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化学专业基础英语教案化学化工学院第1部分 基础化学讲座（Part I Chemistry Lectures）第1章 化学的本质（Chapter I The Nature of Chemistry）下面是一封小约翰（John C. Bailar, Jr., 父子同名时用于区别；senior, adj. n. 年长的，高级的；年长者）给一个朋友的信，他（小约翰）是伊利诺斯（州）（Illinois, ilini(z)）大学化学系部（faculty, fklti）一名已经（has been）从教56年教员。亲爱的克丽丝（Chris, kris）：这封信仅仅是关于你所提出的化学是什么和化学家在做什么这些问题的一个回答。我很高兴你问及的这个学科/科目（subject）到底（all about, 关于的一切，到处，附近）是什么的看法/观点（view），对于许多人来说，对这个问题都有一个扭曲的，或者至少是肤浅（superficial）看法/观点（看法/观点可以认为既是asked的宾语也是distored or superficial的宾语）。正如这封信，我不确定我是否能给予你一个清晰的画面/解释（picture），但是我试图这样做。当然了，你知道化学与物理学、地质学、天文学一道，是属于物质科学/自然科学（physical sciences）的一门学科。生物科学（biological sciences），诸如植物学（botany, btni）、生理学（physiology）、生态学（ecology）和遗传学（genetics, dinetiks）是亲密关联的，但是也属于稍微不同的学科门类/种类（倒装句：亲密关联的，但是也属于稍微不同的学科门类/种类，是生物科学（biological sciences），诸如植物学（botany, btni）、生理学（physiology）、生态学（ecology）和遗传学（genetics, dinetiks）。在这两个学科组（physical sciences和biological sciences）之间，或者在任何一个学科组内的学科之间，没有特别明显的（sharp），因为（for）它们相互涵盖（overlap, uvlp）。通常，很难确定一个具体的/特定的（specific, spisifik）论题（topic）属于其中的一个或者另一个领域。许多重要的学科都列入几种不同的边缘学科（boundaries of several different disciplines, vt. n. 惩罚，纪律，训导，处分，学科）的范围（fall within, 列入的范围）。（用粗体字标明的这些术语的定义（Definitions of terms）列在这封信的末尾）。所有的（其它）学科都与化学（学科）广泛地（extensively, ikstensivli）重叠/交叉（overlap）：它们依赖于（depend upon）它（化学）并且在很大程度上（in large measure）是建立在化学基础之上的（are based upon）。据此，我的意思是/认为化学是真正的所有自然科学（natural sciences）的一部分，一个人如果没有（without可以引导虚拟语气从句或者短语，can not 如果写成would not就更能说明假设条件）化学知识，他就不能在某个学科走的很远/研究的很深（go very far, go far扬名，取得荣耀）。一个人如果没有足够的天文学知识或生理学知识他很有可能成为一名化学家，而一个人如果没有足够的化学知识，他就不能在天文学或者生理学（领域/方面）取得很大的进展/成就（这是一个由without引导的典型的虚拟语气从句）。化学知识对于其它自然科学领域（scientific fields）也（as well）是必不可少的（essential）。农业学家、工程师和医生（medical doctors）会经常用到化学的概念/名词（concept, knsept）。化学是关于物质组成和组成变化（的学科）简而言之，化学是一门物质科学。物理学主要（chiefly）是关于能量以及物质和能量相互作用（的学科），包括诸如热、光、声、电、机械能和核能等能量形式。物质所有的组成变化（过程中）或者释放能量或者吸收能量，因为这个理由（for this reason），化学和物理学的关系是一种最为密切的（intimate, intimit）关系（one指代relationship）。我们将任何（any）一种物质组成的变化都认为是化学变化（chemical change）。例如，如果你将醋（vinegar）倒在在一个玻璃器皿承装的烘干的苏打（baking soda (NaHCO3, sodium bicarbonate; Na2CO3, sodium carbonate）上，你就会看到气泡冒出/逃逸（escaping），（并且）随着（反应过程中）能量的释放，（器皿中）的液体会变热。当停止冒气泡时，你能通过煮沸（boiling）而蒸发（evaporate）液体，直到最终仅有一种白色的粉末留下来。但是，这种白色的粉末已经不是原始的/最初的（original）烘干的苏打。它是一种具有新性质的新物质（characteristics一般指特性，而properties一般指普遍性质）。比如，如果你加入醋它就不再冒气泡。这种新的物质与你最初混合在一起的两种物质之一（either of）在组成上都是不同的（material一般指原料或者原材料，而substance既可以作为原材料也可以作为产物来指代，product只指代产物）。一个化学反应已经发生了。