物理变化和化学变化：同一种物质，还是新物质？

冰柠檬茶里的冰块熔化、面包在烤面包机里变成金黄色、自行车在雨中生锈——身边的东西无时无刻不在变化，但这些变化并不一样！在这一课，你会学习区分物理变化和化学变化，把日常的过程正确分类，比较化合物和它的组成元素，并解释为什么有些东西燃烧后会变轻，有些却会变重。

你在“混合物和化合物”一课已初步比较过这两种变化，这一课会再深入一点。遇到任何变化，都先问一个大问题：有没有生成新物质？

1. 物理变化：同一种物质，换个样子

什么是物理变化？

物理变化是没有生成新物质的变化。物质的化学成分（即物质由什么组成）保持不变，改变的只是它的状态（固态、液态或气态）、形状或大小等。

例子：冰柠檬茶里的冰块熔化时，固态的水变成液态的水。自始至终它都是水（H2O），只是粒子可以更自由地移动。

很多物理变化都容易逆转

冰熔化成水，水又可以凝固变回冰。盐溶解在水中，把水蒸发掉就可以取回盐。

但并非所有物理变化都容易逆转。打碎了的石头或撕碎了的纸不能轻易复原，但过程中没有生成新物质，所以它们仍然是物理变化。

重点总结：物理变化＝没有新物质，化学成分不变。很多（但不是全部）物理变化都容易逆转。

2. 化学变化：生成了新东西

什么是化学变化？

化学变化（又称化学反应）是一个通过反应而生成新物质的过程。原子会重新排列，以新的方式结合，所以新物质具有不同的性质。

例子：在郊野公园烧烤时，木炭（主要是碳）在空气中燃烧。碳与氧结合，生成二氧化碳——一种无色的气体，是全新的物质：

\(\text{碳} + \text{氧} \rightarrow \text{二氧化碳}\)

在这条文字方程式中，左边是反应物，右边是生成物（新物质）。

化学变化通常难以逆转

煎好的蛋不能变回生蛋，烧剩的灰烬和烟也不能重新变回纸张。大部分化学变化都难以逆转。

化学变化可能已发生的迹象

1. 释放气体——出现气泡或冒泡（称为泡腾），例如把维生素C泡腾片放进水中。

2. 颜色改变——例如面包在烤面包机里变成褐色；切开的苹果在空气中变成褐色。

3. 能量变化——放出热和光（例如燃气灶的火焰），或吸收热，令东西摸上去变冷。

4. 形成沉淀——液体中出现不溶的固体，令液体变得浑浊，例如用吸管向澄清的石灰水呼气，石灰水会变成乳白色。

记忆口诀：“气、色、能、沉”——气体释放、颜色改变、能量变化、沉淀形成。

迹象只是线索，不是证明

有些物理变化也会出现类似的迹象。水沸腾时会冒泡，但气泡只是水蒸气；电暖器的电热丝会发出红光，但冷却后仍是同一种金属。所以一定要检查：有没有新物质？

你知道吗？在中国空间站的“天宫课堂”中，航天员把泡腾片放进一个悬浮的水球里。泡腾片冒出气泡——这是化学变化——但在太空中，气泡留在水球里面，没有像在地球上那样升上来离开水球。

重点总结：化学变化＝生成新物质。释放气体、颜色改变、能量变化或形成沉淀都是有用的线索。

3. 物理变化还是化学变化？为日常过程分类

物理变化（没有新物质）

熔化——固体变成液体，例如黄油在热锅中熔化。物质相同，只是状态不同。

蒸发——液体变成蒸气，例如湿衣服晾干。水仍然是水，只是到了空气中。

蒸馏——把液体煮沸，再把蒸气冷却，冷凝到另一个容器中，例如从海水得到蒸馏水。过程中只有状态的改变。

过滤——用过滤器把不溶的固体和液体分开，例如把沙和水分开，或用滤茶网隔走茶叶。

把石头打碎——把石头打成较细小的碎块。碎块变小了，但仍是同一种石头。

溶解——例如糖溶解在奶茶中。糖仍然存在（奶茶是甜的！）。详见“溶解”一课。

蒸馏、过滤和蒸发都是分离混合物的物理方法——过程中没有生成新物质。

化学变化（生成新物质）

燃烧——物质与氧发生反应，放出热和光，例如木炭或纸张燃烧。过程中会生成二氧化碳等新物质。

氧化反应——物质与氧结合的反应。燃烧和铁生锈都属于氧化反应。另一个例子：把光亮的铜片放在本生灯火焰中加热，铜片表面会生成黑色的氧化铜，所以变黑。

铁生锈——铁慢慢地与氧和水发生反应，生成红褐色、会剥落的铁锈。铁锈很脆弱，不像铁那样坚固。想想香港潮湿天气下海边的铁栏杆吧。

\(\text{铁} + \text{氧} + \text{水} \rightarrow \text{铁锈}\)

