密度在中学化学和生产实际中的应用

密度是一个用来描述物质在单位体积下的质量的物理量。在中学化学、科学研究和生产生活中有广泛的应用，下面特归纳如下：

一、密度的概念

某种物质的质量和其体积的比值即单位体积的某种物质的质量，叫作这种物质密度。

密度是一种物质的特性，物质的特性是指物质本身具有的而又能相互区别的一种性质，人们往往感觉密度大的物质“重”，密度小的物质“轻”一些，这里的“重”和“轻”实质上指的是密度的大小。质量是物体所含物质的多少，所含物质减少所以质量减少。

密度是反映物质特性的物理量，只与物质种类有关，与物质的质量与体积无关。不同的物质密度一般是不相同的，同种物质的密度则是相同的。同种物质的密度不随质量和体积的变化而变化，只随物态温度、压强变化而变化。不管多大或者多重的东西，只要是这种物质构成的，那么它的密度就等于这种物质的密度，不管是无限大的物质还是无限小的这种物质，密度都是不变的。

二、密度在中学化学的应用

⒈ 实验室收集气体时考虑气体的密度

⑴ 标准状况下，气体的密度＝气体的摩尔质量÷标准状况下的气体摩尔体积，气体的密度单位：g/L。

⑵ 标准状况下比较密度就是比较气体的摩尔质量，气体的摩尔质量在数值上与气体的相对分子质量相等。

⑶ 空气的平均相对分子质量为29。相对分子质量比29小且相差3以上（含3）的气体就是密度比空气小的气体，与空气混合时该气体在空气的上方，实验室在收集这类气体时，用向下排空气取气法收集。实验室用向下排空气取气法收集得气体有：NH3、CH4、C2H2、H2。

⑷ 相对分子质量比29大且相差3以上（含3）的气体就是密度比空气大的气体，与空气混合时该气体在空气的下方，实验室在收集这类气体时，用向上排空气取气法收集。实验室用向上排空气取气法收集得气体有：Cl2、HCl、O2、H2S、SO2、NO2、CO2。

⑸ 实验室不能用排空气取气法收集的气体有：CO、NO、C2H4，原因是除了它们的相对分子质量与空气的相对分子质量接近外，其中NO常温下与氧气反应而变质。

⒉ 金属的分类以密度为标准

⑴ 金属的密度＝某块金属的质量÷该块金属的体积，金属的密度单位：g/mL。

⑵ 冶金工业以4.5g/cm3为标准，大于4.5g/cm3的金属是重金属，小于4.5g/cm3的金属是轻金属。

⑶ 按冶金工业标准分类：钠、镁、铝是轻金属，铁、铜是重金属。

⑷ 金属的密度之最：密度最大的金属：锇（Os）：22.48g/cm3；密度最小的金属：锂（Li）：0.53g/cm3，金的密度：19.32g/cm3，属于常见金属中密度大的金属。

