初三化学

化学总复习资料

基本概念：

1、化学变化：生成了其它物质的变化

2、物理变化：没有生成其它物质的变化

3、物理性质：不需要发生化学变化就表现出来的性质

(如:颜色、状态、密度、气味、熔点、沸点、硬度、水溶性等)

4、化学性质：物质在化学变化中表现出来的性质

(如:可燃性、助燃性、氧化性、还原性、酸碱性、稳定性等)

5、纯净物：由一种物质组成

6、混合物：由两种或两种以上纯净物组成,各物质都保持原来的性质

7、元素：具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称

8、原子：是在化学变化中的最小粒子，在化学变化中不可再分

9、分子：是保持物质化学性质的最小粒子，在化学变化中可以再分

10、单质：由同种元素组成的纯净物

11、化合物：由不同种元素组成的纯净物

12、氧化物：由两种元素组成的化合物中,其中有一种元素是氧元素

13、化学式：用元素符号来表示物质组成的式子

14、相对原子质量：以一种碳原子的质量的1/12作为标准,其它原子的质量跟它比较所得的值

某原子的相对原子质量=

相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数 (因为原子的质量主要集中在原子核)

15、相对分子质量：化学式中各原子的相对原子质量的总和

16、离子：带有电荷的原子或原子团

17、原子的结构：

原子、离子的关系：

注：在离子里，核电荷数 = 质子数 ≠ 核外电子数

18、四种化学反应基本类型：

①化合反应： 由两种或两种以上物质生成一种物质的反应

如：A + B = AB

②分解反应：由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反应

如：AB = A + B

③置换反应：由一种单质和一种化合物起反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应

如：A + BC = AC + B

④复分解反应：由两种化合物相互交换成分，生成另外两种化合物的反应

如：AB + CD = AD + CB

19、还原反应：在反应中，含氧化合物的氧被夺去的反应(不属于化学的基本反应类型)

氧化反应：物质跟氧发生的化学反应(不属于化学的基本反应类型)

缓慢氧化：进行得很慢的,甚至不容易察觉的氧化反应

自燃：由缓慢氧化而引起的自发燃烧

20、催化剂：在化学变化里能改变其它物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性在化学变化前后都没有变化的物质（注：2H2O2 === 2H2O + O2 ↑ 此反应MnO2是催化剂）

21、质量守恒定律：参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成物质的质量总和。

（反应的前后，原子的数目、种类、质量都不变；元素的种类也不变）

22、溶液：一种或几种物质分散到另一种物质里，形成均一的、稳定的混合物

溶液的组成：溶剂和溶质。（溶质可以是固体、液体或气体；固、气溶于液体时，固、气是溶质，液体是溶剂；两种液体互相溶解时，量多的一种是溶剂，量少的是溶质；当溶液中有水存在时，不论水的量有多少，我们习惯上都把水当成溶剂，其它为溶质。）

23、固体溶解度：在一定温度下，某固态物质在100克溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量，就叫做这种物质在这种溶剂里的溶解度

