知识背景
公元前 400 年左右，古希腊人德谟克利特提出了一个大胆的猜想：把物质一直分下去，最终会得到一种不可再分的小颗粒，他叫它「原子」（atom，原意就是「不可分割」）。这只是哲学思辨，没有任何实验支持。
两千多年后的 1803 年，英国化学家道尔顿把它变成了科学理论。他认为原子是实心的、不可再分的小球，化学反应只是原子重新排列组合。这个模型解释了当时几乎所有的化学定律，看起来完美无缺。
可是有一件事很难解释：一体积氢气与一体积氯气反应，为什么恰好生成两体积氯化氢？如果参加反应的是单个原子，怎么会多出一倍？1811 年阿伏加德罗给出了答案——气体里存在的不是单个原子，而是由原子结合成的分子。
于是有了今天我们要用的两级模型：物质由分子构成，分子又由原子构成。而验证这个模型最直接的实验，就在初中实验室里——给水通电。
知识讲解
分子与原子
分子是构成物质的一种微粒，是保持物质化学性质的最小微粒。
原子是化学变化中的最小微粒，在化学变化中不可再分。
分子由原子构成。一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，写作 。
两句定义中的限定词是考试的命门：分子是保持化学性质的最小微粒（不是「最小微粒」，也不是保持物理性质）；原子是化学变化中的最小微粒（离开化学变化，原子还能再分为原子核和电子）。
水的电解：分子可以再分
给水通直流电，正极产生氧气、负极产生氢气，体积比约为 （口诀：正氧负氢，氢二氧一）。
微观解释：水分子在通电条件下被破坏，分解成氢原子和氧原子；氢原子两两结合成氢分子，氧原子两两结合成氧分子。
结论：在化学变化中，分子可以再分，原子不能再分。
这个实验一举证明了三件事：水由氢、氧两种元素组成；分子由原子构成；化学变化的实质是分子被破坏、原子重新组合。
构成物质的微粒
| 构成微粒 | 物质举例 |
|---|---|
| 分子 | 水、氧气、二氧化碳、氢气、酒精 |
| 原子 | 铁、铜、镁、铝、金刚石、氦气 |
| 离子 | 氯化钠、硫酸铜等由离子构成的化合物 |
- 物理变化：分子本身没有改变，只是分子间的距离或排列方式变了。水结成冰、酒精蒸发都属于此类，物质的化学性质不变。
- 化学变化：分子被破坏了，原子重新组合成新的分子。水通电分解、铁生锈都属于此类，生成了新物质。
- 判断抓手：有没有新的分子（新物质）产生。
分子的三个基本性质
- 分子很小：一个水分子的直径约为 ，一滴水中约含 个水分子。
- 分子间有空隙：水与酒精混合后总体积变小；气体容易被压缩而固体液体难以压缩，说明气体分子间空隙远大于固体液体。
- 分子在不停地做无规则运动：温度越高，运动越剧烈。扩散现象、闻到花香、湿衣服变干都是证据。
分子之间还同时存在引力和斥力。引力使固体、液体能保持一定形状不易被拉断，斥力使它们难以被压缩。
实验与探究
设计两组实验分别证明「分子在不停运动」和「分子间有空隙」，并说明现象与结论。
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实验一 · 证明分子在不停运动（扩散实验）：取两只等大的烧杯，分别装等量的冷水和热水，同时在杯底轻轻放入一小粒品红晶体，静置观察。现象：两杯水都逐渐变红，且热水那杯变红明显更快、颜色更均匀。结论：品红分子在水中不断运动并扩散开来；温度越高，分子运动越剧烈。注意：放入晶体时不能搅拌，否则无法排除水流搅动的影响——这是控制变量的关键；两杯水的水量、晶体大小必须相同。