⒊ 物质的存放应用密度

⑴ 液封法保存化学药品的原理是利用液态保护试剂与被保护药品不反应且比被保护药品密度小的原理。

⑵ 碱金属都可以保存在液态石蜡中，碱金属的密度比液态石蜡的密度都大。

⑶ 碱金属（除锂外）可以保存在煤油中，碱金属（除锂外）的密度比煤油的密度大，锂的密度比煤油的小，浮在煤油表面，不能被煤油保护。

⑷ 白磷容易自燃，少量白磷保存在冷水中以隔绝与氧气的接触。

⒋ 混合物的萃取、分液时用到了密度

⑴ 液体的密度＝单位体积的液体所具有的质量，液体的密度单位：g/mL。

⑵ 水的密度是：1g/mL；小于1g/cm3液体有：酒精、氨水、苯、汽油、煤油等；大于1g/cm3液体有：四氯化碳、氯仿、硫酸、硝酸等。

⑶ 碘水中的碘用苯来萃取后的现象是：上层是紫红色的碘的苯溶液，下层是近乎无色的水层。

⑷ 碘水中的碘用四氯化碳来萃取后的现象是：上层是近乎无色的水层，下层是紫红色的碘的四氯化碳溶液。

⑸ 分离水和油，在分液漏斗中充分振荡，油在上层，水在下层；水（密度大的液体）先从下口倒出，油（密度小的液体）再从上口倒出。

⒌ 同一物质不同浓度的溶液混合时溶质的质量分数的范围判断用到密度

⑴ 无论是密度比水大的液体，还是密度比水小的液体，当它们等质量混合时溶质的质量分数ω（混合）＝（ω1+ω2）/2

⑵ 同一物质不同浓度的溶液（溶液密度比水大的液体）当它们等体积混合时溶质的质量分数ω（混合）＞（ω1+ω2）/2，例如：硫酸、硝酸。

⑶ 同一物质不同浓度的溶液（溶液密度比水小的液体）当它们等体积混合时溶质的质量分数ω（混合）＜（ω1+ω2）/2，例如：氨水、乙醇。

⒍ 不同密度的溶液混合时的操作顺序要考虑密度

不同密度的溶液混合时通常是将密度大的液体往密度小的液体里倾倒。

⑴ 浓硫酸稀释时是将浓硫酸往水里倾倒，并不断搅拌。

⑵ 在有机化学中，苯的硝化反应：制备混酸时，是将浓硫酸往浓硝酸中倾倒，并不断搅拌。

⑶ 碘水中的碘用苯来萃取时的操作是：先在分液漏斗中加入苯（萃取剂，密度比水小），然后再加入碘水，振荡、静止、分层、分液、分离（苯层从上口倒出，水层从下口倒出）；碘水中的碘用四氯化碳来萃取时的操作是：先在分液漏斗中加入碘水（密度比四氯化碳小），然后再加入四氯化碳（萃取剂），振荡、静止、分层、分液、分离（水层从上口倒出，四氯化碳层从下口倒出）。

三、密度在生产实际中的应用

⒈ 可鉴别组成物体的材料。

密度是物质的特性之一，每种物质都有一定的密度，不同物质的密度一般是不同。因此我们可以利用密度来鉴别物质。其办法是测定待测物质的密度，把测得的密度和密度表中各种物质的密度进行比较，就可以鉴别物体是什么物质做成的。

⒉ 可计算物体中所含各种物质的成分。

⒊ 可计算某些很难称量的物体的质量或形状比较复杂的物体的体积。

根据密度公式的变形式m＝vρ或v＝m/ρ，可以计算出物体的质量和体积，特别是一些质量和体积不便直接测量的问题。如计算不规则形状物体的体积、纪念碑的质量等。

⒋ 可判定物体是实心还是空心。

利用密度知识解决简单问题如判断物体是否空心用“排除法”解决一些较为复杂的问题。

判定物体是空心的还是实心的一般有以下三种方法

⑴ 根据公式求出其密度，再与该物质密度ρ比较：

若＜ρ则为空心；

若＝ρ为实心。

⑵ 已知质量由公式V＝m/ρ求出V，再与V物比较：

若V物＜V则为空心；

若V＝V物则该物体为实心。

⑶ 把物体当作实心物体对待，利用求出体积为v的实心物体的质量，然后将m与物体实际质量m物比较：

若m＞m物，则该物体为空心；

若m＝m物，则该物体为实心。

⒌ 可计算液体内部压强以及浮力等。

⒍ 采金用到了密度

⑴ 吹尽黄沙始见金，金的密度比黄沙的密度大。

⑵ 应用浮选法采金都是利用金的密度比河床中的泥沙、其他矿物质密度大。

综上所述可见，密度在中学化学、科学研究和生产生活中有着广泛的应用。

对于鉴别未知物质，密度是一个重要的依据。“氩”就是通过计算未知气体的密度发现的。经多次实验后又经光谱分析确认空气中含有一种以前不知道的新气体把它命名为氩。

在农业上可用来判断土壤的肥力，含腐殖质多的土壤肥沃，其密度一般为2.3×10∧3千克/米³。根据密度即可判断土壤的肥力。在选种时可根据种子在水中的沉、浮情况进行选种饱满健壮的种子因密度大而下沉，瘪壳和其他杂草种子由于密度小而浮在水面。

在工业生产上，如淀粉的生产，以土豆为原料，一般来说含淀粉多的土豆密度较大，故通过测定土豆的密度可估计淀粉的产量。又如工厂在铸造金属物之前需估计熔化多少金属可根据模子的容积和金属的密度算出需要的金属量。