❶ 二氧化碳置换天然气水合物实验研究进展
徐坤，刘笛，赵佳飞，宋永臣，刘瑜，刘卫国，薛铠华，叶陈诚，朱一铭
徐坤（1987－），男，硕士研究生，主要从事天然气水合物置换开采研究，E-mail:[email protected]
大连理工大学教育部海洋能源利用与节能重点试验室，辽宁大连116024
摘要：天然气水合物被认为是21世纪最具有商业开采价值的新能源，全球深度在2 000 m以内的岩石圈浅部所含的天然气水合物量，相当于现已探明的常规矿物燃料总和的2倍。作为一种集温室气体CO2长期储存和天然气开采于一体的方法，CO2置换法引起了许多研究人员的极大兴趣。本文全面总结了国内外CO2置换开采天然气水合物中CH4的实验研究进展；论述了CO2置换开采天然气水合物的优缺点，强调了CO2乳化液置换的优越性；介绍、分析了气态CO2、液态CO2以及CO2乳化液置换实验的最新进展，并且对3种置换方法进行了对比；介绍了CO2乳化液制备实验的最新进展，并论述分析了CO2气体、液体以及乳化液在置换开采天然气水合物中的关键技术问题。
关键词：天然气水合物；二氧化碳；置换开采；乳化液
Advance in Experimental Research on Replacement of Natural Gas Hydrate with CO2
Xu Kun,Liu Di,Zhao Jiafei,Ssng Yongchen,Liu Yu,Liu Weiguo,Xue Kaihua,Ye Chencheng,Zhu Yiming
Key Laboratory of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation of Ministry of Ecation,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China
Abstract:Natural gas hydrate(NGH)is regarded as a kind ofnew energy with great commercial exploitation value in the 21th century,the amount of NGH in the lithosphere within 2000m around the world is about twice the total amount of the ascertained fossil energy.As a method which combines CO2long-term storageand NGH exploitation,the replacement method with CO2has caused the attention of many researchers around the world.This paper summarizes the experimental research advance on replacement of CH4from the hydrate by use of CO2,discusses the advantages and disadvantages of the method on the natural gas proctionfrom hydrate and emphasizes the superiority of CO2emulsion.Then,the latest progresses of CH4replacement experiments with gaseous CO2,liquid CO2and CO2emulsion are introced and analyzed,and the latest experiment progresses on preparation of CO2emulsion are introced.Finally,the key technical problems of the replacement methods with differentforms of CO2are demonstrated.
Key words:natural gas hydrate;carbon dioxide;replacement exploitation;emulsion
0 引言
天然气水合物，又称为“可燃冰”，广泛存在于永久冻土地带和深海底层，被认为是21世纪最具有商业开采价值的新能源，具有巨大的资源储量[1]。目前，天然气水合物开采的主要方法有热激发法、减压法和化学试剂法[2]。这些方法都是通过破坏水合物在原位条件下的相平衡，达到分解开采的目的。然而，在考虑各种开采方法的技术和经济特征的同时，还应该认识到，天然气水合物作为赋存区地层的构成部分，在稳定该区域地层方面起着相当重要的作用；而上述方法在开采天然气水合物过程中，将其分解成气体和水，可能会造成地质失稳，从而引起地质灾害[3]。与此同时，由于人类社会生产的快速发展，温室气体的大量排放已经成为人类必须面临的重大环境问题，CO2封存被认为是减少CO2排向大气，减轻全球温室效应的有效手段。
基于以上两点，研究人员提出了使用CO2置换天然气水合物中的CH4的设想[4]。作为一种集温室气体CO2长期储存和天然气开采于一体的方法，该方法不仅可以避免常规开采方法的一些诸如降压法热量来源无法解决、加热分解法热量利用率低、加入抑制剂法成本高且易对地层产生伤害等缺点；还提供了一种长期储存温室气体CO2和在开采天然气过程中稳定海底地层的方法[5]，为减少地球表面的温室气体排放提供了一条有效途径。
虽然CO2置换法被认为是一种前景广阔的天然气水合物开采方法，但是该方法存在着置换速率缓慢的缺陷。根据Masa Ki Ota[6]使用气态CO2，在压力为3.25 MPa，温度从271.2 K变化至275.2 K的条件下进行置换实验得到的数据可以得知，置换速率在反应进行大约10 h之后变得相当缓慢，若不能提高置换反应的速率，该技术将不具备实际的应用价值。
1 置换反应可行性研究
图1是Sloan[7]绘制的关于CH4、CO2及其水合物的典型相平衡曲线图，温度选择在天然气水合物在天然沉积物中的形成条件——273 K附近。图1中的A、B区域在冰（水）－水合物－气态CO2（液态CO2）相平衡线之上，冰（水）－水合物－气态CH4相平衡线之下，表明这个区域可以同时存在着气态CH4和CO2水合物，这个区域的存在证明了使用CO2气体置换天然气水合物的可能性。
图1 CH4-CO2-H2O相平衡图（据文献[7]）
