1.1 物质的分类 课件-2025-2026学年高一上学期化学沪教版（2020）必修第一册

第 1 章 化学研究的天地 1.1 物质的分类 沪教版（2020）必修一 1 本课学习目标 列举常见的物质分类方法，能根据不同的分类依据，对物质进行分类， 从不同角度和层次来认识物质的多样性 掌握溶液、胶体、浊液的区别和联系 知道丁达尔现象，掌握不同分散系的区别和练习 2 物质的分类 壹 新课导入 人类认识和利用大自然中水、火、光、电等手段让物质发生变化的规律，发展出各种技术，从而提炼出更纯净的物质、制造新物质，为化学学科的发展奠定了基础。面对数以亿计的物质，化学家是如何开展研究的？化学的探 索方向又在何处？ 化学的研究对象是物质，化学家常根据需要将众多物质进行分类，从而更好地探索各类物质的性质及其相互转化的规律。 一、物质的分类 想一想 在日常生活中，我们常会接触到下列物质：空气、水、铜、食盐、糖水、碳酸钙、氧气、石墨、乙醇。请你将上述物质进行分类，并说出分类的依据。 5 生活中的分类 垃圾分类 国家图书馆 某购物网站页面 分类是人类认识世界、整理信息和解决问题的基本思维方法，其重要性体现在科学研究、日常生活、社会管理等多个领域，是提升效率、深化认知的核心工具。 生物界中的分类 生物学中，林奈的 “界门纲目科属种” 分类系统，将数百万种生物按形态、遗传等特征归类，不仅理清了生物间的亲缘关系，也为进化论的提出提供了重要框架。 “界门纲目科属种”分类 不同物种的分类 化学中，元素按周期表分类，揭示了元素性质的周期性规律，为新元素的发现和物质性质的预测奠定了基础。 化学中的分类 元素的分类 物质的分类 图1.1　物质分类方式列举 一、物质的分类 化学的研究对象是物质，化学家常根据需要将众多物质进行分类，从而更好地探索各类物质的性质及其相互转化的规律。 一、物质的分类 在化学中，物质和化学反应的分类方法多样，常见的有交叉分类法（从不同标准对同一事物分类，如碳酸钠既可归为钠盐也可归为碳酸盐）和树状分类法（按层级逐级细分，如物质→纯净物→化合物→氧化物），还有其他的分类方法，可根据研究对象和目的不同选择使用。 一、物质的分类 2.其他分类方式 1.按照物质的组成和性质分类 化学中关于物质的分类远不止以上这些。根据氧化还原反应理论，可以将物质分为氧化剂和还原剂；根据化合物在水溶液中或熔融状态下能否导电，可将其分为电解质和非电解质；根据有机化合物的分子组成中是否含有碳、氢以外的元素，分为烃和烃的衍生物，烃的衍生物又可分为含氧衍生物、含氮衍生物等。 一、物质的分类 根据物质的聚集状态认识每类物质的宏观和微观状态的性质。 物质在气、液、固三态时的这些特性主要与构成物质的微粒之间的平均距离、作用力及运动方式等有关（图 1.2）。 一、物质的分类 图 1.2　物质聚集状态的示意图 按物质的聚集状态分类 固态（如 Fe、NaCl 晶体） 液态（如 H₂O、乙醇） 气态（如 O₂、CO₂） 聚集状态 宏观性质 微观性质 是否有固定形状 是否有固定体积 微粒间距离的远近 微粒间作用力的强弱 气态         液态         固态       观察图 1.2，分析不同聚集状态物质的宏观和微观性质。 一、物质的分类 无 无 无 有 很大 较小 较小 较大 很大 较大 有 有 在一定条件下，物质的三种聚集状态之间可以相互转化（图 1.3）。通常情况下，固体和液体的密度较大，而气 体的密度较小。液体和固体也被称为物质的凝聚态。物质的体积是由构成物质的微粒数目、微粒大小和微粒之间的距离等因素决定的。 一、物质的分类 图 1.3　物质的三态变化 拓展视野 当温度达到数千摄氏度时，原子外层电子会具有足够的能量而摆脱原子核的 束缚，成为自由电子，该过程称为电离。由电荷总数相等的正离子和自由电子构 成的电离状态的气体称为等离子体，被视为物质的第四种存在状态，它在自然界 和宇宙中普遍存在。由于等离子体的形成需要 103 ～ 105 K 的高温，高温促使化 学反应速率大大加快，所以等离子体技术在化工领域应用广泛，如应用于切割、 喷涂和受控热核聚变反应等方面，如图为与等离子体有关的现象。 分散系 贰 在日常生活中，我们所接触到的物质大多是混合物。 其中不少混合物是由一种或多种物质分散在另一种物质中形成的，硫酸铜粉末分散在水中形成的蓝色溶液，粉笔灰分散在水中形成的悬浊液，植物油分散在水中形成的乳浊液等。