24、酸：电离时生成的阳离子全部都是氢离子的化合物

如：HCl==H+ + Cl -

HNO3==H+ + NO3-

H2SO4==2H+ + SO42-

碱：电离时生成的阴离子全部都是氢氧根离子的化合物

如：KOH==K+ + OH -

NaOH==Na+ + OH -

Ba(OH)2==Ba2+ + 2OH -

盐：电离时生成金属离子和酸根离子的化合物

如：KNO3==K+ + NO3-

Na2SO4==2Na+ + SO42-

BaCl2==Ba2+ + 2Cl -

25、酸性氧化物（属于非金属氧化物）：凡能跟碱起反应，生成盐和水的氧化物

碱性氧化物（属于金属氧化物）：凡能跟酸起反应，生成盐和水的氧化物

26、结晶水合物：含有结晶水的物质（如：Na2CO3 .10H2O、CuSO4 . 5H2O）

27、潮解：某物质能吸收空气里的水分而变潮的现象

风化：结晶水合物在常温下放在干燥的空气里，

能逐渐失去结晶水而成为粉末的现象

28、燃烧：可燃物跟氧气发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应

燃烧的条件：①可燃物；②氧气(或空气)；③可燃物的温度要达到着火点。

基本知识、理论：

1、空气的成分：氮气占78%, 氧气占21%, 稀有气体占0.94%,

二氧化碳占0.03%,其它气体与杂质占0.03%

2、主要的空气污染物：NO2 、CO、SO2、H2S、NO等物质

3、其它常见气体的化学式：NH3（氨气）、CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、

SO2（二氧化硫）、SO3（三氧化硫）、NO（一氧化氮）、

NO2（二氧化氮）、H2S（硫化氢）、HCl（氯化氢）

4、常见的酸根或离子：SO42-(硫酸根)、NO3-(硝酸根)、CO32-(碳酸根)、ClO3-(氯酸)、

MnO4-(高锰酸根)、MnO42-(锰酸根)、PO43-(磷酸根)、Cl-(氯离子)、

HCO3-(碳酸氢根)、HSO4-(硫酸氢根)、HPO42-(磷酸氢根)、

H2PO4-(磷酸二氢根)、OH-(氢氧根)、HS-(硫氢根)、S2-(硫离子)、

NH4+(铵根或铵离子)、K+(钾离子)、Ca2+(钙离子)、Na+(钠离子)、

Mg2+(镁离子)、Al3+(铝离子)、Zn2+(锌离子)、Fe2+(亚铁离子)、

Fe3+(铁离子)、Cu2+(铜离子)、Ag+(银离子)、Ba2+(钡离子)

各元素或原子团的化合价与上面离子的电荷数相对应：课本P80

一价钾钠氢和银，二价钙镁钡和锌；

一二铜汞二三铁，三价铝来四价硅。（氧-2，氯化物中的氯为 -1，氟-1，溴为-1）

（单质中，元素的化合价为0 ；在化合物里，各元素的化合价的代数和为0）

5、化学式和化合价：

（1）化学式的意义：①宏观意义：a.表示一种物质；

b.表示该物质的元素组成；

②微观意义：a.表示该物质的一个分子；

b.表示该物质的分子构成；

③量的意义：a.表示物质的一个分子中各原子个数比；

b.表示组成物质的各元素质量比。

（2）单质化学式的读写

①直接用元素符号表示的：a.金属单质。如：钾K 铜Cu 银Ag 等；

b.固态非金属。如：碳C 硫S 磷P 等

c.稀有气体。如：氦(气)He 氖(气)Ne 氩(气)Ar等

②多原子构成分子的单质：其分子由几个同种原子构成的就在元素符号右下角写几。

如：每个氧气分子是由2个氧原子构成，则氧气的化学式为O2

双原子分子单质化学式：O2（氧气）、N2（氮气） 、H2（氢气）

F2（氟气）、Cl2（氯气）、Br2（液态溴）

多原子分子单质化学式：臭氧O3等

（3）化合物化学式的读写：先读的后写，后写的先读

①两种元素组成的化合物：读成“某化某”，如：MgO（氧化镁）、NaCl（氯化钠）

②酸根与金属元素组成的化合物：读成“某酸某”，如：KMnO4（高锰酸钾）、K2MnO4（锰酸钾）

MgSO4（硫酸镁）、CaCO3（碳酸钙）

（4）根据化学式判断元素化合价，根据元素化合价写出化合物的化学式：

①判断元素化合价的依据是：化合物中正负化合价代数和为零。

②根据元素化合价写化学式的步骤：

a.按元素化合价正左负右写出元素符号并标出化合价；

b.看元素化合价是否有约数，并约成最简比；

c.交叉对调把已约成最简比的化合价写在元素符号的右下角。

6、课本P73. 要记住这27种元素及符号和名称。

核外电子排布：1-20号元素（要记住元素的名称及原子结构示意图）

排布规律：①每层最多排2n2个电子（n表示层数）

②最外层电子数不超过8个（最外层为第一层不超过2个）

③先排满内层再排外层

注：元素的化学性质取决于最外层电子数

金属元素 原子的最外层电子数<4，易失电子，化学性质活泼。

非金属元素 原子的最外层电子数≥ 4，易得电子，化学性质活泼。

稀有气体元素 原子的最外层有8个电子（He有2个），结构稳定，性质稳定。

7、书写化学方程式的原则：①以客观事实为依据； ②遵循质量守恒定律

书写化学方程式的步骤：“写”、“配”、“注”“等”。

8、酸碱度的表示方法——PH值

说明：（1）PH值=7，溶液呈中性；PH值<7，溶液呈酸性；PH值>7，溶液呈碱性。

（2）PH值越接近0，酸性越强；PH值越接近14，碱性越强；PH值越接近7，溶液的酸、碱性就越弱，越接近中性。

9、金属活动性顺序表：

（钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、锡、铅、氢、铜、汞、银、铂、金）

说明：（1）越左金属活动性就越强，左边的金属可以从右边金属的盐溶液中置换出该金属出来

（2）排在氢左边的金属，可以从酸中置换出氢气；排在氢右边的则不能。

（3）钾、钙、钠三种金属比较活泼，它们直接跟溶液中的水发生反应置换出氢气

10、物质的结构：

11、化学符号的意义及书写:

(1)化学符号的意义:a.元素符号:①表示一种元素；②表示该元素的一个原子。

b．化学式：本知识点的第5点第（1）小点

c．离子符号：表示离子及离子所带的电荷数。

d．化合价符号：表示元素或原子团的化合价。

当符号前面有数字（化合价符号没有数字）时，此时组成符号的意义只表示该种粒子的个数。

(2)化学符号的书写:a.原子的表示方法:用元素符号表示

b．分子的表示方法：用化学式表示

c．离子的表示方法：用离子符号表示

d．化合价的表示方法：用化合价符号表示

注：原子、分子、离子三种粒子个数不只“1”时，只能在符号的前面加，不能在其它地方加。

12、原子、分子、离子、元素和物质（纯净物和混合物）间的关系：

13、

14、制取气体常用的发生装置和收集装置：

发生装置

收集装置

[固（+固）]

[固+液]

简易装置 [固+液] 排水法 向上

排空气法 向下

排空气法

15、三种气体的实验室制法以及它们的区别：

气体 氧气（O2） 氢气（H2） 二氧化碳（CO2）

药品 高锰酸钾（KMnO4）或双氧水（H2O2）和二氧化锰（MnO2）

[固（+固）]或[固+液] 锌粒（Zn）和盐酸（HCl）或稀硫酸（H2SO4）

[固+液] 石灰石（大理石）（CaCO3）和稀盐酸（HCl）

[固+液]

反应原理 2KMnO4 == K2MnO4+MnO2

+O2↑

或2H2O2==== 2H2O+O2↑ Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

仪器装置 P36 图2-17(如14的A)

或P111. 图6-10（14的B或C） P111. 图6-10

(如14的B或C) P111. 图6-10

(如14的B或C)

检验 用带火星的木条,伸进集气瓶,若木条复燃,是氧气；否则不是氧气 点燃木条，伸入瓶内，木条上的火焰熄灭，瓶口火焰呈淡蓝色，则该气体是氢气 通入澄清的石灰水，看是否变浑浊，若浑浊则是CO2。

收集方法 ①排水法(不易溶于水) ②瓶口向上排空气法(密度比空气大) ①排水法(难溶于水) ②瓶口向下排空气法(密度比空气小) ①瓶口向上排空气法

(密度比空气大)

（不能用排水法收集）

验满

(验纯) 用带火星的木条,平放在集气瓶口,若木条复燃,氧气已满,否则没满 <1>用拇指堵住集满氢气的试管口；<2>靠近火焰,移开拇指点火

若“噗”的一声，氢气已纯；若有尖锐的爆鸣声，则氢气不纯 用燃着的木条,平放在集气瓶口,若火焰熄灭,则已满；否则没满

放置 正放 倒放 正放

注意事项 ①检查装置的气密性

(当用第一种药品制取时以下要注意)

②试管口要略向下倾斜(防止凝结在试管口的小水珠倒流入试管底部使试管破裂)

③加热时应先使试管均匀受热，再集中在药品部位加热。

④排水法收集完氧气后,先撤导管后撤酒精灯(防止水槽中的水倒流,使试管破裂) ①检查装置的气密性

②长颈漏斗的管口要插入液面下；

③点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度（空气中，氢气的体积达到总体积的4%—74.2%点燃会爆炸。） ①检查装置的气密性

②长颈漏斗的管口要插入液面下；

③不能用排水法收集

16、一些重要常见气体的性质（物理性质和化学性质）

物质 物理性质

(通常状况下) 化学性质 用途

氧气

（O2） 无色无味的气体,不易溶于水,密度比空气略大

①C + O2==CO2（发出白光，放出热量）

1、 供呼吸

2、 炼钢

3、 气焊

（注：O2具有助燃性，但不具有可燃性，不能燃烧。）

②S + O2 ==SO2 （空气中—淡蓝色火

焰；氧气中—紫蓝色火焰）

③4P + 5O2 == 2P2O5 （产生白烟，生成白色固体P2O5）

④3Fe + 2O2 == Fe3O4 （剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体）

⑤蜡烛在氧气中燃烧，发出白光，放出热量

氢气

（H2） 无色无味的气体，难溶于水，密度比空气小，是最轻的气体。 ① 可燃性：

2H2 + O2 ==== 2H2O

H2 + Cl2 ==== 2HCl 1、填充气、飞舰（密度比空气小）

2、合成氨、制盐酸

3、气焊、气割（可燃性）4、提炼金属（还原性）

② 还原性：

H2 + CuO === Cu + H2O

3H2 + WO3 === W + 3H2O

3H2 + Fe2O3 == 2Fe + 3H2O

二氧化碳（CO2） 无色无味的气体，密度大于空气，能溶于水，固体的CO2叫“干冰”。 CO2 + H2O ==H2CO3（酸性）

（H2CO3 === H2O + CO2↑）（不稳定）

1、用于灭火（应用其不可燃烧，也不支持燃烧的性质）

2、制饮料、化肥和纯碱

CO2 + Ca(OH)2 ==CaCO3↓+H2O（鉴别CO2）

CO2 +2NaOH==Na2CO3 + H2O

氧化性：CO2 + C == 2CO

CaCO3 == CaO + CO2↑（工业制CO2）

一氧化碳（CO） 无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水，有毒气体 ①可燃性：2CO + O2 == 2CO2