实验二 · 证明分子间有空隙：取一根细长玻璃管，先注入一半水（染色便于观察），再沿管壁缓慢加入酒精至满，塞紧管口后上下颠倒数次使其混合，静置观察液面位置。现象：混合后液面明显下降，总体积变小。结论：水分子和酒精分子之间都有空隙，混合时彼此填入对方的空隙，故总体积减小。注意：加入酒精要沿管壁缓慢，先注水后注酒精可减少提前混合；混合前必须记下原始液面刻度作为对照。
共同的科学方法：两个实验都用看得见的宏观现象（颜色扩散、液面下降）去推断看不见的微观事实，这是转换法。
经典例题
电解水时，与电源正、负极相连的试管内分别收集到气体。①两极气体分别是什么，体积比是多少？②若共收集到 气体，各是多少毫升？③从微观角度说明这一变化中「什么变了、什么没变」。
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第一步：判断两极产物，依据实验规律「正极产生氧气，负极产生氢气，体积比约为 」：正极是氧气，负极是氢气，。第二步：设未知量并列式。设氧气体积为 ，则氢气体积为 ，依据总体积关系：，解得 。第三步：写出结果：氧气 ，氢气 。
第四步：从微观角度分析「变了什么」。依据化学变化的实质是分子被破坏、原子重新组合：通电时水分子被破坏，分解为氢原子和氧原子；每两个氢原子结合成一个氢分子，每两个氧原子结合成一个氧分子。所以分子的种类改变了（水分子变成了氢分子和氧分子），分子的数目也改变了。第五步：分析「没变什么」：原子的种类没变（仍是氢原子和氧原子），原子的数目也没变，元素的种类同样不变。答：①正极氧气、负极氢气，体积比 ；②氧气 、氢气 ；③分子种类和数目改变，原子种类和数目不变。
难点与易错点
- 说「分子是最小的微粒」：必须完整表述为保持物质化学性质的最小微粒；分子由原子构成，比原子大。
- 说「原子是最小微粒」：必须限定为化学变化中的最小微粒；原子本身还可分为原子核和电子。
- 认为一切物质都由分子构成：铁、铜、镁等金属和金刚石由原子直接构成，氯化钠由离子构成。
- 把「正氧负氢」记反：与电源正极相连的试管收集到氧气（体积较少的那支）。
- 认为电解水中氧气多：氢气体积是氧气的两倍，氢气多。
- 认为物理变化中分子也变了：物理变化中分子本身不变，只是间隔与排列改变。
- 用「分子变小」解释水结冰体积变化：分子大小不变，变的是分子间的空隙和排列方式。
- 认为温度降到很低分子就静止：分子运动永不停止，只是低温时不那么剧烈。
生活中的应用
- 杭州西湖的荷花香：花香分子不断运动扩散到空气中，所以隔着几米也能闻到；夏天正午比清晨更香，因为温度高分子运动更剧烈。
- 龙井茶的冷泡与热泡：热水泡茶出味快，是因为温度升高使茶叶中的可溶物分子运动加快、扩散更迅速。
- 液化石油气罐：气体分子间空隙大，加压后分子间距大幅缩小，因此一小罐能装下几百倍体积的气体。
- 地铁站的除味与新装修房通风：都是靠气体分子的扩散与空气流动把异味分子带走。
生活应用题 1 · 龙井茶园的施肥与香味
茶农在龙井村施用一种有刺激性气味的液态肥。①为什么施肥后整片茶园都能闻到气味？②为什么晴热的中午气味特别浓，而清晨较淡？③茶农说「肥料撒进土里，水一浇就到根部了」，请用微观模型解释。
分步解：
- 解释气味扩散，依据分子在不停地做无规则运动：肥料中的气味分子不断运动，从浓度高处扩散到整片茶园的空气中，进入鼻腔被嗅觉细胞感知。
- 解释温度的影响，依据温度越高分子运动越剧烈：中午气温高，气味分子运动加快、扩散更迅速，单位时间到达鼻腔的分子更多，故气味更浓；清晨气温低，扩散慢，气味淡。