我们把这些混合体系称为分散系，其中分散成粒子的物质称为分散质，粒子分散在其中的物质称为分散剂。根据分散质粒子的大小，可将分散系分为溶液、胶体、浊液等。 二、分散系 硫酸铜粉末分散在水中形成的蓝色溶液 豆浆属于胶体分散系 分散系的定义：由一种或多种物质（分散质）分散在另一种物质（分散剂）中形成的混合物。即分散系必须是混合物，且包含分散质和分散剂两个部分。生活中我们会接触到不同的分散系，而分散质或分散剂也可以是气、液、固等不同的聚集状态，它们之间又会有若干组合方式。下图为几种常见的分散系的实例。是否属于胶体分散系，这是由其分散质粒子的大小、分散状态及性质共同决定的。 图 1.5　分散系 二、分散系 阳光洒落林间 溶液中的分散质粒子是小分子或离子，其直径通常小于 1 nm（1 nm =1×10— 9 m），这样的分散系表现出均匀、 稳定的宏观特征，在通常情况下分散质不会自动与分散剂分离。悬浊液、乳浊液中的分散质粒子是固体小颗粒或小液滴，直径通常大于 100 nm，这样的分散系表现出不均匀、不稳定等特征，分散质往往会发生沉降或上浮，从而与分散剂分离（图 1.6）。 二、分散系 分散系 溶液 胶体 浊液 分散质微粒直径 <1nm 1nm~100nm >100nm 分散质微粒 分子、离子 分子或者离子的集合体、大分子 大数量分子或者离子的集合体 丁达尔现象 无 有 无 固体分散质能否通过滤纸 能 能 否 能否通过半透膜 能 否 否 几种分散系的比较 二、分散系 半透膜 资料库 图 1.7　不同分散质粒子透过滤纸和半透膜时的示意图 二、分散系 胶体的分散质粒子比滤纸孔隙小，很容易透过滤纸。要除去胶体粒子，可选用半透膜。半透膜是一种孔径比滤纸更小的膜，小分子、离子能透过而胶体粒子不能透过。常见的半透膜有动物的肠衣、膀胱膜、羊皮纸、玻璃纸等。 分散质粒子的直径大小在 1 ～ 100 nm 之间的分散系，叫做胶体。胶体在一定条件下能稳定存在，并具有一些不同于溶液和浊液的特性。 22 丁达尔效应 叁 分散质粒子的直径大小在 1 ～ 100 nm 之间的分散系，叫做胶体。胶体在一定条件下能稳定存在，并具有一些不同于溶液和浊液的特性。可见光的波长在400 ～ 760 nm之间。胶体粒子直径在 1 ～ 100 nm之间，小于可见光的波长。当光入射胶体时会发生光的散射，此时每颗胶体粒子就像一个光源，向各个方向发射出光线，丁达尔现象就是胶体粒子对入射光发生散射的结果。 溶 液中分散质粒子直径小于1 nm，散射作用极其微弱，故光通过溶液时观察不到这种现象。 胶体的丁达尔现象 三、丁达尔效应 取一只烧杯，加入约 50 mL 蒸馏水，加热至沸腾。将 3 mL 饱和 FeCl3 溶 液分多次缓慢加入，用玻璃棒轻轻搅拌，继续加热至刚好变成红褐色，停止加 热即得到 Fe(OH)3 胶体。另取两只烧杯，向其中一只烧杯加入 50 mL FeCl3 稀溶液，向第二只烧杯中加入 40 mL FeCl3 稀溶液和约 10 mL NaOH 溶液，用玻璃棒搅拌后得到 Fe(OH)3 悬浊液。 三、丁达尔效应 实验探究：胶体的丁达尔现象 Fe(OH)3 胶体的制备 物质 光束照射时的现象 过滤后的滤纸上是否有残留固体 FeCl3稀溶液     Fe(OH)3胶体     Fe(OH)3悬浊液   胶体的丁达尔现象 三、丁达尔效应 实验探究 将这三只烧杯置于暗处，分别用红光激光笔水平照射，观察现象。将 FeCl3 稀溶液、Fe(OH)3 胶体和 Fe(OH)3 悬浊液分别进行过滤，观察滤纸上是否有残留固体。将实验现象填入下表。 无明显光路（光线直接透过，无散射） 出现明显红色光路（丁达尔效应） 光线被大量遮挡，无清晰光路（粒子过大，散射 + 反射明显） 无残留固体（溶液全部透过滤纸） 无残留固体（胶体粒子可透过滤纸） 有较多残留固体（悬浊液粒子不能透过滤纸，被截留） ★Fe(OH)3 胶体制备的易错点： 1.制备Fe(OH)3胶体必须用沸水 2.一定不能用FeCI3饱和溶液与NaOH溶液反应，否则产生的是Fe(OH)3沉淀。 3.制备胶体过程中，不能用玻璃棒搅拌 否则会发生聚沉，形成沉淀。 4.