CH4-CO2-H2O体系相平衡实验及理论计算表明，在温度低于283 K时，相同温度下CH4水合物的生成压力大于CO2水合物的生成压力。所以在理论上，将CO2注入地下水合物储层后，CH4水合物会转化为更稳定的CO2水合物，同时释放出CH4气体[8]。在此过程中，CO2水合物的生成和天然气水合物的分解同时进行，Masa Ki Ota[6]的实验数据表明，实验过程中CO2水合物形成放出的热量（73.3 k J/mol）远大于CH4水合物分解所吸收的热量（14.5 k J/mol），这样不仅在反应过程中自行提供了CH4水合物分解过程所需要的热量，解决了热源问题，还避免了水合物分解过程中的自保护作用，对于天然气水合物分解起到了促进作用[9]。根据化学热力学基本理论，自发化学反应总是向着Gibbs自由能减小的方向进行。如Masa Ki Ota[10]所述，在温度范围为271.2～275.2 K、压力为3.25 MPa的条件下，CO2置换CH4反应的Gibbs自由能为负值，置换反应将会自发进行。对于置换过程的推动力，Masa Ki Ota[10]则认为是该过程中气相和水合物相的逸度差。
从微观上看，CO2和CH4水合物都属于Ⅰ型结构水合物[11],CH4水合物有6个中穴和2个小穴， CO2分子的体积比CH4大，其大小介于CH4水合物的中穴和小穴之间[12]，因此置换CH4水合物理论上的最高置换效率只能达到75%[13]。Uchida[8]等结合实验现象认为，CO2与CH4水合物的置换反应分2个主要步骤：1)CH4水合物分解，释放出的CH4气体离开固相进入CO2相中；2）重新形成气体水合物，CH4分子由于记忆效应很快占领各晶胞小穴，CO2分子进入部分晶胞中穴。置换过程中2种客体分子的置换过程可用图2表示。
图2 置换过程中两种晶穴的变化图（据文献[14])
2 实验研究
2.1 气态CO2置换开采天然气水合物
图3为Masa Ki Ota等[6]使用高压气态CO2置换CH4的实验装置示意图。Ota进行了3组实验，实验时反应釜内压力为3.25 MPa，恒温系统的温度分别设定为271.2 K、273.2 K和275.2 K，具体实验步骤如下：1）将一定量的去离子水加入到反应釜中，然后通入CH4气体，在一定的温度压力条件下，通过搅拌器的高速搅拌作用，生成CH4水合物；2）当反应釜内的压力不再变化时，可以认为CH4水合物已经饱和，静置一段时间之后，通入高压CO2气体将反应釜中剩余的CH4气体驱除干净，应用拉曼光谱来测试排出的气体，确认CH4被清除干净，之后继续通入CO2气体将反应釜内加压到预定值；3）将恒温系统设定为实验要求的温度，再将反应釜置于恒温系统中，反应开始后，在反应过程中每隔一段时间取出少量气体样本，应用拉曼光谱仪进行分析，计算出不同时刻反应釜内两种气体的摩尔量，从而计算出CH4气体的置换量和置换速率。
图3 CO2置换CH4装置示意图（据文献[6])
1.CO2气罐； 2.冷却装置；3.CO2气囊；4.CH4气囊；5.带恒温系统的反应釜；6.可视窗；7.搅拌器； 8.减压阀；9.CH4气罐；10.热电偶；11.压力表；12.背压阀；13.拉曼光谱仪；14.集气瓶
图4是Masa Ki Ota实验得到的CH4水合物分解量和CO2水合物生成量随时间的变化曲线图，分析3组实验数据，可以得出以下结论：1）在压力恒定的情况下，适当提高反应温度，有利于置换反应的进行；2)CH4水合物的分解量和CO2水合物生成量基本一致，从而证明了置换反应是一个CO2分子占据CH4分子所在晶穴的过程；3）在反应初始阶段置换速率较大，但是在反应进行了大约10 h之后，置换速率出现明显的下降。
图4 CH4水合物分解量和CO2水合物生成量变化曲线图（据文献[6]）
李遵照[4]等通过实验证明，气态CO2置换天然气水合物时，温度和压力对于置换速率影响较大，较高的温度和压力能够对反应起到促进作用。此外，当实验的温度达到冰点以上，CH4水合物的分解速率明显提升。
2.2 液态CO2置换开采天然气水合物
MasaKi Ota等[14]使用饱和液态CO2也进行了CO2置换天然气水合物中CH4的实验，实验装置同图4相比，多了一个CO/液化装置。该实验的具体步骤如下：1）将一定量的去离子水加入到反应釜中，再通入CH4气体，在一定的温度压力条件下，通过搅拌器的高速搅拌作用，生成CH4水合物；2）当反应釜内的压力不再变化时，可以认为CH4水合物已经饱和，静置一段时间之后，利用高压CO2气体将反应釜中剩余的CH4气体驱除干净，通过拉曼光谱仪测试排出的气体来确认反应釜内没有CH4，之后继续通入CO2气体将反应釜加压到预定值，然后往反应釜内加入饱和液态CO2; 3）当反应釜内充满液态CO2时，将反应釜放入温度设定为实验要求值的恒温系统中，置换反应开始进行。在反应开始之后每隔一段时间用拉曼光谱仪检测水合物中CO2水合物和CH4水合物的组成以及水合物中小穴和中穴中的分子类型。
图5是该置换反应过程中CH4水合物和CO2水合物占全部水合物百分率的变化曲线图。从图中可以看出，CH4水合物的减少量与CO2水合物的增加量基本一致，证实了液态CO2置换CH4的可行性，同时说明了置换过程是一个CO2分子占据晶穴中CH4分子的过程。图6是反应过程中CH4分子在水合物、中穴以及小穴中所占比例的变换曲线图。从图中可以看出，中穴中的CH4分子减少速度比小穴中的CH4分子快得多，而且CH4分子在总的水合物中所占的比例与其在中穴中所占的比例变化大致相等，从而证明了置换反应只发生在CH4水合物的中穴中。
图5 CH4、CO2水合物百分比变化曲线图（据文献[14]）
图6 CH4分子在水合物、小穴和中穴中的比例变化曲线图（据文献[14]）
2.3 CO2乳化液置换开采天然气水合物
对于CO2置换CH4反应速率在反应一段时间之后置换速率下降的原因，Ji-Ho Yoon等[15]认为：在开始阶段，CO2分子与CH4水合物有较大的接触面积，置换速率较大。随着反应的进行，在CH4水合物上面形成的CO2水合物层起了屏蔽作用，阻碍了CH4水合物的继续分解，导致了置换速率的下降直至停止。
为提高置换反应速率，Mc Grail等[16]提出了一种强化气体水合物回收法（enhanced gas hydrate recovery，简称EGHR）。该方法的要点是，首先通过一定的方法制成以液态CO2为分散相、水为连续相的乳化液，然后在一定的压力下，将乳化液注入事先在沙层中形成的CH4水合物层，使之与水合物接触，置换出水合物中的CH4。Mc Grail等认为这样做，可以充分利用H2O-CO2混合物体系的物理和热力学性质，结合多孔介质中受控多相流、热量和质量传递过程的优点，使置换反应得到强化。
虽然CO2乳化液置换被认为是一种较好的置换方式，但是CO2乳化液的制备技术还不是很成熟。Varun V.Dhanu Ka等[17]在制备CO2乳化液时应用了一种新型乳化剂TMN-6（异构醇乙氧基化物表面活性剂），制得了以CO2为分散相、水为连续相的乳化液（C/W 型乳化液），其中CO2占90％，在温度低于318 K的条件下，随着压力的升高，乳化液的稳定性也随之增强。