相比之下/相反（By contrast），一个物理变化（physical change）不包含物质组成的变化。冰的熔化和橡皮筋的拉伸就是物理变化。常常不可能说清楚一个特定的（particular）变化是化学变化还是物理变化。令人愉快的是，常常没有必要很清楚地区别这两种变化。你肯定不会（must not通常指不允许发生）设想（assume, 采用，呈现，猜想）在你化学的第一堂课（course, 课程）上就能学习到有关食物消化（digestion, didestn, daidestn）的化学（知识），或者水泥混合物与水的装备以及怎样硬化（的知识）。这些都是复杂的（complex, kmpleks, adj. n. vt. 复杂的，难懂的，复合的；综合体，配合物，合成物，复杂；配合，配位）（化学反应）过程，一个人在学习/理解这些（化学知识）之前，他必须首先学习一些比较简单物质的化学（知识）。在学习演奏钢琴（曲）的时候，一个学生不会一开始就学习/演奏谢尔盖瓦西里耶维奇拉赫玛尼诺夫C#小调序曲（Rachmaninoffs Prelude in C# Minor）。一个学习音乐的学生，首先必须学习音阶（scales, 等级，尺度，音阶），之后再学习一些简单的曲目。只有经过几个月或者几年的演练之后，一个人才能演奏大师（master, adj. n. vt. 精通的，技术熟练的；硕士（首字母大写），大师，专家，主管，主人，掌管人，船长，校长；精通，掌握，控制）的音乐（曲目）。对于化学（知识的学习/这个学科）也是如此。你必须首先学习基本的化学原理（fundamental principles, prinspl）和一些简单物质的性质（something）如水和氧气。对这样一些物质（化学）行为/作用/变化的很好的理解将会使你能够理解更复杂物质的化学行为。化学科学是非常广阔的以至于（sothat）没有一个人能在它（化学科学）的所有方面成为专家。如果你想成为一名化学家，学习化学的分离的不同分支/专业是必要的，专门从事于这门学科的一个或者两个分支（是必要的）。直到大约150年以前（ago表示从过去的某个时间以前，before表示从现在开始以前），人们（还）相信（it was believed）非生命物质和生命物质具有完全不同的性质和起源。非生命物质被认为是“无机的”（意思是“无生命的”）而生命物质或材料由生命物质衍生而来被称为“有机的”。然而，在1828年，一个名叫Friedrich Whler的德国化学家加热一种被认为是无机物的材料，得到一种被所有化学家都认为是生命过程中形成的产物的物质。于是在“无机的”和“有机的”之间的区别就打破了。我们仍然在使用这些术语，但是它们今天所具有的含义已经不同于早期（those指代meanings）。所有的生命物质都包含化学（结构）上结合了H元素的C元素，所以由C和H组成的化学物质的化学，无论它们的起源，就被称为有机化学（organic chemistry）。那些不包含C元素和H元素的物质即是“无机的”，其化学被称为无机化学（inorganic chemistry）。C在其化学行为方面是非常多功能的（versatile, v:stail, 多才多艺的）并且在相当大量的化合物中是一个关键性的元素/物质，包括绝大多数与生命息息相关（essential to, 必不可少的）的物质。还有其它一些化学分支。分析化学（Analytical chemistry）是关于检测或者鉴定一个原料具有什么样的物质组成（定性分析，qualitative analysis）和每一种组分的含量（定量分析，quantitative analysis, kwntittiv）（的化学分支学科）。物理化学（Physical chemistry）是应用物理学的方法和理论去研究物质化学变化和性质（的化学分支学科）。物理化学真正形成了其它所有化学分支学科的基础。生物化学（Biochemistry）正如其名称所暗示（imply暗示；suggest暗示（某种客观规律），意味着，可能会发生；indicate明示，表示），是与生命活动发生过程相关的化学。无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和生物化学是化学（学科）的重要分支，但是其中几个部分/分支的结合，或者在许多方面的精心设计（elaborate, .ilbreit, adj. vt. 精心设计，精心制作；复杂的，精心设计的）（组合）都是有可能的。例如，生物无机化学（Bioinorganic chemistry）涉及在生命物质以及对生命必不可少的金属元素的功能。药物化学（Pharmaceutical chemistry）则与药物相关：它们（药物）的生产加工、组成和对身体的效果/影响。临床化学（Clinical chemistry）主要针对血液、尿样（urine, jurin）和其它生物材料的分析。聚合物化学（Polymer chemistry）涉及诸如人造纤维（rayon, . rein）、尼龙（nylon, nailn）和橡胶（rubber）类物质的形成和行为。（一些还包括无机聚合物如玻璃和石英（quartz）。环境化学（Environmental chemistry），当然了，涉及大气组成和自来水（water supplise, 供水系统）的纯度尤其是，涉及与我们周围环境相关的化学。农业/农艺化学（Agricultural chemistry）则涉及肥料（fertilizers）、杀虫剂（pesticides）、植物生长、家禽/家畜营养（nutrition of farm animals）以及任何其它与农耕/畜牧业（farming）相关的论题。一个提及的更多的论题/分支是化学工程（Chemical engineering），涉及大规模地（on a large scale）化学应用。