烹调——例如煎蛋（透明的蛋白变成白色固体）或烤蛋糕。过程中生成新物质，食物煮熟了就不能“变回生”。

你知道吗？铁锈所占的空间比原来的铁大。混凝土里的钢筋生锈时会向外推，可以令混凝土开裂——这是旧楼需要定期维修的原因之一。

难题一则：燃烧中的蜡烛

燃烧中的蜡烛同时出现两种变化。火焰附近的蜡熔化（物理变化——冷却后会再凝固）；蜡蒸气燃烧（化学变化——生成二氧化碳和水蒸气，并放出热和光）。所以蜡烛会越烧越短。

重点总结：改变状态、分离、溶解和打碎都是物理变化；燃烧、氧化反应、铁生锈和烹调都是化学变化。

4. 化合物与它的组成元素：铁、硫和硫化亚铁

重点实验：测试化合物和其组成元素的物理性质。物理性质是不用生成新物质就可以观察到的性质，例如颜色、外观，以及会不会被磁铁吸引。

步骤一：观察两种元素

铁屑——灰色的金属粉末，会被磁铁吸引。
硫粉——黄色的非金属粉末，不会被磁铁吸引。

步骤二：把它们混合——形成混合物

把铁屑和硫粉搅拌混合。用放大镜观察，仍然可以看到分开的灰色和黄色颗粒。用（用纸包着的）磁铁就可以把铁吸走，留下硫。混合是物理变化：每种元素都保留自己的性质。

步骤三：加热混合物——生成化合物

老师在试管中加热少量混合物。混合物会发出红光，即使移走火焰，红光仍会继续在混合物中扩散——这个反应放出热。最后剩下黑色固体。

\(\text{铁} + \text{硫} \rightarrow \text{硫化亚铁}\)

这种黑色固体不会被磁铁吸引（如果所有铁都已反应），也再看不到灰色或黄色的颗粒。新物质（FeS）已经生成，所以这是化学变化。

比较结果

铁：灰色粉末；会被磁铁吸引
硫：黄色粉末；不会被吸引
混合物：有灰色和黄色颗粒；磁铁可把铁吸走
硫化亚铁：黑色固体；不会被吸引

结论：化合物的性质与它的组成元素不同。铁已经以化学方式与硫结合，所以磁铁不能把它们分开。

安全第一

加热硫可能产生有毒的二氧化硫。只用少量药品，戴上护目镜，并在通风橱内加热。

重点总结：在混合物中，元素保留各自的性质，可以用物理方法分离；在化合物中，元素以化学方式结合，化合物具有新的性质。

5. 变轻还是变重？燃烧纸张和钢丝绒

重点实验：比较不同物质燃烧前后的质量变化。

实验方法

把纸张（或一些拉松了的钢丝绒）放在耐热容器中，用电子天平测量质量。把它燃烧或强热，待冷却后再测量一次质量。

纸张：质量减少

纸张燃烧时与氧发生反应。大部分生成物都是气体（二氧化碳和水蒸气），会散失到空气中，只剩下少量灰烬，所以质量减少。

\(\text{纸} + \text{氧} \rightarrow \text{二氧化碳} + \text{水}\)

钢丝绒：质量增加

钢丝绒由很细的铁丝组成。加热时，它会发光和喷出火花，由光亮的灰色变成黑色、易碎的固体。铁已经与空气中的氧结合，生成氧化铁，并留在天平上，所以质量增加。

\(\text{铁} + \text{氧} \rightarrow \text{氧化铁}\)

理解实验结果

两者都是化学变化，区别在于物质去了哪里：纸张的生成物是气体，会离开；钢丝绒则有氧加入与铁结合。

质量不会凭空产生或消失。如果在密封容器中燃烧，总质量会保持不变——详见“化学反应”一课（延展部分）。

重点总结：纸张燃烧后变轻（气体散失）；钢丝绒燃烧后变重（氧加入了）。

常见错误

常见错误一：“糖消失了，所以溶解是化学变化。”——错！糖仍然存在，只是分散成微小的粒子。溶解是物理变化。

常见错误二：“有气泡就一定是化学变化。”——错！水沸腾时也会冒泡，但那只是水蒸气。

常见错误三：“纸张燃烧后质量减少，所以物质被消灭了。”——错！那些质量变成气体离开了。

常见错误四：“铁和硫的混合物就是硫化亚铁。”——错！磁铁可以把铁从混合物中吸走，但不能从化合物中把铁吸走。

常见错误五：“不能逆转的变化一定是化学变化。”——错！打碎的石头不能复原，但没有生成新物质，所以是物理变化。

重点回顾

1. 物理变化：没有新物质；化学成分不变。

2. 化学变化：生成新物质；通常难以逆转。

3. 线索：“气、色、能、沉”——气体、颜色、能量、沉淀。

4. 物理变化：熔化、蒸发、蒸馏、过滤、把石头打碎、溶解。化学变化：燃烧、氧化反应、铁生锈、烹调。

5. 硫化亚铁是黑色的，不会被磁铁吸引——化合物的性质与它的组成元素不同。

6. 燃烧纸张：质量减少。燃烧钢丝绒：质量增加。

做得好！下次看着饮品里的冰块熔化时，问问自己：同一种物质，还是新物质？