图7 CO2乳化液制备装置示意图（据文献[18])
1.CO2气罐；2.柱塞泵；3.CO2乳化装置；4.储液瓶；5.带搅拌器的可视反应釜；6.压力表；7.电脑；8.数据采集系统
图7是Xitang Zhou等[18]制备CO2乳化液装置的示意图，制备的步骤主要包括：①将一定量的去离子水、TMN-6乳化剂以及CO2气体通入反应釜中；②通过乳化装置将CO2气体乳化后储存在储液瓶中通过柱塞泵对液体进行加压，当压力达到要求值（30 MPa）后，将液态CO2加入到反应釜中；③将反应釜放入恒温系统中，设定好温度之后，启动搅拌器，生成CO2乳化液。
Xitang Zhou等[18]进行了CO2乳化液置换CH4的实验，该实验的装置和步骤与液态CO2置换CHq相同，只需要将实验过程中通入反应釜的液态CO2换成CO2乳化液即可。在做该实验之前， Zhou等先进行了液态CO2置换CH4的实验，以便与CO2乳化液置换进行对比；并将在3.25 MPa的压力和273.2K的温度条件下，使用液态CO2进行置换实验得到的实验数据与2005年Masa Ki Ota等[14]在相同条件下的实验得到的数据进行对比，得到图8。从图中可以看出2次实验的置换效率基本一致，从而可以确保之后Zhou等使用CO2乳化液进行置换实验得到的数据同Masa Ki Ota的实验同样具有可比性。
图8 液态CO2置换效率对比图（据文献[18])
Zhou等进行了3组CO2乳化液置换实验，每次实验的温度压力等条件一致，只改变乳化液的C/W比例，3次实验的C/W质量比分别为9/1、7/3、5/5。图9是这3组实验与液态CO2置换反应的置换效率对比图。从图中可以看出，CO2乳化液的置换效率比液态CO2要高，并且在3种比例的CO2乳化液中，C/W质量比为9/1的乳化液置换效率最高，在同样的反应条件下大概达到了液态CO2的1.5倍，置换速率更是达到了后者的5～7倍。
图9 CO2乳化液和液态CO2置换CH4效率对比图（据文献[18]）
此外，为了证实CO2乳化液的优越性，Xitang Zhou等[19]还比较了气态CO2和CO2乳化液的置换效率。在3种不同的实验条件下，Zhou等在相同的实验条件下分别使用CO2乳化液和气态CO2进行了置换实验，得到了置换出来的CH4气体摩尔量的变化曲线图，如图10所示。图10左边的曲线图表示的是气态CO2置换实验数据，右边的曲线表示的是CO2乳化液置换实验数据。从图10中可以看出：1）使用CO2乳化液进行置换所得到的CH4气体摩尔量明显高于使用CO2气体时的情况；2)CO2气体置换反应在10 h之后置换速率大幅下降，并且反应在进行50 h之后，置换反应基本上就停止了，而使用CO2乳化液进行置换，反应进行50 h之后速率都不会出现大幅下降的现象，并且反应时间可以持续超过100 h。这是由于在气态CO2置换反应中，CO2分子只能与CH4水合物的表面接触发生反应，随着反应的进行，生成的CO：水合物会起到屏蔽作用，阻碍了反应的继续进行；而CO2乳化液具有更好的传导率和扩散性，增加了反应面积，在置换反应中起到了强化作用，提高了置换的反应速率，同时乳化液的热可以使热源增强，从而使置换反应得到进一步强化，从而延长了反应的有效时间。实际开采中，在压力差的作用下，大部分的乳化液会扩散到所有方向，使用乳化液将有利于H2O-CO2系统在物理上和热力学上的混合，同时也有利于在多孔介质中控制多相热流和大块水合物的转变，从而证明了Mc Grail强化置换的设想是可行的。
张伟等[20]指出，CO2乳化液置换天然气水合物的置换的动力学有待进一步研究，乳化剂的含量和种类、CO2与水的比例以及CO2分散相的粒度等对置换速率的影响都是今后此方法研究的热点。在实际开采中，还将考虑多孔渗水介质的存在、储层CH4的富集情况、CO2乳化液的泵送等问题。
图10 气态CO2与CO2乳化液置换CH4摩尔量变化曲线图（据文献[19]）
3 结论
通过对国内外CO2置换天然气水合物中CH4实验的分析总结，可以得出以下结论：
1）使用CO2置换天然气水合物中CH4是可行的，置换反应实质上是CO2分子取代CH4分子占据CH4水合物中穴的过程，但是置换反应也存在着置换速率慢、置换效率低的问题。
2)CO2乳化液同气态CO2和液态CO2相比，具有更好的置换效果，CO2乳化液不但置换CH4气体的速度快，而且持续时间长，为天然气水合物的商业开采提供了一条新的思路。
3)CO2气体置换开采天然气水合物的成本较低，但是其置换效率低、置换速度慢的问题必须得到解决，如果将其应用于实际开采中，就必须解决实际开采天然气水合物过程中如何提高水合物层的温度和压力，以促进反应的进行这一关键技术问题。
4)CO2液化技术与CO2乳化液技术相结合，应用于天然气水合物置换开采，与气态CO2相比具有很大的优势，但是目前CO2乳化液的制备技术还不是很成熟，要想将CO2乳化液应用于实际开采中，关键在于对乳化剂种类、CO2和水的比例、乳化液制备过程中压力温度等条件的选择，得到稳定存在并且能够应用于实际置换开采的低成本乳化液。
参考文献
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❷ 帮忙解决两道化学题，急！！
小王同学自己设计了一种检验装置气密性的方法，他将制气装置的试管插入烧杯a中。
（1）向a中加入NaOH固体，假如装置不漏气，可以观察到的现象是
____b中有气泡冒出_____；
（2）向a中加入NH4NO3固体，假如装置不漏气，可以观察到的现象是___有水进入试管______；
（3）如果小王向a中加入NaCl固体时，没有什么明显现象，他得出了下列结论：
①该装置一定漏气
②NaCl溶解于水时没有离子的扩散
③NaCl溶液中没有水合离子
小王的结论不正确的是_________1）2）3）_。
你估计NaCl溶解于水时温度没有明显变化的原因__物理变化吸收的热量大致等于化学变化放出的热量_。
第二道：
小刚分别试用以下方法清洗餐具：①只用冷水；②只用热水；③在冷水中加几滴洗涤剂；④在热水中加入几滴洗涤剂，然后清洗，并用清水把餐具上的洗涤剂漂洗干净。
（1）上述方法清洗餐具最干净的是__4）______（填序号）。
（2）以上对比实验说明了温度越______高_（填“高”或“低”），洗涤效果越好。你的理由是____温度越高分子的运动速度越快_________。
（3）用下列选项填空：
A.反应
B.溶解
C.乳化
D.过滤
①洗涤剂对油污有____C____作用（填序号，下同）。
②小刚认为：汽油、氢氧化钠也能去除油污，但去污原理不同。其中汽油可以__B____油污，而氢氧化钠能与油污发生反应。
❸ 如何提取烟中尼古丁成分
1-甲基-2（3-吡啶基）吡啶烷
尼古丁是剧毒物质，几毫克烟碱就会引起头痛、呕吐、意识模糊等严重中毒现象，内服或吸入40mg就能致死。
2.提取
2.1提取方法主要可以分为：溶剂萃取法、水汽蒸馏法