化学工程师设计并运转/操作化学工厂；他们在商业层面上处理制造化学品的经济学问题（economics, i:knmiks, ek-）。他们也参与诸如大量物质的蒸馏（distilling）、研磨（grinding）和干燥过程甚至研究液体和气体在通过管道中的摩擦作用（friction）。在你承担这些宽广的化学领域任何之一的学习任务之前，你将有必要学习一门经常被称为“普通化学”（General Chemistry）的课程，它是更加专业学习的基础。你将很快地了解到基础化学是由相互关联的（interrelated, int(:)rileitid）两部分组成：描述化学（discriptive chemistry）和化学原理（principles of chemistry）。描述化学通常涉及“（是）什么”的问题：物质看起来像什么？当它受热的时候发生了什么？当电流（electric current）经过的时候发生了什么？当它和另一种特定的物质混合的时候发生了什么？化学是一门实验科学，化学家则是针对许多大量物质的工作。他们知道这些物质的性质（nature，通性，单复数同形）是很重要的：它们（物质）在水或者其它液体中的溶解性（solubility, sljubiliti），它们的易燃性（flammability），它们的毒性（toxicity, tksisiti:），它们是否在潮湿空气中发生化学变化（它们是否能在潮湿空气中经受的住化学变化），和其它一些化学性质。有时候一种物质的可用性（availability, veilbiliti，有效性，可能性）和成本/价格也很重要。普通化学课程的描述部分主要涉及一些简单无机物的行为/性质/作用，但是也常常包括一些简短的有机物和生物化学物质的讨论。（普通化学）课程的原理部分则涉及化学行为理论。即（That is, 更确切地说，换句话说），它试图回答“为什么”的问题：为什么一个物质不能溶解在水中？为什么一个混合物加热后发生了爆炸？为什么在一个化学变化中形成了某一个特定的物质而不是另外一种（a different one）？为什么（如果）很小量的某种物质加入后，能明显地（dramatically, drmtikli，引人注目地，戏剧性地，显著地）加速一个化学反应？化学原理的学习具有很大地实际的和智力的（intellectual, intilektjul）益处（interest，n. 利息，利益，好处，兴趣；vt.）（as well as主要强调其前面成分的重要性，而and强调名列的成分的同等重要性）。例如，当一种特殊燃料燃烧时，我们能计算出有多少热释放出来，并且能确定如何去加速（speed up）或者减慢（slow down）它的燃烧（combustion, kmbstn）。化学是一门实验科学。根据这个描述/说法，我的意思并不是说化学家在关于化学组成变化方面没有理论（知识）在什么条件下它们（changes）将或不将发生，它们怎么发生以及将有什么产物产生。（他们）总是有理论（理论总是存在的）。然而理论必须总是要遵从（be subject to, 受支配，从属于）实验（结果）（理论是实验结果的凝练，是理想模型的完美概括和描述，然而大多数物质并不是理想模型，会受到外部各种环境因素的影响，所以它们所表现出来的实验结果往往会与理论描述稍微有点出入）。如果一个人的理论不是依据（in accordance with/to, 与一致）仔细地有效的（executed, eksikju:tid）实验，那么，这个理论而不是实验，肯定是错误的（一些主观的或者人为的实验结论肯定会得到错误的理论）。这个理论随后肯定会被丢弃或修正。在这点上/从这点来说（in this regard），化学非常不同于社会科学（social science），诸如社会学（sociology）和经济学（economics, i:knmiks, ek-）。工作在那些（社会科学）领域的人也许有关于通货膨胀（inflation），失业或者婚姻的不美满（marital unhappiness）方面的理论，并且他们会完成/进行/实现（carry out）一些实验去检验他们的理论。但是这些实验永远不会在同样条件下被重复或验证，因为（for）在进行（in the act of, 正要做，在状态下）这个实验时，（实验）条件已经无可挽回地（irretrievably, 不可重复地）改变了。在某种程度上，在生物科学方面这个（实验方法/实验结果）也是正确的。一个药理学家（pharmacologist）可能会在一个小鼠身上来试验一个给定（given）药物的效果并且从针对于这个小鼠发生了什么而得出一些结论（draw some conclusions）。但是他不能在同样一个小鼠身上进行重复实验，因为他不能确定这个小说的健康状况通过首次的药物处理没有发生了变化。他能在另一只小鼠身上做这个实验，但是他不能确定第二只小鼠与第一只小鼠正好有同样的回应。化学家就更幸运（fortunate）一些；在同样的条件下，纯的化学品之间将总是以确切的（exactly, 精确的）方式发生反应。这个技巧/技艺（trick, n. vt. adj. 诡计，花招，骗局，恶作剧，戏弄，戏法，把戏，技巧，技艺，窍门，幻觉；欺骗，哄骗；骗人的，令人迷惑的，产生幻觉的）可以用于确证（sure）化学品是纯的以及实验条件正好是相同的。无论如何，你正好会问“化学家在做什么呢？”这是一个难以回答的问题，因为化学家在做许多不同的事情。在美国大约有一半的化学家在实验室（laboratory, lbrt()ri, lb()rt()ri）工作。其中一些是“质量控制（quality control）”化学家（检验员）。