我们发现，为净化空气和水源所作的努力受到了另一潜在的灾难性问题——自然资源枯竭的限制。1970年的“能源危机”只是一种事实的迹象，它表明奠定我们经济基础的廉价原料行将耗尽。 同其它科学家一道，化学家们也在努力解决污染和资源枯竭所造成的问题。分析化学家发展和应用各种复杂的仪器，借以测定汽车尾气中ppm级的污染物。无机化学家们投身于“催化转换器”的研制工作，这种转换器目前已经用于减少汽车的有害排放物。有机化学家与生物化学家、生物学家一道，合成了多种化学制品，为控制有害昆虫开辟了新的途径。而探索新能源的工作正在由物理化学家与物理学家、工程师们一起进行着。 化学家以及其它科学家用以解决问题的方法是多种多样的。不少有意义的发现部分出自偶然。一位正在研究细菌培养基的生物学家可能由于他的培养物受到偶然的污染而发现新的抗生素。一位正在研究某种反应机理的化学家可能得到启示为另一种截然不同的反应寻得一种优良的催化剂。这类发现并非单凭幸运；它们需要有产生新思想的思维方法以及进行严格试验的实验环境。 不论新思想是怎样产生的，检验新思想的方法则是两百年来对各门科学都是行之有效的。所谓“科学方法”总是从经过精心设计并在严格控制条件的实验室进行的实验开始的。一般来说，化学家从事研究的体系较为单纯，也许其中只包含一种纯物质，或者是由两至三种物质所组成的溶液。由这些体系所获得的测试结果，如果解释得当，就可以得出结论以应用于实验室之外的更为复杂的世界。 在这门化学入门课程中，我们要讨论大量的各种各样的实验。其中有些实验，读者将在实验室亲手操作；而另外一些，读者只能根据本书或教师的描述进行想象了。我们的兴趣在于从这些实验所能引出的原理或者“定律”以及这些化学原理在解决实际问题方面的应用。在这一章，我们将讨论化学家用于鉴定和分离纯物质的某些非常简单的实验。在这样做之前，我们先浏览一下对各种实验都至关重要的各类测量。 1.1 测量 大多数在化学实验室进行的实验都具有定量的性质。就是说，这些实验都涉及用数学来表示诸如长度、体积、质量及温度等物理量。现在我们来考虑量度这些物理量的工具以及表示这些物理量的各种单位。 测量器械 长度 我们大家都熟悉普通化学实验室所使用的一种简单器械——米尺；米尺能够尽可能准确地再现长度的基本单位：米。如果我们审视一杆米尺，就可看到，它划分成一百等分，每一等分的长度是一厘米（1cm=10－2m）。一厘米又划分成十等分，每等分长一毫米（1mm=10－3m）。另一为长跑与越野跑运动员所熟悉的大得多的单位是千米（1km=103m）。化学上还有两种常用于表示原子、分子等微小粒子大小的单位是埃（1=10－10 m）和毫微米即纳米（1nm =10－9 m= 10－7 cm）。 体积 公制中的体积单位直接与长度单位联系。1立方米（m3）代表每边长一米的立方体的体积。另一种小得多的单位是立方厘米（cm3），1cm3=（10－2m）3=10－6m3。还有一种居中的广泛用于表示液体体积的单位是升（l）；这个单位精确等于1000cm3。而1毫升（ml）所含体积精确等于1立方厘米的体积。 普化实验室量度体积用得最多的器皿是量筒。如需要更高准确度，可使用移液管或滴定管（图1.1）。移液管是经过标定的，当它被充满到刻度并正规排放时，可给出一定体积的液体（如25.00±0.01cm3）。从滴定管可以放出准确度相等的不同体积的液体。量取液体时，必须仔细观测液面起止时的刻度，以计算放出的液体体积。图1.1右侧所示是容量瓶，当液体充满至刻于细颈上的标线时，表示它容纳了一定体积的液体（如50、100、……cm3）。 质量 试样中物质的多少，即它的质量，常用克、千克（1kg=103g）或毫克（1mg=10－3g）表示。在化学实验室，质量通常用天平（图1.2）称量。 为说明有关内容，