本实验主要采取溶剂萃取法，依据碱提酸沉的原理从烟草中提取尼古丁。在实验中采用多种萃取剂：乙醚、四氯化碳和氯仿。
2.2烟碱提取的工艺流程
2.2.1材料
烟叶(桫椤烟,烟碱含量1.4mg)
2.2.2仪器及部分药品
2.2.2.1仪器：
电热恒温水浴锅(37~100℃,水温波动1℃,功率1000w,电压220v，上海医疗器械五厂) TN-1008托盘扭力天平(MAX=100g,e=d=10mg,上海第二天平仪器厂)
电子天平(MAX=210,d=0.1mg,BS210S)、烧杯、过滤装置、分液漏斗(60ml,4个)、纱布
2.2.2.2药品：
氢氧化钠（化学纯）(丹阳市化学试剂厂)
氯仿（益林化工）
乙醚(上海炎晨化工实业有限公司)
四氯化碳（宜兴第二化学试剂厂）
乙酸(上海振兴化工一厂)
甲醇(上海振兴化工一厂)
乙醇(宜兴市第二化学试剂厂)
2.2.3 尼古丁提取分离流程图
烟丝20g
250ml 5%NaOH液搅拌15分钟，减压过滤，抽干烟丝
再加水70ml ,搅拌，过滤，合并滤液。
溶液
萃取3次
水层 萃取层
萃取剂 残留物
加水3ml溶解，再加甲醇9ml混合，滤过
滤液 不溶物
加25ml饱和乙酸溶液，过滤
沉淀 母液
抽干
粗制尼古丁盐
50%（v/v）乙醇溶解（饱和状态），放置，析晶，过滤
母液 精制尼古丁盐
2.2.4操作过程
2.2.4.1浸取
取碎烟叶20g，加入250ml 5%氢氧化钠水溶液，搅拌浸泡15~30分钟，滤取药液。将滤饼置于70ml清水中混合均匀，滤取清液。
2.2.4.2萃取
将药液移入分液漏斗中，按1：0.5(v/v)加入萃取熔剂，搅拌萃取，精置分层，收集有机相溶液，重复萃取三次,将萃取液分别合并为一处。
萃取过程中，用乙醚萃取是，收集上层萃取层，进行反复萃取，氯仿、四氯化碳作萃取时收集下层。
2.2.4.3蒸馏
在100℃水浴中加热蒸馏，用冷凝装置回收萃取剂，得残留物。
2.2.4.4粗制
将残留物置于水浴中蒸发至干，加入3ml水溶剂，再加入甲醇9ml混合，搅拌，过滤。收集滤液，加入25ml饱和乙酸溶液，过滤得沉淀物，风干，得粗制尼古丁盐。
2.2.4.5精制
将粗品放入20ml 50%(v/v)乙醇水溶液中溶解，加热至沸并使粗品刚好溶解，自然冷却，放置结晶，过滤晶体得精品。
2.2.5萃取剂的筛选
首先，经过多次反复实验及对比筛选，发现在萃取过程中，乙醚的乳化现象十分严重，两相分离很困难，而氯仿、四氯化碳的乳化现象相对较小，所以适合于作为烟碱萃取剂。其次，萃取过程中，以乙醚作萃取剂是萃取层浑浊需萃取多次方可萃取干净，而氯仿和四氯化碳的萃取层较清晰，萃取三次比乙醚萃取三次效果好。最后，从尼古丁的提取结果看，以氯仿为萃取剂效果最好。通过萃取剂的筛选可以使烟碱的提取工艺生产效率高，产生较好的经济效益。
2.2.6提取结果
萃取剂 乙醚 氯仿 四氯化碳
萃取后,残留物(g) 0.2682 0.2932 0.3363 0.3670 0.1898 0.2052
加乙酸后所得沉淀(g) 0.0534 0.0593 0.0693 0.0742 0.0398 0.0423
尼古丁盐(g) 0.0008 0.0008 0.0009 0.0010 0.0006 0.0007
得率(%) 57.14 57.14 64.29 71.43 42.86 50
3．结论
提取结果表明,以不同萃取剂提取尼古丁的效果不同,以乙醚作提取剂的得率为57.14%,氯仿在71.43%左右,四氯化碳为50%.
❹ 求人教版初三上册第二单元水和溶液第三单元我们周围的空气第四单元燃烧与燃料的知识点总结 要详细，重点
第二单元水和溶液
知识点一：水
（1）认识水的组成。
（2）知道纯水与矿泉水、硬水与软水等的区别。
（3）知道吸附、沉淀、过滤、蒸馏等净化水的方法。
（4）认识水是宝贵的自然资源，有保护水资源和节约用水的意识。
知识点二：溶液
（1）认识溶解现象，了解溶液、溶质、溶剂的涵义。
溶液有均一性和稳定性，由溶质和溶剂组成，是混合物。溶质可以是固、液、气体，液液互溶，有水，水是溶剂；无水，量多的是溶剂。溶液不一定是液体，也不一定是无色的，有些溶液可以导电。
（2）知道物质的溶解伴随有热量的变化。
（3）知道水是最重要的溶剂，酒精、汽油等也是常见的溶剂。
（4）能说出一些常见的乳化现象。
（5）了解溶液在生活、生产中的重要意义。
知识点三：饱和溶液、溶解度
（1）了解饱和溶液的涵义。
溶液是否饱和只有指明“一定温度”、“一定剂量”、“对某种溶质而言”才有意义。
（2）认识饱和溶液与不饱和溶液在一定条件下的相互转化。
一般规律：（适用于绝大多数固体物质）
饱和溶液 不饱和溶液
特殊规律：（适用于氢氧化钙）
饱和溶液 不饱和溶液
（3）判断溶液是否饱和的依据：
a．看一定温度下，有没有不能继续溶解的剩余溶质存在。有，则是饱和溶液，反之是不饱和溶液。
b．在一定温度下，有溶质析出的剩余溶液一定是饱和溶液。
c．在一定温度下的溶液中，若既没有未溶解的固体也没有析出的固体，可向溶液中再加入少量溶质，若溶解表明溶液不饱和，反之溶液饱和。
（4）了解溶解度的涵义。
①初中阶段一般是指物质在水中的溶解度。固体溶解度概念的三个前提是：a．一定温度；b．100g溶剂；c．达到饱和状态。其实质是溶质的质量单位是g（克）。即溶解度指一定温度下，100g溶剂中最多溶解的溶质的质量。
②影响固体溶解度的因素
固体溶解度的大小与溶质和溶剂的性质有关，与溶质和溶剂量的多少无关。不同物质在同一溶剂中的溶解能力不同，同一物质在不同溶剂中的溶解能力也不同。影响固体溶解度的外因只有温度，与是否搅拌、振荡无关。
③气体溶解度
定义：气体在1.01×105Pa、一定温度时溶解在一定体积水中达到饱和状态时的气体体积数。
影响因素：除与气体本身因素有关外，还受温度、压强的影响。一般气体溶解度随温度的升高而减小，随压强的增大而增大。
（5）利用溶解性表或溶解度曲线，查阅有关物质的溶解性或溶解度。
知识点四：能进行溶质质量分数的简单计算
溶质质量分数＝溶质质量／溶液质量×100％
溶质质量分数＝溶解度／（溶解度＋100）×100％（适用于一定温度下的饱和溶液）
（1）下列变化对饱和溶液的溶质质量分数的影响（判断溶质质量分数的变化关键是看溶质质量与溶液质量的变化）
①增加溶质：溶质不再溶解，溶质质量分数不变。
②增加溶剂：溶质质量分数减小。
③降温：晶体析出，对大多数固体物质而言溶质质量减少，溶剂质量不变，溶质质量分数减小。
④升温：溶质质量、溶剂质量均不变，溶质质量分数不变。
⑤恒温蒸发水：溶剂减少，晶体析出，溶液仍为饱和，溶质质量分数不变。
（2）溶质质量分数计算时应注意：
①溶质质量是指已溶解的质量，不一定等于加入溶剂的物质质量。
②当溶剂中所溶解的溶质不止一种时，其中某溶质的质量分数，应是这种溶质质量占全部溶液质量的百分比。