通过各种各样的实验技巧/技术手段（technique, tekni:k）（一些简单，一些复杂），他们分析或者（相反）检测一些将要被使用的材料或者化学工厂的产品（药厂，食品厂或者钢厂）以确保这些产品是相同的（uniform, n. vt. adj. 制服，校服；使一律化，使成一样，使一致，使穿军（制）服；全都相同的，一律的，清一色的，统一的，一个标准的，均匀的，均质的）和纯的。一些化学家做实验室研究工作，他们希望能发现一些新的化学品或者已知化学品新的用途，或者改进方法制造有用的化学品。一些化学家探寻和挖掘新的化学行为原理，他们的工作活动范围从实验室工作一直到仅仅应用纯数学（mathematics, mimtiks）。当然了，没有一个是胡乱的（hit and miss, 不论命中不命中，不管成功不成功，胡乱地）实验/实验方法（experimentation）。一个化学家总是受化学理论和实际实验/试验两个方面的引导，并且这些（化学理论和实际实验/试验）越广泛，化学家就将会越成功。但是，那些不在实验室工作人怎么样（在做什么）呢？他们也是化学家吗？他们的确是，尽管（though一般用在句中，而although一般用在句首表示强调）他们可能将他们的化学活动与其它一些专业工作结合在一起。一些人会花费他们的时间去寻找研究化学家已经发现的一些物质新的用途和市场；一些人是教师（或者分配他们的时间用于教学和研究）；一些人成为一些报纸和杂志科技文章的撰稿人。你也许还疑惑你是否应该学化学（at all, 根本）。我希望你这样做，正因我前面提及的/指出的，化学知识是很有用的，无论你从事什么职业（no matter what profession you follow）。如果你决定成为一名机械工程师，你有必要知道有关燃料、合金（alloy, li, n. vt. 合金；铸成合金）以及腐蚀方面一些事情；如果你决定成为一名土木工程师（civil engineer），你必须有关于水泥（cement, siment, n. vt.）、石膏（plaster）、钢和其它一些建筑材料方面的知识；如果你决定成为一名电动工程师，你就需要有一些关于电池如何产生电能和充电时发生的变化方面的知识，以及半导体/晶体管（transistor）和激光/激光器（laser, leiz）方面的知识。如果（Should放在句首同样可以引导虚拟语气）你要成为一名药剂师，你将要涉及所有化学工厂中最复杂的化学工厂（指the human bady）和人体中大量的化学品（it指代the human bady）。我的儿子，John，是一名大学生（undergraduate），学习化学有三年时间了，但是他在医学学校学习一年之后，他回到他的大学参加物理化学的暑期课程学习，因为他发现在他的医学学习中需要额外的化学知识。 如果你决定进入农业领域，你也需要知道有关化肥（fertilizers）、杀虫剂（pesticides），以及动物营养（nutrition）方面的知识。即是你进入一些似乎与化学不相关的行业，比如法律，你也将发现化学知识非常有用。律师会频繁地（frequently）处理与化学发明相关的专利案件。一些美国国会议员经过广泛地化学培训，这给予他们很大的受益，在讨论环境污染（environmental pollution）、核能、食品与药品管理局（administration）规章制度，以及其它一些涉及科学问题（scientific matter）的法律法规（legislation）。化学行业是如此的宽广以致于许多不同兴趣爱好（interests）和性格（temperaments）的人都在其中找到满足/乐趣。一个学习化学有较长时间的人会培养起清晰地和符合逻辑地思维习惯。一旦他取得（化学学业的）成功，他就几乎能胜任其它任何种类的工作。我希望你能喜欢学习化学。我发现它（化学）是一门迷人的/有吸引力的学科，因为它的历史、逻辑美和广泛地应用。作业：Page 8, 02.谢尔盖瓦西里耶维奇拉赫玛尼诺夫（俄语： ，1873年4月1日1943年3月28日），是一位出生于俄国的作曲家、指挥家及钢琴演奏家，1943年临终前入美国籍。他的作品甚富有俄国色彩，充满激情，且旋律优美，其钢琴作品更是以难度见称，纳入于不少钢琴演奏家的表演曲目中。第2章 作为定量科学和物质科学的化学 （Chemistry as a Quantitative Science and a Science of Matter）2.1 引言在你周围的世界每一个学科都可以用化学的术语来描述（in terms of, 就而言，从化学方面来说）。自然界发生的（occurring, k:ri）你能观察到的许多事件都包括化学变化：秋季不断变化的树叶的颜色，一个池塘转变成一片沼泽（swamp, swmp）（池塘干枯），铁的生锈。对于一些世界上能被观察到的事情的好奇心（curiosity, kjurisiti）致使人们学习化学（对化学的学习）。让我们来描述在一个具体的/特定的化学变化中看到了什么。其中包括两种物质，一个是黑色粉末状（powdery）固体，另一个是无色的液体，这种液体如果溅到皮肤上会引起疼痛。如果一些黑色固体盛于一个容器中，并慢慢加入这种液体，一些事情就发生了。黑色固体开始溶解。形成的溶液不是黑色的，而是浅绿色的（pale green）。同时，有气冒逸出。空气中充斥了一种难闻的/令人讨厌的气味，就像臭鸡蛋的味道（that指代smell）。在此，能提出许多问题。这些问题是什么呢？为什么黑色固体溶解了？（在它的位置）形成了什么？需要多大量的液体才能使所有的固体溶解？能产生多大量的气体呢？这种变化需要多长时间呢？如果我们加热这个混合物，这个事件/过程将被加速吗？如果是这样的，每度温度能加速产生多大量（气体）？注意（notice引导从句很常见）有多少问题是定量的问题。观察和测量两个方面都发挥着极重要的（vital, vaitl）作用在回答这些化学问题中。