（火焰呈蓝色，放出大量的热，可作气体燃料） 1、 作燃料

2、 冶炼金属

②还原性：

CO + CuO === Cu + CO2

3CO + WO3 === W + 3CO2

3CO + Fe2O3 == 2Fe + 3CO2

（跟血液中血红蛋白结合，破坏血液输氧的能力）

解题技巧和说明：

一、 推断题解题技巧：看其颜色，观其状态，察其变化，初代验之，验而得之。

1、 常见物质的颜色：多数气体为无色，多数固体化合物为白色，多数溶液为无色。

2、 一些特殊物质的颜色：

黑色：MnO2、CuO、Fe3O4、C、FeS（硫化亚铁）

蓝色：CuSO4•5H2O、Cu(OH)2、CuCO3、含Cu2+ 溶液、

液态固态O2（淡蓝色）

红色：Cu（亮红色）、Fe2O3（红棕色）、红磷（暗红色）

黄色：硫磺（单质S）、含Fe3+ 的溶液（棕黄色）

绿色：FeSO4•7H2O、含Fe2+ 的溶液（浅绿色）、碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]

无色气体：N2、CO2、CO、O2、H2、CH4

有色气体：Cl2（黄绿色）、NO2（红棕色）

有刺激性气味的气体：NH3(此气体可使湿润pH试纸变蓝色)、SO2

有臭鸡蛋气味：H2S

3、 常见一些变化的判断：

① 白色沉淀且不溶于稀硝酸或酸的物质有：BaSO4、AgCl（就这两种物质）

② 蓝色沉淀：Cu(OH)2、CuCO3

③ 红褐色沉淀：Fe(OH)3

Fe(OH)2为白色絮状沉淀，但在空气中很快变成灰绿色沉淀，再变成Fe(OH)3红褐色沉淀

④沉淀能溶于酸并且有气体（CO2）放出的：不溶的碳酸盐

⑤沉淀能溶于酸但没气体放出的：不溶的碱

4、 酸和对应的酸性氧化物的联系：

① 酸性氧化物和酸都可跟碱反应生成盐和水：

CO2 + 2NaOH == Na2CO3 + H2O（H2CO3 + 2NaOH == Na2CO3 + 2H2O）

SO2 + 2KOH == K2SO3 + H2O

H2SO3 + 2KOH == K2SO3 + 2H2O

SO3 + 2NaOH == Na2SO4 + H2O

H2SO4 + 2NaOH == Na2SO4 + 2H2O

② 酸性氧化物跟水反应生成对应的酸：（各元素的化合价不变）

CO2 + H20 == H2CO3 SO2 + H2O == H2SO3

SO3 + H2O == H2SO4 N205 + H2O == 2HNO3

(说明这些酸性氧化物气体都能使湿润pH试纸变红色)