③溶质质量分数只有在溶解度的范围内才有意义。如：20℃时，氯化钠的溶解度是36g，则该温度时，将40g氯化钠加入100g水中所得溶液的溶质质量分数是36／136×100％＝26.5％而不是40／140×100％＝28.6％。
④溶液混合时，质量可以相加，体积不能相加。
1．对溶液的概念、组成、特征这一考点知识的理解，比较困难，是难点，也是中考的热点。
（1）以选择题的形式来考查溶液的概念与特性，掌握这一考点最根本的是掌握溶液的均一性、稳定性这两个基本特征。中考试题围绕这一主题，往往给定生产、生活中的实例，判断其是否属于溶液；根据溶液的组成，判断溶液中溶质和溶剂的种类，以及分析溶质和溶剂的量的变化。
（2）运用理化综合知识，分析、判断某些物质溶于水后造成的温度、压强、体积等的变化，能简要叙述造成这些变化的原因。
2．根据外界条件的变化分析饱和溶液和不饱和溶液及其相互转化是中考的考试热点。
（1）以选择、填空等形式考查饱和溶液、不饱和溶液的概念及其相互转化的条件和方法。中考命题往往根据饱和溶液、不饱和溶液的概念，判断溶液的饱和性；根据温度、溶质的量、溶剂的量的改变，选择相互转化的条件；将化学反应引入饱和溶液中的各种量（溶质、溶剂的质量、溶质的质量分数、密度等）的分析。
（2）对溶解度概念的理解程度的考查，对影响溶解度因素的分析和认识的考查。
（3）对于溶解度曲线的认识与利用能力以及看图、识图能力的考查。
（4）影响气体物质溶解度的因素的分析及以此解释生活中的某些现象。
3．正确理解溶解度的概念、溶解度曲线上点的意义，并运用溶解度曲线解决实际问题是中考必考试题。
中考命题往往围绕这一主题，设计试题：给出物质的溶解度，判断物质的溶解性（难溶、微溶、可溶、易溶）；或正确描述物质溶解度的含义；给出不同物质的溶解度曲线，比较同一温度下溶解度的大小；或判断物质的溶解度随温度的变化趋势，确定从混合物中提纯物质的方法（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液）；或给出一组数据，分析分离物质的最佳温度。
4．溶质质量分数的计算是中考必考知识点。
（1）以选择、填空等形式来考查有关溶质质量分数的简单计算。
（2）联系生活实际，分析、判断不同“溶质”溶于水时所引起的溶质质量分数的变化情况。
（3）以计算题的形式考查把溶质质量分数的计算和化学方程式联系起来。
（4）依据公式进行溶液配制实验误差的分析。
第三单元我们周围的空气
知识点一：空气成分的发现史
17世纪中叶以前，人们对空气和气体的认识还是模糊的，到了18世纪，通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，人们才开始认识到气体的多样性和空气的复杂性。其中研究空气成分有代表性的科学家有瑞典的舍勒和英国的普利斯特里，不过他们都没有最终确定空气的成分。
一直到18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡以其娴熟的实验技术、缜密的实验设计方案和锲而不舍的精神，才破解了“零七”组成之谜。下面是拉瓦锡的实验装置图：
这个著名实验是∶把少量的水银放在一个密闭的容器里连续加热12天，结果发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里空气的体积减少了约1/5，他研究了剩余的那部分气体，发现它既不能供动物呼吸，也不支持燃烧，这正是氮气。 他把汞表面生成的红色粉末收集起来，放在另一个容器里加热，除了得到汞以外，还得到了氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的约4/5体积的气体里，结果得到的气体与空气的性质完全一样。
拉瓦锡是最早通过实验得出空气由氮气和氧气组成的结论的。
后来英国物理学家雷利、法国天文学家严森、拉姆塞、德国物理学教授道恩等又陆续发现了稀有气体。
知识点二：空气中氧气含量的测定
1．实验原理——燃烧法：
利用可燃物——红磷在密闭容器中燃烧消耗氧气，生成白色固体五氧化二磷而无气体生成，因而容器内气体压强减小，进而通过进入集气瓶中水的体积来确定空气中氧气的含量。
2．实验装置：如图2-1所示。
根据实验原理还可以设计出其他的装置，如后面的图2-5、图2-6B、图2-9所示。
3．实验步骤：
（1）检查装置的气密性；
（2）在集气瓶中装入少量的水，再把剩余的容积分成五等份并用橡皮筋做上记号；
（3）点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中并把塞子塞紧；
（4）红磷燃烧停止，慢慢白烟消失，等瓶内恢复到常温后，打开弹簧夹。
4．实验现象及结论：
现象：
（1）红磷燃烧时发黄白光，放热并产生大量的白烟。
（2）打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶，进水的体积约等于集气瓶中原空气体积的1/5。
结论：氧气约占空气体积的1/5。瓶中剩余气体具有不燃烧不支持燃烧；难溶于水的性质。
讨论：集气瓶内剩余的气体主要是氮气，它能支持燃烧吗？它能溶于水吗？
【要点诠释】
①药品不能选用碳、硫等，因为碳、硫燃烧后有气体生成，容器内压强变化不大，水不能进入容器内；
②红磷要足量，要使容器内氧气消耗完，避免容器内有剩余氧气而造成实验误差大；
③装置气密性要良好，以免因装置漏气而影响测量结果；
④红磷燃烧停止后，要等集气瓶内温度降至室温，白烟消失后，方可打开弹簧夹
⑤止水夹要夹紧，如果不加紧，红磷燃烧放出的热量会使一部分空气由导管进入烧杯中，最后造成水进入集气瓶的体积大于1/5。
讨论答案：氮气不燃烧也不支持燃烧，不能溶于水。
知识点三：空气的主要成分和组成：
空气的主要成分是氮气和氧气，分别约占空气体积的4/5和1/5。按体积分数计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其它气体和杂质0.03%。
【要点诠释】
空气中各气体的含量是体积分数，不能说质量分数。空气是一种由多种物质组成的混合物。空气的主要成分一般在近地层是比较固定的，这是因为动植物的呼吸、物质的燃烧、动植物的腐烂、钢铁的锈蚀都需要消耗大量的氧气；但是绿色植物在日光下进行光合作用，会放出大量的氧气；这样氧气量可以保持相对平衡。高原地区空气稀薄，但氧气的体积分数仍然为21%。
知识点四：空气是一种宝贵的自然资源
<1>
1.氮气：
在通常情况下，氮气是无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。氮气的化学性质不活泼。其用途有作保护气、制硝酸和化肥的原料、医疗上作麻醉剂、超导材料在液氮环境下能显示出超导性能等。如图2-2所示。
2.氧气：
重要用途有呼吸、医疗、潜水、气焊、炼钢、宇航等。如图2-3所示。
3.稀有气体：
氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。在通常情况下，无色、无味的气体；化学性质稳定，一般情况下不与其他物质反应。通常作保护气、制成多种电光源、用于激光技术。氦用于制造低温环境；氙用于医疗麻醉。
4.空气的污染与防治
（1）空气的污染源：有害气体（二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等）和烟尘。
（2）危害：①严重损害人体的健康；②影响作物的生长；
③破坏生态平衡；④导致全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨等。
（3）防治措施：①加强大气质量监测；②改善环境状况；
③使用清洁能源；④积极植树、造林、种草等。
（4）空气日报质量：空气日报质量包括“空气污染指数”、“首要污染物”（ 首要污染物包括：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物等）、“空气质量级别”、“空气质量状况”等；人们可以通过新闻媒体发布的《空气日报质量》及时了解各地的环境信息，增强环保意识，提高生活质量。
【要点诠释】
氮气和稀有气体作为保护气，是利用它们的稳定性，但是稳定是相对而不是绝对的。在一定条件下，氮气也能与某些物质发生化学反应；有些稀有气体也能与某些物质发生化学反应，生成其他物质。
知识点五：纯净物和混合物
比较纯净物与混合物：
物质 纯净物 混合物
概念 由一种物质组成 由两种或多种物质混合而成
特性 具有固定的组成和性质，如熔点、沸点等；
可以用化学式表示 没有固定的组成和性质如熔点、沸点等；
不能用化学式表示
举例 氧气（O2）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2） 空气、盐水、糖水
联系
【要点诠释】
混合物是由纯净物混合而成。可记为“纯单混杂”既纯净物成分单一，混合物成分复杂。研究任何一种物质的性质，都必须取用纯净物，因为杂质可能掩盖物质的本质属性。物质的纯净与否是相对的，没有绝对的纯净物。
知识点六：氧气的性质
1．物理性质：
在通常状况下，氧气是一种无色无味的气体。在标准状况下，密度比空气略大，不易溶于水。河水、海水中的鱼虾等能生存，可以证明自然界的水中溶有氧气。
在降温，加压的条件下，氧气可以变为淡蓝色液体，甚至淡蓝色雪花状固体。工业生产的氧气通常以液态形式贮存在蓝色钢瓶中（如右图所示）。
2．化学性质：
比较活泼，在一定条件下，可与许多物质发生化学反应，同时放出热量。氧气具有氧化性，在反应中提供氧，是一种常见的氧化剂。
氧气的化学性质和实验现象如下表：
反应物 条
件 反应现象 反应的文字表达式
空气 氧气 反应后
木炭和
氧气 点
燃 持续红热 剧烈燃烧，发出白光，放出热量 生成使澄清石灰水变浑的气体 碳+氧气二氧化碳
CO2 CO2
硫磺和
氧气 发出微弱的淡蓝色火焰 明亮的蓝
紫色火焰 生成有刺激性气味的气体 硫+氧气二氧化硫
S O2 SO2
红磷 发黄白光 发出耀眼
的白光 产生大量
的白烟 磷+氧气五氧化二磷
P O2 P2O5
铁和
氧气 灼烧至红热，离火后迅速变凉 剧烈燃烧，
火星四射 生成黑色固体 铁+氧气四氧化三铁
Fe O2 Fe3O4
【要点诠释】
①做硫、磷等物质在氧气中燃烧的实验时，盛有可燃物的燃烧匙等仪器应自上而下慢慢伸入到集气瓶的中下部，如果迅速伸入到瓶底，物质燃烧放出的热量使氧气受热膨胀，瓶中大量的氧气扩散到空气中，可燃物将不能持续燃烧。
②做铁在氧气中燃烧实验时要必须用细铁丝，铁丝表面要用砂纸打磨光亮；细铁丝要绕成螺旋状，下端要系根火柴；必须待火柴快要烧尽时，才可将铁丝伸入集气瓶中。如果火柴一着火就立即伸入瓶内，火柴燃烧会耗尽瓶内的氧气，而观察不到铁在氧气中燃烧的现象。同时，氧气瓶底要预先放一些细沙或水，防止生成物熔化后溅落下来炸裂瓶底。可燃物不能接触集气瓶壁，否则会引起集气瓶炸裂。
知识点六：化合反应和氧化反应
化合反应：由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应。化合反应的类型可以用下面的通式来表示：A+B+……→AB……可以简称为：“多变一”。
氧化反应：物质跟氧发生的化学反应。这里的“氧”包括氧气和某些含氧物质。物质在氧气中燃烧是剧烈的氧化反应，还有些氧化反应进行的很慢、不易被察觉，这种氧化反应叫缓慢氧化。如：铁生锈、动植物呼吸、食物腐烂等。
【要点诠释】
化合反应不一定是氧化反应，氧化反应也不一定是化合反应，两者没有必然的联系。
如：氧化钙＋水氢氧化钙（是化合反应但不是氧化反应）
石蜡＋氧气 二氧化碳＋水（是氧化反应但不是化合反应）
而铁+氧气四氧化三铁即是物质跟氧气发生的反应，且生成物只有一种，这样的化学反应既是化合反应，又是氧化反应。
<2>
知识点一：实验室制取氧气
（1）反应原理：用分解过氧化氢溶液或加热氯酸钾（白色固体）或加热高锰酸钾（紫黑色固体）的方法制取氧气。使用过氧化氢或者氯酸钾时常常需要加入催化剂——二氧化锰（黑色粉末）。
反应的文字表达式为（名称下面符号是该物质的化学式）：
氯酸钾 氯化钾＋氧气
KClO3KCl O2
高锰酸钾 锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
KMnO4 K2MnO4MnO2 O2
过氧化氢 水＋氧气
H2O2H2OO2
（2）实验装置：如图2-1，2-2a，2-2b所示
分解过氧化氢制取氧气的发生装置也可以使用如图2-3所示装置，这样就可以通过调节分液漏斗的活塞来控制液体的滴加速度，从而可以控制反应速率，得到比较稳定的氧气流。
（3）收集方法：
a．排水法如下图2-4A（因为氧气不易溶于水）
b．向上排空气法如下图2-4B（因为氧气密度比空气大）
验满方法：
排水法：当有气泡从集气瓶口冒出来，说明已满。
向上排空气法：把带火星的木条靠近集气瓶口，如果木条复燃，说明已满，否则未满，继续收集。
（4）检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，如果木条复燃，说明该瓶内气体是氧气。
（5）操作步骤：（以加热高锰酸钾制取氧气为例）
①查：检查装置的气密性；②装：把药品装入试管内，使之平铺在试管底部；
③定：把试管固定在铁架台上；④点：点燃酒精灯加热；
⑤收：收集气体（用向上排空气法或排水法）；⑥离：把导气管撤离水槽；⑦熄：熄灭酒精灯。
可简记为：茶庄定点收利息（每个字代表一个步骤：①查②装③定④点⑤收⑥离⑦熄）。
【要点诠释】
实验操作中的注意事项：
①药品要平铺在试管底部，使其均匀受热；
②铁夹要在距离试管口1/3处；
③导管不宜伸入试管过长，不利于气体导出；
④试管口应略向下倾斜，防止冷凝水倒流，炸裂试管；
⑤如果实验所用药品为高锰酸钾，通常要在试管口塞上一团棉花，以防止加热时高锰酸钾随氧气进入导气管；