一个化学变化是难以完全理解的，直到它被以测定和数字的形式定量地理解。我们对于化学的理解是通过测量来考察的/检测的。如果一个预言是基于我们认为我们所理解的，并且这个预言通过定量检测获得预期的数据而被表明是正确的，我们就会在理解知识方面得到很大的自信。（这句话的意思是说，我们经常会通过我们对一些化学知识的理解而预言一些其它现象可能存在，如果通过验证确实证明我们的预言是正确的，那么我们就会对某些知识的理解或对自己所掌握的知识很自信，我们自己就会感觉自己很了不起。）在学习化学中，你将会不得不面对数百年来观察和测量所累积起来的事实。你也将学到化学原理是如何用来解释被观察到的问题。检测对化学原理的理解，你将会解决一些问题（比如碰到臭鸡蛋味的气体我们就会想到它可能是H2S气体），一些频繁出现的问题，这些问题使用了（包含了）一些物理性质测量的结果。（检测我们对化学知识的理解程度，就是合理正确地推测某些问题的答案，这些问题中包含了一些物理性质测量的结果。）2.2 物理量中的数字1. 测量和有效数字（significant figures）（1）一个物理性质测量的结果用数值（numerical value）和测量单位一起来表示，例如，180 磅，91千克（2）精确数字没有不确定性；通过直接计算所有项或者定义来表示。来自于测量的数字永远是不精确的。由于测量的误差总是存在某种程度的不确定性：测量仪器的局限性，每个人进行测量时的可变性，或者其它实验条件。（3）有效数字包括所有的具有确定性的已知数字，加上第一个数字得到右边的数字，这个数字（右边的数字）就是一个不确定值。例如，一个粉末样品质量的不确定性，如从“分析天平”读得，即3.1267 g，是0.001 g。（4）在测定中误差包括两个方面：（i）偶然误差（Random errors）来自于实验中的一些不可控可变因素（variables）并且影响精确度/精密度（precision）测量结果的重复性/再现性（reproducibility）。（ii）能被指定而确定的系统误差（systematic errors）引起并影响准确度（accuracy, kjursi）与实验或测量真实结果的接近度。2. 找出有效数字的位数我们能找到从左到右计算得到的有效数字的位数，开始于第一个非零数字而结束于最后一个不确定数值。例如：（略）（digit表示单个的数字，而number表示一个具有完整意义的数值、数据、位数等。）注意给定的一个没有小数点的末尾数字零提出了一个问题因为它们是模棱两可的/引起歧义的（ambiguous）。一般来说，我们推荐（recommend, rekmend，引导虚拟语气，其后that从句谓语使用动词原型）此类末端零被假定不是有效的（此类零会随单位变化而取舍）。如果加上小数点这种模棱两可就会被排除。（1 kg可表示为1000 g，末端的0不代表测量精度；而1.0 kg可表示为1000.0 g，末端的0则代表测量精度。）那么，小数点前面的（preceding）0却是有意义的。例如（Ex. example）在这些数字中有多少位有效数字（significant figures）呢？3. 有效数字的计算/算术（Arithmetic）（用有效数字计算）（1）加法和减法：取整解答（在附近的解答）以具有最大的不确定性的某处（数据）为准，例如：（略）（2）乘法和除法：取整解答（在附近的解答）以同样某个具有最少有效数字的数字为准，例如：（略）（3）例如，进行下列运算并以正确的有效数字位数表示结果。4. 科学计数法（指数计数法）（1）在标准科学计数法中，一个数字的有效数字保留为110之间的因数，小数点的位置采用10的幂/乘方来标明。（2）用科学计数法计算2.3 测量单位1. 测量体系（1）stone（st）是英国特有的重量单位，1 stone = 14 pounds，1 kg = 2.2 pounds（2）公制体系（metric system）：1793年由法国国家科学院创制/发明。（3）国际单位制（International System, SI）：1960年被国际标准局采用，它是公制体系的修订和扩展。遍及全世界的科学家和工程师们被敦促仅仅使用国际单位制。（4）单位之间的换算2. 化学中的测量单位长度，体积，密度，热和能质量和重量：国际单位制和公制体系都依赖于克，以及克的倍数和分数，作为质量单位。严格地说，重量应该以力的单位来表示。事实上，无论怎么说，重量和质量之间的区别常常被忽视。我们常常用到诸如“这个材料的重量超过30 g”或者“那个苹果有多重”的表述。温度：存在三种温标/温度刻度/度数，以kelvin为测量单位的SI温标，以摄氏度为测量单位的摄氏度温标，和以华氏度为测量单位的华氏温标。力和压强压力单位包括大气压、吧、镑/平方英尺、砣和毫米汞柱。2.4 因次理论法（量纲理论法）和问题的解决1. 量纲理论法（1）一个测量的数值应该总是与正确的单位一起来表达。其中的问题是，随着数字的计算变化（被乘、除和删掉）单位就被精确地乘、除和删掉。如果一个问题被正确的建立和解决，她就会产生一个答案附带正确的单位。（2）例如：P. 14.2. 转换因子（1）一个物理量从一个单位到另一个单位的转换通过由两个单位之间的数值关系衍生而来的转换因子来完成。选择正确的转换因子允许删除一些不需要的（unwanted, 多余的/无用的/不受欢迎的）单位。转换因子或者物理常数应该包括足够的有效数字的位数以致于不影响答案的不确定性。（如果一个转换因子是一个精确的数值，它就能按照尽可能多的需要的有效数字位数来看待）。（2）例如：P. 14.3. 问题解决的方法（1）解决一个问题，首先要确定你精确地理解了什么是已知的和什么是未知的。然后试图找出/计算出已知的和未知的之间是怎么关联的。