5、 碱和对应的碱性氧化物的联系：

① 碱性氧化物和碱都可跟酸反应生成盐和水：

CuO + 2HCl == CuCl2 + H2O

Cu(OH)2 + 2HCl == CuCl2 + 2H2O

CaO + 2HCl == CaCl2 + H2O

Ca(OH)2 + 2HCl == CaCl2 + 2H2O

②碱性氧化物跟水反应生成对应的碱：（生成的碱一定是可溶于水，否则不能发生此反应）

K2O + H2O == 2KOH Na2O +H2O == 2NaOH

BaO + H2O == Ba(OH)2 CaO + H2O == Ca(OH)2

③不溶性碱加热会分解出对应的氧化物和水：

Mg(OH)2 == MgO + H2O Cu(OH)2 == CuO + H2O

2Fe(OH)3 == Fe2O3 + 3H2O 2Al(OH)3 == Al2O3 + 3H2O

二、 解实验题：看清题目要求是什么，要做的是什么，这样做的目的是什么。

（一）、实验用到的气体要求是比较纯净，除去常见杂质具体方法：

① 除水蒸气可用：浓流酸、CaCl2固体、碱石灰、无水CuSO4(并且可以检验杂

质中有无水蒸气，有则颜色由白色→蓝色)、生石灰等

② 除CO2可用：澄清石灰水（可检验出杂质中有无CO2）、NaOH溶液、

KOH溶液、碱石灰等

③ 除HCl气体可用：AgNO3溶液（可检验出杂质中有无HCl）、石灰水、

NaOH溶液、KOH溶液

除气体杂质的原则：用某物质吸收杂质或跟杂质反应，但不能吸收或跟有效成份反应，或者生成新的杂质。

（二）、实验注意的地方：

①防爆炸：点燃可燃性气体（如H2、CO、CH4）或用CO、H2还原CuO、Fe2O3之前，要检验气体纯度。

②防暴沸：稀释浓硫酸时，将浓硫酸倒入水中，不能把水倒入浓硫酸中。

③防中毒：进行有关有毒气体（如：CO、SO2、NO2）的性质实验时，在

通风厨中进行；并要注意尾气的处理：CO点燃烧掉；

SO2、NO2用碱液吸收。

④防倒吸：加热法制取并用排水法收集气体，要注意熄灯顺序。

（三）、常见意外事故的处理：

①酸流到桌上，用NaHCO3冲洗；碱流到桌上，用稀醋酸冲洗。

② 沾到皮肤或衣物上：

Ⅰ、酸先用水冲洗，再用3 - 5% NaHCO3冲洗；

Ⅱ、碱用水冲洗，再涂上硼酸；

Ⅲ、浓硫酸应先用抹布擦去，再做第Ⅰ步。

（四）、实验室制取三大气体中常见的要除的杂质：

1、制O2要除的杂质：水蒸气（H2O）

2、用盐酸和锌粒制H2要除的杂质：水蒸气（H2O）、氯化氢气体（HCl，盐酸酸雾）（用稀硫酸没此杂质）

3、制CO2要除的杂质：水蒸气（H2O）、氯化氢气体（HCl）

除水蒸气的试剂：浓流酸、CaCl2固体、碱石灰（主要成份是NaOH和CaO）、生石灰、无水CuSO4(并且可以检验杂质中有无水蒸气，有则颜色由白色→蓝色)等

除HCl气体的试剂：AgNO3溶液（并可检验出杂质中有无HCl）、澄清石灰水、NaOH溶液（或固体）、KOH溶液（或固体）

[生石灰、碱石灰也可以跟HCl气体反应]

（五）、常用实验方法来验证混合气体里含有某种气体

1、有CO的验证方法：（先验证混合气体中是否有CO2，有则先除掉）

将混合气体通入灼热的CuO，再将经过灼热的CuO的混合气体通入澄清石灰水。现象：黑色CuO变成红色，且澄清石灰水要变浑浊。

2、有H2的验证方法：（先验证混合气体中是否有水份，有则先除掉）

将混合气体通入灼热的CuO，再将经过灼热的CuO的混合气体通入盛有无水CuSO4中。现象：黑色CuO变成红色，且无水CuSO4变蓝色。

3、有CO2的验证方法：将混合气体通入澄清石灰水。现象：澄清石灰水变浑浊。

（六）、自设计实验

1、 试设计一个实验证明蜡烛中含有碳氢两种元素。

实验步骤 实验现象 结论

①将蜡烛点燃，在火焰上方罩一个干燥洁净的烧杯 烧杯内壁有小水珠生成 证明蜡烛有氢元素

②在蜡烛火焰上方罩一个蘸有澄清石灰水的烧杯 澄清石灰水变浑浊 证明蜡烛有碳元素

2、试设计一个实验来证明CO2具有不支持燃烧和密度比空气大的性质。

实验步骤 实验现象 结论 图

把两支蜡烛放到具有阶梯的架上，把此架放在烧杯里（如图），点燃蜡烛，再沿烧杯壁倾倒CO2 阶梯下层的蜡烛先灭，上层的后灭。 证明CO2具有不支持燃烧和密度比空气大的性质

三、解计算题：

计算题的类型有：①有关质量分数（元素和溶质）的计算

②根据化学方程式进行计算

③由①和②两种类型混合在一起计算

（一）、溶液中溶质质量分数的计算

溶质质量分数 = ╳ 100%

（二）、化合物（纯净物）中某元素质量分数的计算

某元素质量分数= ╳ 100%

（三）、混合物中某化合物的质量分数计算

化合物的质量分数= ╳ 100%

（四）、混合物中某元素质量分数的计算

某元素质量分数= ╳ 100%

或：某元素质量分数= 化合物的质量分数 ╳ 该元素在化合物中的质量分数

（五）、解题技巧

1、审题：看清题目的要求，已知什么，求什么，有化学方程式的先写出化学方程式。找出解此题的有关公式。

2、根据化学方程式计算的解题步骤：

①设未知量

②书写出正确的化学方程式

③写出有关物质的相对分子质量、已知量、未知量

④列出比例式，求解

⑤答。

我们人类是三维空间的生物，无法在直觉上理解 四维空间（four-dimensional space） 存在的样子。数学中，四维空间是标准欧几里得空间（Euclidean space），理论上可以拓展到N维度。根据题意，除特别说明外，下文讨论的四维空间是指欧几里得空间，以区别于闽可夫斯基空间（Minkowski space）。