⑥排水法集气时，当气泡连续且均匀从导管口放出时再收集，否则收集的气体混有空气。制备出的氧气收集后，集气瓶应正立放置在桌面上；
⑦实验结束，应先移导气管，后移酒精灯，以防止水倒流造成试管炸裂。
知识点二：催化剂和催化作用
在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂（又叫作触媒）。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
【要点诠释】
（1）催化剂能改变其他化学反应速率，这里“改变”包括加快和减慢，也就是有时用催化剂是加快反应速率，也有时是用它减慢反应速率。
（2）催化剂的质量和化学性质没有改变（注意：催化剂的物理性质可能改变。）
（3）在化学反应前后化学性质没有改变，但催化剂参与了化学反应。
（4）催化剂具有“选择性”如过氧化氢分解还可以用氧化铁、硫酸铜等，二氧化锰的效果最好；在不同的化学反应中，催化剂也不同，不是一种物质可以催化无数反应。
（5）催化剂是反应条件，不是反应物，也不是生成物。
（6）催化剂只能改变物质的反应速率，不能增加或减少生成物的质量。
知识点三：分解反应
由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反应叫做分解反应。分解反应的类型可以用下面的通式简明地来表示：AB……→A+B+……可以简称为“一变多”。
【要点诠释】
化合反应和分解反应都属于化学反应的基本类型，判断反应类型时要抓住其特点：化合反应是多变一，分解反应是一变多。
知识点四：工业制取氧气
工业上多采用分离液态空气法制取氧气。具体做法是：在低温条件下加压，使空气转变为液态空气，然后蒸发。由于液态氮的沸点比液态氧的沸点低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要就是液态氧。
近年来膜分离技术得到迅速发展。利用这种技术，在一定压力下，让空气通过具有富集氧气功能的薄膜，可得到含氧较高的富氧空气。利用这种膜进行多级分离，可以得到含氧90%以上的富氧空气。
【要点诠释】
（1）实验室制取氧气发生了化学变化，工业制取氧气发生的是物理变化。
（2）实验室制得的氧气纯净但成本高，不易大量制取，工业制得的氧气不纯净，但成本低。
第四单元燃烧与燃料
知识点一：碳的单质（金刚石、石墨）的物理性质和用途
金刚石 石墨
外观 无色透明正八面体状晶体 深灰色磷片状固体
光泽 加工琢磨后有光泽 略有金属光泽
硬度 最硬 软
导电性 无 良好
导热性 良好 良好
用途 钻探机钻头、刻刀、装饰品等 电极、铅笔芯、润滑剂等
注：由于碳原子排列方式不同，导致金刚石和石墨在物理性质上存在较大差异。
知识点二：CO2和CO的比较
CO2 CO
物理性质 无色、无味气体，可溶于水，密度比空气大，干冰易吸热升华。 无色无味气体，难溶于水，密度与空气接近，略小于空气密度。
化学性质 可燃性 一般情况下既不能燃烧，也不支持燃烧。 有可燃性
2CO+O22CO2
还原性 没有还原性，有较弱的氧化性
C+CO22CO 有还原性
CO+CuOCu+CO2
与水反应 与水反应CO2+H2O===H2CO3 不能与水反应
与石灰水的反应 与石灰水反应
CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O 不能与石灰水反应
毒性 无毒 有剧毒
主要用途 可制汽水，作制冷剂，灭火，气体肥料。 可作气体燃料和冶金工业的还原剂。
注：由于CO和CO2的分子构成不同，决定了二者性质的不同。
知识点三：一氧化碳和单质碳性质的比较
C CO
相似点 都具有可燃性、还原性，常用作燃料和作还原剂冶炼金属
不同点 属于固体单质，常温下具有稳定性 属于气体化合物，具有毒性
知识点四：实验室制取二氧化碳时需注意的几个问题
（1）正确选择制取二氧化碳的药品
实验室制取二氧化碳用大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）和稀盐酸。不用稀硫酸、浓盐酸代替稀盐酸，不用碳酸钠、纯净碳酸钙代替大理石或石灰石（要会分析原因）。
原因：
①用大理石或石灰石跟稀盐酸反应，速度适中，便于收集CO2气体；大理石或石灰石原料价低易得。
②不用稀硫酸与大理石反应的理由：刚开始二者反应生成微溶于水的硫酸钙覆盖在大理石的表面，阻止了酸与大理石的接触，使反应不能持续进行下去。
③不用浓盐酸的原因：浓盐酸易挥发出HCl气体，会使生成的CO2中混有HCl气体，使制得的CO2不纯。
④不用纯CaCO3或Na2CO3等代替大理石（或石灰石）是因为它们与稀盐酸反应速度太快，很难控制，且药品价格比石灰石要贵（成本较高）。
（2）掌握制取二氧化碳的发生装置选择的依据
制取二氧化碳的反应原理是：CaCO3＋2HCl====CaCl2＋CO2↑＋H2O，反应物是块状固体和液体，在常温下进行反应，因此制取CO2的装置与用过氧化氢溶液和二氧化锰制取O2的发生装置相同。一般情况下，由于制取CO2时所需反应物的量较大，常用下列仪器代替试管作为反应器（如：大试管、锥形瓶、广口瓶、平底烧瓶、圆底烧瓶、启普发生器）。CO2能溶于水，且密度比空气大，因此一般只用向上排空气法收集。
（3）检验二氧化碳的方法
①准确检验该气体是否是CO2气体，可以把该气体通入到澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，证明生成的气体是CO2。
②验证CO2气体是否收集满时，可以将燃着的木条放在集气瓶口，利用CO2既不燃烧也不支持燃烧的性质，可以方便快捷地验满。
❺ 最大泡压法测表面张力 仪器常数K
溶液的吸附作用和液体表面张力的测定
一．实验目的
1．用最大泡压法测定不同浓度的表面活性物质（正丁醇）溶液在一定温度下的表面张力；
2．应用Gibbs和Langmuir吸附方程式进行精确作图和图解微分，计算不同浓度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇分子截面积，以加深对溶液吸附理论的理解；
3．掌握作图法的要点，提高作图水平。
二．实验原理
当液体中加入某种溶质时，其表面张力要发生变化。例如在水中溶入醇、醛、酮等有机化合物，水的表面张力要减小；若加入某些无机物，则水的表面张力稍有增大。溶液系统可通过自动调节不同组分在表面层中的量来降低表面Gibbs能，使系统趋于稳定。因此，若加入的溶质能够降低溶液的表面张力，则该溶质力图浓集在表面上；反之，则该溶质在表面层中的浓度一定低于溶液的内部，这种表面层中某物质的含量与溶液本体中不同的现象，称之为表面吸附作用。当表面层中物质的量大于本体溶液中的量，叫做发生了正吸附，反之为发生负吸附，Gibbs用热力学方法导出了一定温度下，吸附量的定量公式——Gibbs吸附等温式：