特别要注意单位和转换因子。在建立和解决一个问题的过程中，要检查并领会/明白/保证答案是否以正确的单位呈现。要确定使答案的有效数字的正确位数服从/遵守规则。最后，要保证一个答案看起来是否合理。（2）例如：P. 14.2.5 原子和元素1. 元素和元素符号化学上不能再分为更简单物质的那些物质历史上称为元素。化学元素用一个或者两个现代名称的字母缩写来表示，或者在一些情况下用它们的早期的拉丁语名称（的字母缩写）。2. 原子所有的物质都是由被称为微笑粒子的原子组成，原子本身又由更微笑的粒子组成。一个原子有一个密度很大的中心核，或者原子核，包含带正电荷的质子和不带电荷的中子。极轻的（与dense相比较而言），带负电荷的电子占据着原子核周围一个相对很大的空间。如果一个原子被扩展为一个我们最大体育馆之一的大小，原子核将大约是该（体育馆）中心一个弹子/大理石的尺寸大小。2.6 原子的结构：五个经典的实验1. 阴极射线（cathode ray）：电子e当在一个气体放电管的两个电极上添加一个电势的时候，放电管中的气体就开始发光（辉光放电），而且当（气体的）压力足够低的时候阴极射线就会从阴极流向阳极。这就是人们现在已知的被称为电子的基本的亚原子粒子流（streams of particles）。一个电子被指认为带一个相对单位负电荷（等于1.601019 C，首次被Millikan确定，质量为9.111028 g或者5.49104 u，原子质量单位1u = 1.66061027 Kg）。2. 极遂射线（阳极射线）：质子p+（欧内斯特卢瑟福，ca. 用于年代之前，表示大约，Latin circa）（欧内斯特卢瑟福爵士（18711937），新西兰物理学家，被认为是核物理学之父。通过对-粒子散射的试验他提出了原子的正电荷和实际上整个原子的质量都集中在中心核上，同时他还完成首次物质的人工蜕变。1908年获诺贝尔化学奖）当电子在气体放电管中流动的时候，它们会忘带/留下/丢弃（leave behind）带正电荷的离子，这些带正电荷的离子本身以阳极射线的形式从阴极流向阳极。带正电荷的H离子是被称为质子的基本的亚原子粒子流。质子与电子具有相同的电荷但是是正电荷标志（一个相对单位正电荷），质量为1.671024 g或者1.01 u。3. -粒子散射：核-粒子是氦的原子核。一些放射性的元素会自发衰变而放射极高速度的-粒子。当这种粒子轰击一个金属箔片的时候，其中一些就会被反射回它们的放射源。卢瑟福（Rutherford）由此推论靶向原子具有一个密度大的中心核，原子的绝大多数质量和电荷就聚集在这个中心核上。4. 20年后：中子（詹姆士查德威克爵士（18911974），英国物理学家，因发现中子而获得1935年诺贝尔物理学奖）5. X-射线光谱：原子序数从不同元素X-射线光谱的研究中，Mosely发现每种元素产生的波长与一个单一量有关，这个单一量相对应于这个原子核中正电荷的单位量（Mosely发现每种元素产生的波长与这个元素原子核中正电荷的单位量有关）。原子序数，Z，等于原子核中质子的数量（之和）。http:/zhidao.baidu.com/question/83263375.html?si=21860年俄罗斯化学家门捷列夫在为著作化学原理一书考虑写作计划时，深为无机化学缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践中所得的成果，凡能找到的都收集在一起。他在研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他发现了元素化学性质的规律性。花了大约20年的功夫，门捷列夫才终于在1869年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。此外，因为他具有很大的勇气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛的承认。为了纪念他的成就，人们将美国化学家希伯格在1955年发现的第101号新元素命名为Mendelevium，即“钔”。 元素周期律揭示了一个非常重要而有趣的规律：元素的性质，随着原子量的增加呈周期性的变化，但又不是简单的重复。门捷列夫根据这个道理，不但纠正了一些有错误的原子量，还先后预言了15种以上的未知元素的存在。结果，有三个元素在门捷列夫还在世的时候就被发现了。1875年，法国化学家布瓦博德兰，发现了第一个待填补的元素，命名为镓，原子比重为4.7。这个元素的一切性质都和门捷列夫预言的一样，只是比重不一致。门捷列夫为此写了一封信给巴黎科学院，指出镓的比重应该是5.9左右，而不是4.7。当时镓还在布瓦博德兰手里，门捷列夫还没有见到过。这件事使布瓦博德兰大为惊讶，于是他设法提纯，重新测量镓的比重，结果证实了门捷列夫的预言，比重确实是5.94。这一结果大大提高了人们对元素周期律的认识，它也说明很多科学理论被称为真理，不是在科学家创立这些理论的时候，而是在这一理论不断被实践所证实的时候。当年门捷列夫通过元素周期表预言新元素时，有的科学家说他狂妄地臆造一些不存在的元素。而通过实践，门捷列夫的理论受到了越来越普遍的重视。后来，人们根据周期律理论，把已经发现的100多种元素排列、分类，列出了今天的化学元素周期表，张贴于实验室墙壁上，编排于辞书后面。它更是我们每一位学生在学化学的时候，都必须学习和掌握的一课。现在，我们知道，在人类生活的浩瀚的宇宙里，一切物质都是由这100多种元素组成的，包括我们人本身在内。 可是，化学元素是什么呢？化学元素是同类原子的总称。所以，人们常说，原子是构成物质世界的“基本砖石”，这从一定意义上来说，还是可以的。然而，化学元素周期律说明，化学元素并不是孤立地存在和互相毫无关联的。这些事实意味着，元素原子还肯定会有自己的内在规律。