从“看到什么”到“发生了什么”
1.2.3 节用“有没有生成新物质”区分物理变化和化学变化。AP 第 4 单元从这里出发，但要求更严格：看到的现象只是可能的证据，真正的判断标准在粒子层面。
两种变化的定义
- 物理变化physical change：物质的性质（状态、形状、是否混在一起）变了，组成没有变。状态变化、溶解形成溶液、把混合物分开（过滤、蒸馏、色谱，U3.9）都是常见的物理变化。
- 化学变化chemical change：原子重新组合，生成了组成不同的新物质，也就是发生了化学反应chemical reaction。
在粒子层面：物理变化前后，每种粒子（分子、离子、原子）本身不变，只是间距、排列或混合方式变了；化学变化后，出现了反应前没有的粒子。
可能的证据，以及它们为什么不够
化学变化常伴随下面的现象，但每一种都能在物理变化中出现：
| 现象 | 化学变化的例子 | 也可能是物理变化 |
|---|---|---|
| 生成气体（冒气泡） | 镁条放入盐酸，生成 H₂ | 水沸腾，气泡是水蒸气 |
| 生成沉淀 | AgNO₃ 和 NaCl 溶液混合，生成 AgCl | 饱和溶液降温，析出晶体（U3.10） |
| 颜色变化 | 铜片加热变黑，生成 CuO | 往水里滴食用色素 |
| 温度变化 | 燃料燃烧放热 | NH₄NO₃ 溶于水，溶液变冷 |
| 发光 | 镁条燃烧发出白光 | 灯泡通电发光 |
反过来，有些化学变化没有明显的现象：稀盐酸和稀 NaOH 溶液混合，生成了水和 NaCl，但溶液看起来没有任何变化，只有温度略微升高。所以判断时，现象只能作为线索，结论要落在“有没有生成新物质”上。
不能作为证据的观察： 两种无色溶液混合后仍然无色；混合后的总体积等于两种溶液体积之和；混合液能导电（原来的溶液本来就能导电）。这些现象既不能说明发生了反应，也不能说明没有发生反应。
先判断，再看粒子图检验你的判断：
水沸腾
加热一锅水，水中冒出大量气泡。
气泡是水蒸气。水分子本身没有变，只是彼此分得很开：物理变化。冒气泡不一定说明发生了化学变化。
电解水
给水通电，两个电极上都冒出气泡，收集到的两种气体体积比约为 2 : 1。
水分子被拆开，原子重新组合成 H₂ 和 O₂ 分子，生成了新物质：化学变化。
天然气燃烧
打开燃气灶，蓝色火焰放出大量的热和光。
CH₄ 和 O₂ 的原子重新组合成 CO₂ 和 H₂O：化学变化。
两种溶液混合
把无色的 AgNO₃ 溶液倒进无色的 NaCl 溶液，立刻出现白色沉淀。
Ag⁺ 和 Cl⁻ 结合成新的固体 AgCl，Na⁺ 和 NO₃⁻ 没有变化：化学变化。
糖溶于水
把一勺糖放进水里搅拌，糖看不见了，水变甜。
蔗糖分子只是分散到水分子之间，蔗糖分子本身没有变，形成的是混合物：物理变化。
冰袋变冷
捏破冰袋，里面的硝酸铵溶于水，袋子很快变得冰凉。
NH₄NO₃ 溶解时 NH₄⁺ 和 NO₃⁻ 分散到水中，没有生成新物质：物理变化（溶解）。温度变化不一定说明发生了化学变化。
干冰“冒烟”
干冰放在桌上，周围冒出白雾，干冰越来越小。
CO₂ 分子由固态直接变成气态（白雾是空气中的水蒸气遇冷凝结成的小液滴），CO₂ 分子本身没有变：物理变化。
镁条放入盐酸
镁条表面冒出大量气泡，试管变热，镁条逐渐消失。
Mg 原子失去电子变成 Mg²⁺，H⁺ 得到电子变成 H₂，生成了新物质：化学变化。
滴入食用色素
往一杯水里滴几滴红色食用色素，整杯水变成红色。
没有生成新物质，这里不写化学方程式。
色素分子只是分散到水中，形成混合物，没有生成新物质：物理变化。颜色变化不一定说明发生了化学变化。
加热铜片
在空气中加热光亮的红色铜片，表面变成黑色。
Cu 和 O₂ 反应生成黑色的 CuO：化学变化。
物理变化也能用方程式表示
方程式不只用来表示化学反应。状态变化和溶解同样可以写成配平的方程式，只是两边是同一种物质（或它电离出的离子）：
第二个方程式表示 NaCl 溶于水，是溶解（物理变化）。下一节学习怎样用离子方程式表示溶液中的反应。
用质量和回收来检验