＝－
式中， 为表面吸附量（mol/m2）；γ为表面张力（N/m或J/ m2）；T为热力学温度（K）；c为溶液本体的平衡浓度（mol/L）；R为气体常数[J/(mol•K)]。
能使溶剂水的表面张力降低的溶质通常称为表面活性物质。工业上和生活中所用的去污剂、起泡剂、乳化剂及润滑剂等都是表面活性物质。表面活性物质的分子是由亲水的极性部分和憎水的非极性部分构成的，正丁醇分子为ROH型一元醇，其羟基为亲水基，烃基为憎水基，当它溶于水后，在溶液表面层形成羟基朝下，烃基朝上的正丁醇单分子层。当溶液浓度增加时，表面吸附量也增加；当浓度足够大时，吸附量达极大值 ，表面溶液的表面吸附达饱和状态。 可近似看成表面上定向排满单分子层时单位表面积中正丁醇的物质量。
正丁醇溶液的γ-c曲线示于图一。从曲线可求得不同浓度下的dγ/dc值，将各值待入Gibbs公式可计算不同浓度时表面吸附量 。如果作 -c曲线，可求得饱和吸附量 ，并由下式计算出正丁醇的分子截面积：
S=
式中，N0为Avgodro常数（6.02×1023/mol）。
实际上将 -c曲线外推求 比较困难。设气固单分子层吸附的Langmuir吸附等温式适用于溶液的表面吸附，并以表面吸附量 （表面超量）代替单位表面上所含正丁醇的物质量，则有：
θ＝
或
式中，θ为吸附分数，c为溶液本体的平衡浓度，K为与溶液表面吸附有关的经验常数。由 ～c作图可得一直线，由直线斜率求 ，进而可求分子的截面积S。
图一 γ～c曲线、 ～ c曲线和 ～c曲线
图二 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图
用最大泡压法测表面张力方法如下：测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装置如图二所示。
图二中A为充满水的抽气瓶；B为直径为0.2～0.3mm的毛细管；C为样品管；D为U型压力计，内装水以测压差；E为放空管；F为恒温槽。
将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U型压力计上读出。
若毛细管的半径为r，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为：
式中，△h为U型压力计所示最大液柱高度差，g为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr•γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等：
若将表面张力分别为 和 的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各自的 和 ，则有如下关系：
即
对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。本实验用纯水作为基准物质，20.0℃时纯水的表面张力为7.275×10－2N/m(或J/m2)。
三．仪器和试剂
表面张力测定装置（包括恒温槽）1套；容量瓶100ml1个，50ml5个；1ml刻度移液管1支；吸耳球1个；正丁醇（二级）；去离子水。
四．实验步骤
1．溶液配制
按表分2次配制9份溶液，第一次1～5号，第二次配制6～9号。
表 － 正丁醇表面张力测定溶液配制方法
样品号数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
容量瓶体积/cm3
100
50
50
50
50
50
50
50
50
/cm3
0.10
0.10
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2．如图装配仪器，恒温槽温度调至20.0℃，样品管内置待测液体，毛细管竖直放置，毛细管口与液面相切。恒温5min以上，测定液体的表面张力。
3．测定毛细管常数。样品管内加入一定量蒸馏水（以放入毛细管后管口刚好与液面相切为准），旋动抽气瓶活栓让水缓缓滴下，使气泡从毛细管均匀逸出，以3～5s逸出1个气泡为宜，记录压力计两侧液面之最高和最低读数各三次，取 的平均值计算毛细管常数K值。
4．同法测定各正丁醇溶液的 值，测量顺序由稀到浓，每次测量前用样品冲洗样品管和毛细管数次。
五．数据处理
1．计算各浓度正丁醇溶液的表面张力，并作γ-c曲线；
样品号数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
溶液浓度c
2．用双玻璃棒法求六个以上切点（均匀分布）的 ）值；
3．计算 值，并求c/ 值；
4．作c/ ～c图，得一直线，由直线斜率求 值；
5．计算出正丁醇的分子截面积。文献记载直链醇类的分子截面积约为2.2×10-19m2，并以此求出相对误差。
❻ 关于重结晶
1 重结晶 『提取最纯有机化合物的最好方法』
由有机反应或由天然物提取得到的固体有机化合物往往是不纯的，最常用的纯化方法是
重结晶。
重结晶方法是利用固体混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同而使其相互分
离。
进行重结晶的简单程序是先将不纯固体物质溶解于适当的热的溶剂中制成接近饱和
的溶液，趁热过滤除去不溶性杂质，冷却滤液，使晶体自过饱和溶液中析出，而易溶性
杂质仍
留于母液小，抽气过滤，将晶体从母液中分出，干燥后测定熔点，如纯度仍不符合要
求，可再次进行重结晶，直至符合要求为止。
关于溶剂的选择
选择适当的溶剂对于重结晶操作的成功具有重大的意义，一个良好的溶剂必须符合
下面儿个条件：
1、不与被提纯物质起化学反应
2、在较高温度时能溶解多量的被提纯物质而在室温或更低温度时只能溶解很少量；
3．对杂质的溶解度非常大或非常小，前一种情况杂质留于母液内，后一种情况趁热
过滤时杂质被滤除；
4．溶剂的沸点不宜太低，也不宜过高。溶剂沸点过低时制成溶液和冷却结晶两步操
作温差小，团体物溶解度改变不大，影响收率，而且低沸点溶剂操作也不方便。溶剂沸
点过高，附着于晶体表面的溶剂不易除去。
5．能给出较好的结晶。
在几种溶剂都适用时，则应根据结晶的回收率、操作的难
易、溶剂的毒性大小及是否易燃、价格高低等择优选用。
关于晶体的析出
过滤得到的滤液冷却后，晶体就会析出。用冷水或冰水迅速冷却并剧烈搅动溶液
时，可得到颗粒很小的晶体，将热溶液在空温条件下静置使之缓缓冷却，则可得到均匀
而较大的品体。
如果溶液冷却后晶体仍不析出，可用玻璃抹摩控液面下的容器壁，也可加入品种，
或进一步降低溶液温度(用冰水或其它冷冻溶液冷却)。
如果溶液冷却后不析出品体而得到油状物时，可重新加热，至形成澄清的热溶液
后，任其自行冷却，并不断用玻璃棒搅拌溶液，摩擦器壁或投人品种，以加速品体的析
出。若仍有
油状物开始忻出，应立即剧烈搅拌使油滴分散