这里已经蕴育着物质结构理论的变革。终于，到了19世纪末，实践有了新的发展，放射性元素和电子被发现了，这本来是揭开原子内幕的极好机会。可是门捷列夫在实践面前却产生了困惑。一方面他害怕这些发现“会使事情复杂化”，动摇“整个世界观的基础”；另一方面又感到这“将是十分有趣的事周期性规律的原因也许会被揭示”。但门捷列夫本人就在将要揭开周期律本质的前夜，1907年带着这种矛盾的思想逝世了。门捷列夫并没有看到，正是由于19世纪末、20世纪初的一系列伟大发现和实践，揭示了元素周期律的本质，扬弃了门捷列夫那个时代关于原子不可分的旧观念。在扬弃其不准确的部分的同时，充分肯定了它的合理内涵和历史地位。在此基础上诞生的元素周期律的新理论，比当年门捷列夫的理论更具有真理性。 门捷列夫周期律说明：简单物体的性质，以及元素化合物的形式和性质，都和元素原子量的大小有周期性的依赖关系。门捷列夫在排列元素表的过程中，又大胆指出，当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2，按此在元素表中，金应排在锇、铂的前面，因为它们被公认的原子量分别为198.6、196.7，而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面，原子量都应重新测定。大家重测的结果，锇为190.9、铂为195.2，而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断，也证明了周期律的正确性。在门捷列夫编制的周期表中，还留有很多空格，这些空格应由尚未发现的元素来填满。门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的最重要性质，断定它们介于邻近元素的性质之间。例如，在锌与砷之间的两个空格中，他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的四年，法国化学家布阿勃朗用光谱分析法，从门锌矿中发现了镓。实验证明，镓的性质非常象铝，也就是门捷列夫预言的类铝。镓的发现，具有重大的意义，它充分说明元素周期律是自然界的一条客观规律；为以后元素的研究，新元素的探索，新物资、新材料的寻找，提供了一个可遵循的规律。元素周期律象重炮一样，在世界上空轰响了！ 英国物理学家莫塞莱（Moseley, Henry Gwyn-Jeffreys）1887年11月23日生于多塞特郡韦默思；1915年8月10日卒于土耳其的格利博卢。年仅27岁。莫塞莱先后就读于伊顿公学和牛津大学（在这两所学校，他都获得了奖学金）。后来，他在卢瑟福的指导下进行研究，在卢瑟福的那些才年横溢的青年助手当中，数他年龄最小，也最聪明。在劳厄和布喇格父子证明X射线会受到晶体的衍射之后，莫塞莱便利用这项技术去确定和比较各种元素的标识X射线辐射的波长。莫塞莱在进行上述研究时，明确证实了巴克拉的猜想，即标识X射线的波长随发射元素原子量的增大而均匀地减小。莫塞莱把这一规律归因于原子量增大时原子中的电子数的增加和原子核中的正电荷的增加。（后来发现，核电荷反映了核内带正电的质子的数目。）这一发现导致了门捷列夫元素周期表的一项重大改进。门捷列夫曾按照原子量的顺序排列出他的元素周期表，但是为了说明周期性，表中在两个地方变更了这一顺序。莫塞莱证明，如果元素是按照它们的核电荷数目（也就是说，按照原子核中的质子数即此后所说的原子序数）排列的，便没有必要作这样的改动。再者，在门捷列夫周期表中的任意两个相邻的元素之间，均可设想插入数目不等的一些元素，因为相邻元素在原子量上的最小差值没有什么规律。然而，如果按照原子序数去排列，情况便迥然不同。原子序数必须是整数，因此，在原子序数为26的铁和原子序数为27的钴之间，不可能再有未被发现的新元素存在。这还意味着，从当时所知的最简单的元素氢到最复杂的元素铀，总共仅能有92种元素存在。进而言之，莫塞莱的X射线技术还能够确定周期表中代表尚未被发现的各元素的空位。实际上，在莫塞莱于1914年悟出原子序数概念时，尚存在七个这样的空位。此外，如果有人宣称发现了填补某个空位的新元素，那么便可以利用莫塞莱的X射线技术去检验这个报道的真实性，例如，为鉴定于尔班关于celtium和赫维西关于铪（hafnium）的两个报道的真伪，就使用了这种方法。就这方面而言，X射线分析是二十世纪出现的一种复杂的化学分析新技术，它与海洛夫斯基的旋光分析法一样，不再借助于古老的称重和滴定方式，而是采用测定吸光性能和电位变化等更为精密的方法。换言之，莫塞莱的工作虽然并没有对门捷列夫的周期表作重大的改动，但却使各种元素在周期表中应处的位置完全固定下来。 这时爆发了第一次世界大战，莫塞莱立即应征入伍，当上了工程兵中尉。当时的人们还很不理解科学对人类社会的重要性，因此不认为有什么理由不让莫塞莱与千百万其他军人一样去战场出生入死。卢瑟福曾设法争取派莫塞莱从事科学工作，但没有成功。1915年6月13日，莫塞莱乘船开赴土耳其，两个月之后在格利博卢阵亡，为一场无足轻重而稀里糊涂的战役送了命。他的死并没有带给英国和全世界任何好处（如果硬要找的话，倒也有一点，就是他把自己的财产遗赠给英国皇家学会）。从他已取得的成就来看，年仅27岁的他在战争所杀害的无数人当中，要数他的死给人类造成的损失最大。如果莫塞莱能活下来的话，无论科学的发展多么难以逆料，他会获得诺贝尔物理学奖这一点则是可以肯定的。因为西格班继承了莫塞莱的研究工作，并获得了诺贝尔奖。 2.7 原子核的算术1. 原子量，同位素和质量数一种元素（原子的）质量数（A）等于其原子核中中子数（N）和质子数（Z）的数量（之和）（A = N + Z）。一些元素存在不同的形式，称为同位素，这些元素的原子含有不同的中子数所以具有不同的质量数。