科学家通过一维、二维、三维空间的演变，提出了关于四维空间的猜想。零维是一个点，任何方向上都没有长度。一维是由无数的点组成的一条线，只有长度没有宽度和高度。二维是由无数线条组成面，有长短和宽度，但无高度。三维是无数的面组成的体，有长、宽和高度。那么四维呢？四维是想象以四个相互垂直的维度所构成的空间（真让人头疼）。

一、四维空间有何特点？

从低维度现实世界的体验中，我们可以想像，假设一个生活在二维世界的人，他的经验中世界只有前后和左右两个维度。如果一个三维的球体正好穿过这个二维世界。二维人会在他的世界里看到一个圆。他可以围着圆走一圈，测量这个圆的周长，但他不能直观感知球体的体积。在球体穿过二维平面的整个过程中，二维人会看到一个圆出现、变大、再变小，最后消失。 通过类比，我们可以想像一个四维的球体穿过三维空间的一幕：我们同样会看见一个三维的球体出现、变大、再变小直到消失。

显然，低维度空间是高维度空间的一个投影，或者是一个截面。而我们人类很可能就是四维空间在三维空间的全息投影。

在谈到四维空间概念时， 中科院国家天文台研究员李然博士认为， 当我们说“看到”时，实际上并不严谨。我们所在的世界膜（理论物理学家将我们的三维空间加一维时间称为世界膜，它镶嵌在一个更高维度的超体bulk中）中的核力、弱力和电磁力都不能够离开三维空间进入高维。在三维空间，我们用一束光（电磁波）照射物体时，可以通过反射的电磁波看到这个物体。但在四维空间的物体既不能反射电磁波，也不能发射电磁波，我们根本无法看见它。唯一被认为能够和四维（或更高维）度空间的物体相互作用的就是引力。

当一个四维物体穿过我们的三维世界时，我们只能通过它的引力效应感知它。电影《星际穿越》（Interstellar）中NASA团队成员都注意到了各种引力异常情况，这就是高维度文明在帮助地球人过程中引起的引力效应。

比如，我们的三维世界里，引力与距离的平方成反比例。距离太阳是地球两倍远的行星，感受到的太阳引力只有地球的1/4。然而如果我们的空间有第四个平直的维度，那么引力场强度就会随距离的三次方下降，木星、土星都不能被太阳的引力束缚而逸出太阳系。但科学家仍然相信四维（或更高维）度空间确实存在，只不过它们在微观尺度上卷曲，这种卷曲可以避免引力场发散的问题。

二、四维空间在哪里？

物理学家 霍金（Stephen W. Hawking） 曾在剑桥大学作关于“万物论”（Theory of everything）的演讲时设问，如果我们这个三维世界以外的所有额外的维度确实存在，那我们为什么毫无察觉呢？为什么我们所看到的只是三维空间？

对此的解释是，四维（或更高维）度均弯曲在范围极小的空间内，其尺度大约只有100万亿亿亿分之一英寸。这样的尺度实在太小，以至于无法被我们所察觉。我们所看到的只是三维空间，按照宇宙学原理，宇宙的三维空间在大尺度上是各向同性和几乎平直的。这好比橙子的表皮：如果近距离观察，整个表皮是有弯曲的，而且布满皱纹；然而从远处看，就看不到那些隆起的结构，显得很平滑。 对于空间而言情况也是一样，在微小的尺度上它是四维（或更高维）度的，而且高度弯曲。但在较大尺度上，我们看不到弯曲，或者说看不到额外的维度。

四维和更高维度空间可以通过数学理论构建。量子力学中，空间是多维度的，N维就是两个以上N-1维物体垂直所形成的空间。 因此我们可以说，四维空间只能存在于当今最前沿的弦理论的数学方程之中。而弦理论又预测了更多种维度模式的存在，据说至少存在第11维。

三、一个四维空间的超体——克莱因瓶

说到四维空间，不得不提及德国数学家 克莱因（Felix Klein） ，他曾在理论上构思出了一个特殊的四维空间的物体，被称为 克莱因瓶（Klein bottle）。 这是拓扑学研究的典型空间之一，它展现为一个在四维空间中才能正真表现出来的曲面。这个像球面那样的封闭空间没有“边”，且只有一个“面”。它的截面是一个 莫比乌斯带（Mobius band） 。如果在四维空间里，把两条莫比乌斯带沿着它们唯一的边粘合起来，就可以得到一个克莱因瓶。