- 解释肥料随水入土：土壤颗粒间有空隙，水分子带着溶解的肥料微粒经空隙向下渗透；同时肥料微粒本身也在水中不断运动、逐渐扩散均匀，最终到达根部被吸收。
- 补充一个生产提示：正因为分子会持续扩散，肥料若长期敞口存放会挥发损失，应密封保存；且宜在傍晚或阴天施用，减少挥发浪费。
- 答：气味扩散是分子无规则运动的结果；中午温度高使运动加剧故气味浓；肥料靠水沿土壤空隙渗透并扩散到根部。
生活应用题 2 · 电解水制氢与体积计算
某科普展台用电解水装置演示：通电 5 分钟，正极试管收集到气体 。①负极收集到多少毫升气体？是什么？②如何用简单方法检验两种气体？③解释「水可以变成氢气」是否违背了原子不可再分。
分步解：
- 求负极气体体积，依据电解水时氢气与氧气体积比为 ：正极为氧气 ，故负极氢气为 。
- 说明检验方法：把带火星的木条伸入正极试管，木条复燃，说明是氧气；用燃着的木条靠近负极试管口，气体能燃烧并发出淡蓝色火焰，说明是氢气。
- 回答第三问的前半，依据分子由原子构成、分子在化学变化中可分：水变成氢气和氧气，是水分子被破坏后原子重新组合，改变的是分子，不是原子。
- 说明并不矛盾：整个过程中氢原子和氧原子的种类和数目都没有改变，只是重新组合成了新分子。所以「原子在化学变化中不可再分」依然成立。
- 答：①负极氢气 ；②带火星木条复燃检验氧气，能燃烧的是氢气；③不违背，被分开的是分子而非原子。
考点
- 概念辨析·高频：分子是保持化学性质的最小微粒；原子是化学变化中的最小微粒
- 实验题·高频：水的电解现象、两极产物、体积比 及微观解释
- 计算题·高频：由总体积或一极体积求另一极体积
- 简答题·高频：化学变化中「分子种类数目变、原子种类数目不变」
- 选择题：判断物质由分子、原子还是离子构成
- 实验设计：证明分子在运动（扩散实验）、分子间有空隙（水与酒精混合）
- 简答题：用分子运动和空隙解释生活现象（气味扩散、气体易压缩）
- 概念题：物理变化与化学变化的微观区别
中考真题
下列说法正确的是（ ）A. 分子是构成物质的最小微粒 B. 电解水时正极产生的气体体积是负极的两倍 C. 铁块由铁原子直接构成 D. 水结成冰是因为水分子变小了
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逐项分析：A 错，分子是保持物质化学性质的最小微粒，且分子由原子构成；B 错，负极产生的氢气体积是正极氧气的两倍，题目说反了；C 对，铁等金属由原子直接构成，不存在「铁分子」；D 错，分子大小不变，变的是分子间的空隙与排列方式。答案：C。
在一支试管中加入约 水，滴入一滴红墨水后不搅拌，一段时间后整管水都变红。①这一现象说明了什么？②若把试管放入热水中，变红速度如何变化，为什么？
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第一步：分析现象的成因，依据分子在不停地做无规则运动：红墨水中的色素分子不断运动，从试管底部逐渐扩散到整管水中，因此在不搅拌的情况下整管水也会变红。第二步：说明「不搅拌」这个条件的作用。它排除了水流带动这一干扰因素，使现象只能由分子自身的运动来解释，这是实验设计上的关键。第三步：分析升温的影响，依据温度越高分子运动越剧烈：放入热水后水温升高，色素分子与水分子的运动都加快，扩散速度明显变快，整管变红所需时间缩短。第四步：答：①说明分子在不停地做无规则运动，且分子间有空隙可供扩散；②变红速度变快，因为温度升高使分子运动更剧烈。答题提醒：本题问「说明了什么」，要答到分子运动这一层，只写「墨水扩散了」不得分。