现象不够用时，可以称质量，或者把物质回收出来比较：
- 质量增加： 镁带在空气中加热后质量变大，增加的是和镁结合的氧的质量（生成了 MgO），说明发生了化学变化。
- 回收原物质： 把一种晶体溶于水，再把水蒸干，得到质量相同、外观和性质也相同的晶体，说明没有生成新物质，溶解是物理变化。
- 密闭容器中质量守恒： 不论物理变化还是化学变化，密闭容器里的总质量都不变。即使固体碘全部升华成气体，容器的总质量也不变。
所以，当一个实验只给出“温度变化”这类模糊的证据时，最好的后续实验是能区分“还是原来的物质”和“变成了新物质”的实验，例如蒸干溶液回收固体、比较性质，或者检测有没有原来没有的气体。
例题 1：用粒子图判断
方框 A 里有 4 个 N₂ 分子和 6 个 H₂ 分子；变化后，方框里有 2 个 N₂ 分子和 4 个 NH₃ 分子。方框 B 里有 6 个挤在一起的 H₂O 分子；变化后，6 个 H₂O 分子分散在整个方框中。分别判断两个过程是物理变化还是化学变化，说明理由。
-
识别：判断的标准。 化学变化生成了新的粒子（原子重新组合）；物理变化中粒子本身不变，只是排列、间距或运动状态改变。
-
方框 A：比较前后的粒子。 反应前只有 N₂ 和 H₂，反应后出现了反应前没有的 NH₃ 分子：原子重新组合了。
-
方框 A：检查原子个数。
原子个数不变，只是重新组合：化学变化。
-
方框 B：比较前后的粒子。 变化前后都是 6 个 H₂O 分子，只是由挤在一起变成分得很开：液态水变成水蒸气，分子本身没有变，物理变化。
-
说清依据。 结论依据的是粒子有没有变成新的粒子，而不是有没有气体产生、温度有没有变化——方框 B 也产生了气体，但仍是物理变化。
例题 2：同一种物质，两种变化
把蔗糖放在锅里慢慢加热，先熔化成无色的液体；继续加热，液体变成棕黑色，并冒出水蒸气。说明这两个阶段各是什么变化。
- 识别：分阶段看。 同一个实验里可以先后发生物理变化和化学变化，要对每个阶段分别问：蔗糖分子变了没有？
- 第一阶段：熔化。 固态蔗糖变成液态蔗糖，只是分子之间的排列变了，蔗糖分子本身没有变：物理变化。冷却后又会凝固成蔗糖。
- 第二阶段：变黑、冒水汽。 生成了棕黑色、含碳的物质，并放出水，说明蔗糖分子分解、原子重新组合成了组成不同的新物质：化学变化。冷却后也变不回蔗糖。
- 区分证据和依据。 颜色变化、生成水蒸气是线索；判断的依据是生成了组成不同的新物质。
- 碘受热变成紫色的蒸气
I₂ 分子没有变，只是由固态变成气态。
- 铁钉在潮湿的空气中生锈
生成了新物质（铁锈）。
- 把食盐溶于水
Na⁺ 和 Cl⁻ 分散到水中，没有生成新物质。
- 过氧化氢在 MnO₂ 作用下放出气泡
H₂O₂ 分解生成 H₂O 和 O₂。
- 冬天窗户上结霜
水蒸气直接变成固态的冰。
- 鸡蛋煎熟
蛋白质的结构发生了不可逆的变化，生成了新物质。
- 用蒸馏法从酒精溶液中得到较纯的酒精
分离混合物，乙醇分子没有变。
- 往石灰水中吹气，石灰水变浑浊
CO₂ 和 Ca(OH)₂ 反应生成 CaCO₃ 沉淀。
- 盐酸和 NaOH 溶液混合，看不到明显现象
H⁺ 和 OH⁻ 结合成 H₂O，生成了新物质。没有现象不等于没有反应。
- 降温时饱和硝酸钾溶液中析出晶体
溶不下的 KNO₃ 结晶析出，KNO₃ 本身没有变。
- 把铜块敲打成薄片
只改变形状，仍然是铜，没有新物质。
- 镁带在空气中加热，冷却后称量，质量变大
镁和 O₂ 结合生成了 MgO。
常见误区
误区 1：“冒气泡、变颜色、变冷变热，就一定是化学变化。” 这些只是可能的证据。水沸腾冒气泡、色素溶于水变色、NH₄NO₃ 溶解变冷都是物理变化。判断要看有没有生成新物质。
误区 2：“没有看到现象，就没有发生化学变化。” 稀盐酸和稀 NaOH 溶液反应生成了水，溶液看起来却没有变化。有没有反应要从粒子层面判断，必要时用其他方法检测（如测温度、测 pH）。
误区 3：“糖溶于水后‘不见了’，所以是化学变化。” 蔗糖分子还在，只是分散到水分子之间，把水蒸发掉又能得到糖。溶解形成的是混合物，属于物理变化。
