化学反应——原子的重新组合

1.物理变化与化学变化

冰融化、把纸剪开，只是物质的形状或状态改变，属于物理变化。而纸燃烧变成灰和烟、铁生锈、烤肉时颜色和味道发生变化，都生成了与原来不同的新物质，属于化学变化。

化学变化的本质是原子的重新组合。原子之间的化学键断开，再与别的原子重新结合，就生成了性质不同的物质。颜色改变、产生气体、生成沉淀、放出或吸收热和光，都是发生了化学变化的线索。

2.质量守恒与化学方程式

化学反应前后，原子的种类和数目都不变。因此，反应前各物质的总质量等于反应后各物质的总质量。这就是质量守恒定律。

木头烧完后，灰看起来比原来的木头轻得多。这不是质量消失了，而是二氧化碳和水蒸气跑到了空气中。反过来，钢丝绒燃烧时会与空气中的氧结合，质量反而增加。如果在密闭容器中进行反应，就能证实反应前后质量相等。

写化学方程式时，反应物用化学式写在左边，生成物写在右边，中间用箭头连接。然后在化学式前面配上系数，使两边的原子数相等。化学式里的小数字（H₂O中的2）会改变物质本身，所以绝对不能改，只能调整前面的系数。

3.用化学方程式计算质量——燃料燃烧会产生多少二氧化碳

配平后的化学方程式告诉我们原子按多少个参加反应，所以只要知道原子的相对质量，就能算出各物质按多少克参加反应、生成多少克。这里使用氢1、碳12、氧16这几个近似的相对原子质量。分子的质量等于其中所有原子的相对原子质量之和。

做了这个计算，会得到一个出人意料的结果：燃料燃烧生成的二氧化碳，比原来的燃料还重。这是因为燃料中的一个碳原子要与空气中的两个氧原子结合。这并不违背质量守恒定律，而是加上了从空气中取来的氧的质量。

4.酸与碱，以及 pH

酸是溶于水后能电离出氢离子（H⁺）的物质，有酸味，很多能与金属反应放出氢气。醋、柠檬汁、碳酸饮料都是酸性的。碱是溶于水后能电离出氢氧根离子（OH⁻）的物质，有苦味，摸起来滑腻。肥皂、小苏打水、管道疏通剂都是碱性的。除非在实验室里，否则不要用尝或摸的方法去确认。

酸性和碱性的强弱用 pH 表示。在25 °C时，pH 7为中性，小于7为酸性，大于这个值为碱性。pH 是对数标度，每相差1，氢离子浓度就相差10倍。所以 pH 3的溶液比 pH 5的溶液，氢离子浓度高 10 × 10 = 100倍。对数标度在「数学基础」第5讲中讲解。

酸和碱相遇时，氢离子和氢氧根离子结合成水，彼此的性质都被削弱，这种反应叫中和反应。用柠檬汁去除鱼腥味（碱性物质），就是生活中的例子。

5.氧化、还原与燃烧

物质得到氧或失去电子的反应叫氧化，失去氧或得到电子的反应叫还原。一种物质被氧化，必然有另一种物质被还原，所以两者同时发生。铁与空气中的氧和水接触而生锈，是最典型的氧化。在高炉里把铁矿石中的氧去掉、炼出铁，则是还原。手机电池在充电和放电时，也是通过氧化还原反应来储存和释放能量。

削了皮的苹果变成褐色，也与氧化有关。这是因为苹果里的物质在酶的帮助下与空气中的氧发生了反应。淋上柠檬汁，或者在淡盐水里稍泡一下，就能延缓褐变。

燃烧是物质与氧迅速结合、放出热和光的氧化反应。燃烧必须同时具备三个条件：可燃物、氧气、温度达到着火点。灭火的方法就是去掉其中一个：搬走木柴（清除可燃物），盖上沙子或湿毯子（隔绝氧气），或者浇水（降低温度）。

但是，往着火的油上浇水，水会瞬间沸腾飞溅，把燃烧的油溅得到处都是，反而更危险。煎锅里的油着火，基本做法是盖上锅盖隔绝氧气来灭火。