根据拓扑学理论，莫比乌斯带可以嵌入我们的三维空间，而克莱因瓶只能嵌入四维（或更高维）空间。从维基上了解到，数学家们宣称已经解出了克莱因瓶曲面的数学表达式。

理论物理学家认为，克莱因瓶在我们的三维空间中无法制作出来，它是一个没有“边界”、没有“内部”、没有“外部”且只有一个“面”的连续曲面，被喻为永远装不满水的瓶子。

由于四维空间不能进入我们所在的三维空间，所以凡是可以画出或制作出来的克莱因瓶都是其四维空间在三维空间的投影。换言之，四维的克莱因瓶不能存在于三维中。

四、为什么四维空间既小又卷曲呢？

上述讨论又引出了另一个问题。为什么四维（或更高维）度空间应该卷曲成一个个小球状，而不是所有的维度都是如此呢？霍金认为，极早期宇宙中所有维度都应当是高度弯曲的，那为什么三维空间展平了，而其它维度仍维持紧紧卷曲状态呢？

迄今，科学并无答案，或者说一个可能的答案是 人择原理（Anthropic principle） 。为了发展出像人类这样复杂生命，二维空间显得不够用，而大于三维的空间则星系处于不稳定状态而面临分崩离析。因此，至少我们所知的生命，显然只能存在于稳定的时空区域之中，即有三维空间加上一维时间，而且都不会因卷曲而变得太小。

弦理论确实能够导出并容许我们区域的存在。宇宙中很可能还存在其它的区域，其维度都卷曲得很小很小，但此类区域中不会有智慧生命存在。

现在虽然还不能证明存在四维（或更高维）空间的猜想是准确的，但科学理论有很多是由猜想开始的。

（谢谢阅读）

怎么证明四维空间是存在的，这是一个很有意思都问题，因为这即是宗教、哲学问题也是科学问题。

其实四维空间并不难证明，很多人总想用科学来证明四维空间的存在，却总是难以证明，为何？因为他们忽略了人的实证性。所以到目前为止，这个世界上对四维与多维空间问题解释最清楚的不是科学，而是佛教的实证。关于这一点，许多物理学家、量子学家等科学家们都不得不承认，并就此问题写过一些专题论文。

譬如说一个人肚子疼，但是医生与医疗器械都检查不出原因，难道说这个人的肚子疼就是假的吗？不能，因为疼痛感已经被人实证了！所以证明四维空间是否存在，不一定需要所谓的数学与物理学等方式来证明，而需要用人的自我实证来证明。几乎每个人都证明过四维空间的存在，只是人们没有意识到而已。我下面举一个例子。

几乎每个人都在梦中看到过不同的人或物，体验过不用的事件，但是人在梦中是睡眠状态，眼睛也是闭着的，为何梦中还会看到东西呢？其实梦中的眼睛就是四维甚至是多维的具体表现，是心意识的一种反映。

很多人会说做梦那是虚幻不实的，那是假相，其实人及人的一切活动都是能量的生住异灭的过程，都是变幻不定的，都是虚假的。如果把人类的百年生死过程放在高维宇宙的视野来观察，恐怕连一瞬间都算不上。实际上人类的活动和做梦在本质上并没有什么不同，梦也是一种能量的变异过程。所以佛家说：“一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观。”

梦中的眼睛，是人在睡眠中不知不觉地摆脱了眼耳鼻舌身的束缚以后，出现了类似于禅定的状态，而使心意识进入到了不同维度中后的体验。

另外，很多人把时间看成是维度，这是不正确的看法，在高维当中是不存在过去、现在与未来的，最根本的维度是去一切幻相的，连维度本身也不存在，更何况时间。

先给答案：

空间维度，属于数学范畴，是测量与统计术语，与科学发现无关。四维空间只是几何模型，与真实存在无关。

本文是笔者 On Space 的主要观点，重点是严格区别“物理空间思维”与“数学空间思维”。

关于空间的多语境认知

关于空间，从古至今，人类已经积累了不断进步的认知，仍有待于进一步科学研究。

根据现代物理科学的研究成果，笔者认为，空间是真实存在的最简单的最复杂的物质范畴。

空间，是多语境的理念(idea)，主要表现为四类空间：①器官的感性空间、②哲学的辩证空间、③物理的真实空间、④数学的抽象空间。

人类器官的感性空间

空间，之所以得名，是因为很多人凭视觉与直觉(类比推理)认为，实体之间的区域是绝对虚空而无任何物质，即：感性空间≈虚无空间。

英文space：[sp]是词根spect,spic(see/看)的简写；[ace]是后缀ate(state/状态)的变体。字面意思≈空间是放眼外界无限延伸的范围。