即时小测
把 AgNO₃ 溶液和 NaCl 溶液混合，出现白色沉淀。下列说法最好的是？
生成了反应前没有的物质 AgCl，属于化学变化。B 描述的是降温结晶，那时析出的是原来就溶在水里的同一种物质。
一位学生说：“水沸腾时冒出气泡，所以生成了新物质。”下列反驳最好的是？
沸腾只克服水分子之间的作用力，H₂O 分子保持完整。A 是常见的错误；B、C 的理由都不能说明有没有生成新物质。
下列哪个现象最能说明发生了化学变化？
检测到原来没有的新物质（CO₂）是最直接的证据。A 是状态变化；C 可能只是稀释；D 也可能来自溶解。
把一包 NH₄NO₃ 放进水中，固体溶解，溶液温度从 22 °C 降到 12 °C。这是什么变化？理由是什么？
溶解没有生成新物质。A、C 把现象当成了结论；D 的结论对，理由错，因为温度变化不能说明有没有反应。
下列哪个过程可以用 表示？
方程式两边是同一种物质，只有状态变化：固体直接变成气体，就是升华。C 中的气体原来溶解在水中，不是由固体变来的。
下列哪组变化都是物理变化？
A 中每个过程都没有生成新物质。其余选项都含有化学变化：生锈、燃烧、腐烂、电解水。
两种溶液混合。下列哪个观察能作为发生化学反应的证据？
生成沉淀说明有新物质。B、C、D 在没有反应时也会出现：溶液本来就无色，体积本来就能相加，原来的溶液本来就能导电。
把一段镁带放在坩埚中加热，冷却后称量，质量比原来大。下列解释最好的是？
质量增加来自和镁结合的氧。热量没有质量；体积变化和状态变化都不会改变质量。
学生把白色固体 X 溶于水，溶液变热。为了判断是否发生了化学变化，下列哪个后续实验最有用？
如果回收到质量和性质都相同的 X，说明只是溶解；如果得到的是别的物质，说明发生了反应。其余实验都不能区分这两种情况。
把少量碘放进一个密闭的玻璃容器，称得总质量为 m。加热使碘全部升华后再称量，总质量是？
质量守恒对物理变化和化学变化都成立。气体也有质量，体积变大不会改变质量。
AP 自由作答题
学生做了三个实验：
- 实验 1：把镁条放进稀盐酸，镁条表面冒出气泡，试管变热，镁条逐渐消失。
- 实验 2：加热一杯水，水中冒出气泡。
- 实验 3：把 KNO₃ 晶体放进水中搅拌，晶体消失，溶液变凉。
(a) 实验 1 和实验 2 都冒出气泡。分别说出气泡中的气体是什么，判断每个实验是物理变化还是化学变化。
(b) 写出实验 1 的净离子方程式（Mg 是固体，盐酸中有 H⁺ 和 Cl⁻）。
(c) 一位学生说：“实验 3 中溶液变凉，所以发生了化学反应。”评价这个说法，并用粒子层面的描述说明实验 3 是什么变化。
(d) 画出（或描述）实验 2 中气泡里的粒子和液态水中的粒子有什么不同。
参考答案与评分要点
(a) 实验 1 的气体是 H₂，生成了新物质，是化学变化。实验 2 的气体是水蒸气（H₂O），H₂O 分子没有变，是物理变化。
(b)
(c) 说法错误。温度变化只是可能的证据。KNO₃ 溶解时，K⁺ 和 NO₃⁻ 离开晶体，分散到水分子之间，没有生成新物质，所以是物理变化（溶解）。
(d) 两处都是完整的 H₂O 分子。液态水中分子挨得很近、彼此吸引；气泡中的水分子彼此分得很开。气泡里没有 H₂ 和 O₂。
评分要点： (a) 两种气体各 1 分，判断各 1 分；(b) 方程式正确，Cl⁻ 不出现；(c) 指出温度变化不能作为判断依据，并用“离子分散、没有新物质”说明；(d) 指出两处都是 H₂O 分子，只是间距不同。
小结
- 物理变化：组成不变（状态变化、溶解、分离混合物）；化学变化：原子重新组合，生成组成不同的新物质。
- 生成气体或沉淀、颜色变化、温度变化、发光都只是可能的证据，物理变化也会出现；有的化学变化几乎没有现象。
- 判断要落在粒子层面：变化后有没有出现新的粒子。
- 物理变化也可以用方程式表示，如 。
AP 提示： 题目问“这是物理变化还是化学变化”时，理由要写到粒子层面：“生成了新物质 X”或“X 分子（离子）本身没有变，只是……”。只写“冒了气泡”“变了颜色”拿不到理由分。