2. 原子质量一个原子的实际质量是其以克为单位的质量。原子质量的单位u，一个相对原子质量单位，被定义为126C原子质量的1/12，或者1.66061024 g。同位素的质量常常用原子质量单位来表示。一种元素的原子质量（以单位u表示）是实际存在的（各种）同位素混合物的平均质量。2.8 物质的种类1. 纯物质和混合物物理性质是指那些能够测量或观察并且在物质性质/个性和组成上没有变化的性质。化学性质仅仅能在化学反应中观察到，其中至少有一种物质的性质发生了变化。纯物质总是有相同的物理和化学性质，并且要么是一种元素要么是一种化合物。在由一种元素组成的物质中（一种元素是一种物质）含有同种原子量的一类原子。（一个原子可被定义为一种元素能参加化学反应的最小微粒）。（一种）化合物是由两种或更多种元素原子按一定比例键合而形成的一种物质。混合物是由两种或者更多种保持其各自性质的物质组成。由两种或更多种物质形成的任何同质混合物都是溶液。（在同质混合物中物质是完全（thoroughly, rli）掺和/混合均匀的，而且混合物的组成和外表都是完全均一的，而异质混合物中，混合物的各个成分保持物理上的分离并且可以被看作是分离的成分，尽管在一些情况下需要电镜来观察）（如真溶液与胶体的关系）。溶质成分以较少的量呈现被看作溶解在溶剂中。在水溶液中，溶剂是水。2. 物质的状态物质一般存在三种状态：气态，液态和固态。其间的转化称为状态的转变。并不是所有的物质都能存在这三种状态。作业：P. 17. 110第3章 原子、分子和离子（Atoms, Molecules and Ions）3.1 化合作用中的原子和离子1. 分子化合物和离子化合物当两种或更多种原子化合时它们即会形成分子。（一个分子是一个纯物质的最小微粒，它具有纯物质的组成和性质，并且不能单独存在）。自然界一些元素的存在形式是双原子分子（一个分子由两个原子组成）或者多原子分子（由两个以上原子组成）。我们把由分子组成的化合物称为分子化合物。当一个原子获得一个或者多个电子时它就获得了一个或多个负电荷并被认为是一个阴离子（anion, nain）。当一个原子失去一个或多个电子时它就获得一个或多个正电荷而被认为是一个阳离子（cation, ktain）。一个离子化合物（如NaCl）由正离子和负离子（Na+和Cl）通过电荷吸引作用结合在一起。一个离子化合物的化学式给出了离子的比率（ratio, reiiu），但是单个的分子通常是不存在的。2. 化合物的化学式化学式给出了一个化合物的元素符号并且用下标标明每种元素的原子数目。对一个分子化合物来说，化学式代表一个分子中原子的数目。对于一个离子化合物来说，化学式以最简单的单元形式给出了离子的比率，或者是一个化学式单元。结构式是基本的图示，表示一个化合物中的原子或离子是如何通过化学键彼此连接的。3. 命名化合物支配化合物命名的规则被共同认为（认可）的是系统命名法（nomenclature）。在斯托克（库存管理）系统中，阳离子的名称由元素的名称，离子的电荷用罗马数字标识并加圆括号，和单词ion组成。单原子阴离子的名称（例如，Cl）由元素的名称加尾缀ide和单词ion组成。二元化合物是一类仅仅由两种元素的原子或离子组成的化合物。盐是由阳离子和酸根阴离子组成的离子化合物。对于二元分子化合物而言，前缀用来标明每种元素原子的数目。4. 化学方程式在一个化学反应中经受化学变化的物质称为反应物，形成的新物质就是产物。在一个化学方程式中化学变化的发生用符号和化学式表示。所有的化学方程式必须是平衡的正确的系数必须用于每个物种以致于使反应物中每种元素的所有原子能够说明在产物中的。反应物和产物的状态的信息可以通过在化学式之后以符号提供：(g)表示气体，(l)表示液体，(s)表示固体，(aq)表示物质在水溶液中。中性的离子化合物转变成正离子和负离子，常常在水中溶解（dissolution），称为离解（dissociation）。由分子化合物形成离子被认为是离子化。例如：3.2 原子质量、分子质量和摩尔质量的关系1. 分子质量（分子量没有单位，但是分子质量有单位，跟原子质量一样，经常用u做单位）一个化学物质的分子质量是化学式中所有原子的原子质量的总和，并以原子质量为单位。2. 阿伏伽德罗常量（constant，常数），摩尔，摩尔质量阿伏伽德罗常量是正好12 g C-12中原子的数目，等于6.0221023。1摩尔是任何物质的一个量，等于阿伏伽德罗常量（1摩尔任何物质的量等于阿伏伽德罗常量）。摩尔是一个单位，它提供了微观领域的质量（以原子的质量为单位测量的）和宏观领域的质量（以克为单位测量的）之间的关系。一种物质的摩尔质量是该物质以克为单位的质量（物质摩尔质量的单位是：克/摩尔）。3. 摩尔浓度（M）：溶液中的摩尔质量溶液中一种物质的浓度是在一个给定量的溶剂或溶液中一种溶质的量的定量描述。浓度常常用每升溶液中的摩尔数给出，或者称作摩尔浓度（M）。例如：一个实验要求加入1.5 mol NaOH稀溶液。实验室中仅能找到的NaOH的溶液是一个2 L容器中装有标明0.1035 M的 NaOH溶液。需要多少体积的该溶液将能满足1.5 mol NaOH的需要？如果这个2 L容器是装满的，这个够用吗？（Not enough）。3.3 化学物质的组成，最简单的和以观察或经验为基础的/单凭经验的化学式/经验式，分子式一种化学物质中每种元素的百分比（以质量表示的）/质量百分比是它的百分比组成。一个化合物最简单的化学式给出了最简单的它所包含的所有的原子的数目比。一个由实验确定的最简单的化学式叫做经验式，它可由百分比含量和元素的摩尔质量来确定。一个物质的分子式表示一个分子中每种元素原子的实际数目。为了找出/得出一个物质的分子式，有必要知道它的经验式和分子质量或者摩尔质量这两个方面，它（分子的质