三 化学实验的特点

化学实验与生产实践和自然观察相比较有以下一些特点。 1．化学实验可以排除次要、偶然因素的干扰，简化、纯化研究对象

由于我们研究的任何物质对象都具有一定的复杂性，这种复杂性不仅表现在它跟周围环境以及与其它物质间存在着相互交织的联系、作用和影响， 而且还表现在物质自身内部各种因素之间彼此的相互联系、相互作用与相互影响。在这种复杂状况下，使得物质的某些特性，特别是本质属性常常被掩盖起来；有时又由于受到某些因素的干扰，它们的一些属性也不易被人们察觉。因此，单凭观察无法揭示各种事物、现象间的本质联系。马克思曾指出： “物理学家是在自然过程表现得最确实、最少受干扰的地方考察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。”

① 恩格斯：自然辩证法，人民出版社 1971 年版，第 207 页。

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在化学实验中，我们就是借助各种实验仪器和装置等实验手段，根据实

验目的，在严格控制实验条件下，把物质从众多复杂的联系中分离出来，排除各种偶然的、次要的因素干扰，人为地控制一些条件，如某些现象发生， 而使另一些现象不发生。这样就使被研究的物质的某些属性或联系在比较简化、纯粹的形态下呈现出来，通过多次、重复的实验观察，就能比较容易地发现物质及其变化过程的客观规律性，从而达到准确认识的目的。例如，为了了解哪些因素影响化学反应速度的问题，就要对一些具体物质的化学反应速度进行实验研究，首先，对某一特定的化学反应，在保持其他实验条件不变的情况下，只改变温度这一实验条件，观察温度升高或降低对化学反应速度有什么影响，经过多次实验观察，就会得到温度的改变对化学反应速度影响的规律性认识；同样，在保持温度不变的条件下，研究浓度(或压强)对化学反应速度的影响，从中了解浓度(或压强)对化学反应速度影响的规律性； 再保持其他条件不变的情况下，观察催化剂对化学反应速度的影响。最后， 通过对大量实验事实的归纳概括，从而得到温度、浓度、压强以及催化剂对化学反应速度产生影响的整体规律性认识。化学实验者就是这样通过实验在简化、纯粹的状态下，使物质的某些特性显示出来，以达到预期的实验目的。

  1. 化学实验可以揭示极端条件下物质运动的规律性

在通常的条件下，物质具有的某些性质不能显示出来，但是，在化学实验中，人们可以凭借各种物质手段创造出特殊的强化条件，使物质的一些属性表现出来。例如，人们可以造成超高温、超低温、超真空、超强磁场等等条件，在这种特殊条件下去研究物质。又如，人们可以使石墨在超高压和高温的条件下，使之转化为金刚石。人们可以利用空气液化装置将空气压缩至约 2.02×107 帕，然后使之膨胀至 1.01×105 帕，温度就会较原来降低 50K， 冷却的空气经过多次重复地压缩和膨胀之后便成为液态空气。液态空气呈淡蓝色，许多物质在液态空气的温度下性质发生急剧变化，如某些金属显示出超导性。又如，在 1.21×108 帕下，将白磷加热到 773K 就转化为具有片状结构、能导电的黑磷。把白磷隔绝空气加热到 533K，它就转变成红磷。红磷隔绝空气加热到 687K 就升华变成蒸气，迅速冷却就得到白磷。如果人们不能创造出超高压、超高温这样一些强化条件，石墨转化成金刚石、液化室气显示出的特殊性质、磷的各种同素异形体的性质以及它们间的相互转化关系，将无法被人们认识。可见，强化自然过程、创造极端条件，能使物质运动的特殊规律性展现出来，从而拓宽了我们对物质运动规律的认识。

  1. 化学实验比较经济

人的科学认识是一个长期反复的过程，往往会遭到多次挫折和失败，才能取得成功。在对物质研究探索的过程中，化学实验具有规模小、周期短、花钱少的优点，即使实验失败，损失也不大。只有在化学实验室里，化学家经过实验的不断探索，直到取得成功的经验和建立起必要的理论之后，方可投入大规模的化学生产。

因此，化学实验可超越化学生产实践，走在化学生产的前面，直接为化学工业生产实践提供可靠的依据。例如，20 世纪初很多化学家积极从事合成氨工艺条件的试验和理论研究。德国化工专家哈伯(F. Haber，1868—1930) 经过多次的失败和得到不理想的产率后，终于在 1909 年报导了他用锇催化剂得到了氨浓度为 6%的产率，实验结果说明合成氨实现工业化是可能的，这就

使合成氨迈出了实验室的实验阶段。其后，又进行了一系列的中间试验，不断解决生产技术中产生的一些实际问题，1913 年第一个合成氨工厂终于建成并投产了。

  1. 化学实验可以重复进行，以提高实验的可靠性

有些化学变化瞬间完成，不易甚至无法进行仔细的观察和测量。为了便于观察研究，往往需要进行多次重复实验，从而保证观察到的现象和测得数据的准确性。凡是正确、可靠的实验结果都能为他人重复实验所证实。这说明化学实验成果或发现，需要重复实验，而化学实验也恰好具有便于重复的特点。例如，丹麦化学家厄斯泰德(H. C. Oersted，1777—1851)使氯气通过红热的木炭和铝土的混合物，制得了氯化铝；然后再让氯化铝跟钾汞齐作用， 得到了铝汞齐；再在隔绝空气的条件下把铝汞齐中的汞蒸发掉，他认为最后得到的金属是铝。实际上得到的是一种不纯的金属铝。因而，德国化学家维勒重复厄斯泰德的实验，结果制不出金属铝，于是维勒重新设计了制铝的实验，结果获得了成功。①

① 袁翰青、应礼文编著：化学重要史实，人民教育出版杜 1989 年版，第 135—136 页。