制备胶体过程中，不能加热时间过 长否则会发生聚沉，产生红褐色沉淀 三、丁达尔效应 当光通过分散系时，由于分散质粒子对光散射而在侧面观察到明亮的光线轨迹的现象，称为丁达尔现象（图1.8）。丁达尔现象是胶体的重要特征，是鉴别胶体和溶液的常用方法。 图 1.8 Fe(OH)3 胶体的丁达尔现象 丁达尔现象在日常生活中随处可见。空气中含有微小的尘埃或液滴，在一定条件下形成云、雾、烟等胶体（又称气溶胶），因而产生丁达尔现象。在化学分析中，利用丁达尔现象制成浊度计用以确定胶体中分散质粒子的大小和分布密度。胶体粒子有很大的比表面积（单位质量粒子具有的表面积），具有较好的吸附性，能吸附水中的悬浮颗粒物并使其沉降，因而常用于水的净化。 三、丁达尔效应 图 1.9　日常生活中的丁达尔现象 电泳 胶体粒子可以选择吸附带相同电荷的微粒，即同种胶体粒子带上同种电荷，导致胶体粒子彼此相互排斥，在一般情况下，胶体粒子不容易聚集，因而胶体可以比较稳定地存在。在外加直流电场作用下，带电的胶体粒子或离子向着与其电性相反的电极移动，这种现象称为电泳（图 1.10）。 通直流电前 图 1.10 Fe(OH)3 胶体的电泳现象 通直流电后 29 聚沉 当胶体粒子遇到带有相反电荷的离子或其他胶体粒子时，由于电荷的中和，胶体粒子聚集成为较大的颗粒物，在重力作用下形成沉淀析出，这种过程叫做聚沉。 例如，向豆浆中加入石膏或盐卤，会引起豆浆里的蛋白质和水等物质一起聚沉为豆腐。 大江大河中含有大量的土壤胶体粒子，在江河入海口，海水中的盐分使这些胶体粒子发生聚沉，逐渐形成三角洲、冲积岛等地形地貌。 30 有的胶体聚沉后能形成立体网状结构，将大量分散剂包裹其中，形成具有弹性的半固体，叫做凝胶。果冻、肉冻等是生活中经常见到的凝胶。如果凝胶中包含的分散剂为气体，则被称为气凝胶，这是一种密度极小的材料，具有很多神奇的性能，如优异的隔热、隔音、承重性能等。此外，加热、搅拌也会引起胶体的聚沉。胶体的应用对日常生活、科学研究、工农业生产以及国防等有着十分重要的意义。在新材料的研制中，当粒子的大小达到纳米级，即在胶体粒子直径范围时，材料性能会发生奇特变化，如纳米陶瓷可以克服陶瓷材料易碎的缺点等。因此，纳米材料已成为新材料研究领域的热点。 拓展视野 凝胶 气凝胶具有优异的隔热性能 课堂小练 1. 下列体系不属于分散系的是（　　）。 （A）碘酒 （B）水 （C）泥浆 （D）鸡蛋清 2. 胶体和溶液的本质区别在于（　　）。 （A）分散系是否有颜色 （B）分散系是否均匀 （C）分散质粒子的直径 （D）能否发生丁达尔现象 B C 1.解析：水是纯净物（只由水分子构成），不包含分散质和分散剂，不属于分散系。 课堂小练 （A）分散系是否有颜色：颜色是外在视觉特征，与本质无关。例如，硫酸铜溶液（蓝色）和氢氧化铁胶体（红褐色）虽有颜色差异，但无色的蔗糖溶液与淀粉胶体也能区分，因此颜色不是本质区别。 （B）分散系是否均匀：溶液和胶体均属于相对均一的分散系（胶体的均一性略低于溶液，但远高于浊液），均一性是宏观表现，并非本质差异。 （C）分散质粒子的直径：分散系的分类本质是分散质粒子直径大小。溶液的分散质粒子直径 < 1nm，胶体的分散质粒子直径在 1~100nm 之间，这是两者最根本的区别。 （D）能否发生丁达尔现象：丁达尔现象是胶体的特性（因粒子直径适用于光的散射），属于外在性质差异，是本质区别（粒子直径）的表现，而非本质本身。 答案：（C） 2.答案解析： 课堂小练 3. 下列对生活中常见现象的正确解释是（　　）。 （A）汽化：舞台上常用干冰制作“云雾”效果 （B）液化：从冰箱里取出的鸡蛋过一会儿会“出汗” （C）升华：冰雪消融 （D）凝固：冬日温暖的车内窗玻璃会变模糊 B （A）错误：干冰（固态二氧化碳）制作 “云雾”，是干冰从固态直接变为气态（升华），吸收热量使周围水蒸气液化成小水珠，并非汽化。 （B）正确：从冰箱取出的鸡蛋 “出汗”，是空气中的水蒸气遇到温度较低的鸡蛋，从气态变为液态（液化），在蛋壳表面形成小水珠，属于液化现象。 （C）错误：冰雪消融是冰雪从固态变为液态，属于熔化，而非升华（升华是固态直接变气态，如冰雕变小）。 （D）错误：车内窗玻璃变模糊，是车内水蒸气遇到冷玻璃从气态变为液态（液化）形成小水珠，并非凝固（凝固是液态变固态，如河水结冰）。 答案：（B） 课堂小练 3. 选项分析： 感 谢 您的观看 36 $$