就生存的朴素要求而言，感性空间≈虚无空间，这样的理念有一定可取之处。

例如，抽真空的空心铁球，说真空质量≡0是无可非议的，不必“书生气十足”去斤斤计较。

哲学领域的辩证空间

以笔者阅历总结，有三个最典型的哲学空间，①道家的“四大皆空说”，②佛家的“色空亦空说”，③马哲的“空间物质说”。

道家“四大皆空说”的空间哲学

大致意思是，万千世界的运化，既来自于空，所谓“聚则成器”；又回归于空，所谓“散则成气(炁)”。炁，就是科学研究的空间。

笔者认为，“聚则成器·散则成气”的空间观是大智慧，是极为珍贵的宇宙观，简直与现代物理实验的科学诠释，不谋而合。

佛家的“色空亦空说”的空间哲学

色空亦空的色，是形形色色的有形物质，是看得见摸得着的实实在在的东西。

色空亦空的空，是隐隐约约的无形物质，是看不见摸不着的凭心悟证的东西。

佛家弟子有所谓的“骷髅功”，说在静坐修炼时，可以用意念悟见自骨骼呈透明空间。

意念果真有如此强大的功力？按物理学，唯有超高频电磁波可任意穿越骨骼，仿佛骨骼的内空间空空如也。

意念能辐射高频波？或许我们并不排除骷髅功出现了走火入魔之幻觉？读者咋看？

不过，根据电子湮灭反应而言，佛家弟子色空亦空的空间哲学，至少是“歪打正着”吧？

马哲的“空间物质说”的空间哲学

马克思主义的唯物辩证法认为，世界是存在的，存在是物质的，物质是运动的。既然空间也是存在，空间就是物质的，也是运动的。

马哲的“空间物质说”，可见证于物质不灭与能量守恒法则，其严密逻辑是毋容置疑的。

有人或许不以为然。笔者提醒的是：

既然承认空间是存在的，就得承认空间不是虚无；既然承认空间不是虚无，就得承认空间是物质；既然承认空间是物质，就得承认空间是运动的。物质与虚无，二者必居其一 。

由此可见，马哲演绎的“空间物质论”，至少在形式逻辑上，是无懈可击的。

物理科学的真实空间

物理科学的真实空间，简称 物理空间 ，是没有亚原子存在的真空场介质空间，即 场空间。

记住两句话： 物理空间≡理性空间≡真实空间。 数学空间≡理想空间≡抽象空间。

以下分五个方面，解释真实空间的表现方式。

1. 关于麦克斯韦方程组

真空不空，真空场有零点能，早已成为科学界的共识。真空是场介质，在麦克斯韦方程组表现为电容率(ε₀)、磁导率(μ₀)、位移电流(J)。

根据光速定义：c=1/√(ε₀μ₀)，光速是真空场的固有特性，是处处以光速震荡的介质，而不是20世纪前的绝对静止的以太(aether)。

2. 关于卡西米尔效应 (Caximer Effect)

早在1947年，卡西米尔效应已证实，真空场可激发电磁波，有卡西米尔效应力( F=-Cπ/R² )，证明： 真实 空间≠几何空间！

笔者认为，卡西米尔力的本质，是电子以光速自旋扰动场空间所激发的引力波，与电子自旋的强作用之向心力相反的反作用力，即：

F(strong)=-F(casimer)，

m₀c²/R=-Cπ/R²...(1)

其中，R是真空腔的厚度或真空场半径，C是卡西米尔效应系数，取决于电子自旋运动激发引力波的场半径大小。

即： C=(m₀c²/π)R=2.6×10⁻¹⁴R...(2)

3. 关于正负电子湮灭反应的本质

根据正负电子湮灭反应，电子发生器释放在真空管中的光电子(e⁻或e↓)被置入互为反向的强磁场，有一个电子颠倒了南北极，变成正电子(e⁺或e↑)，当正负电子分别被加速到光速时，设法将二者碰撞，即可发生湮灭效应：

e↓+e↑+2×½m₀c²≡γ↓+γ↑+2hc/λ₀...(3)

湮灭的本质是电子急剧膨胀为场量子(引力子兼光量子)，实物质与场介质之间发生突变，其中：

电子质量↹场量子质量，电子的自旋势能↹引力子自旋势能，电子动能↹光子辐射动能。

显然，电子的湮灭反应，证实了“聚则成器·散则成气”与“色空亦空”的哲学空间。

4. 关于原子光谱的超精细结构

原子光谱超精细结构分布的实验表明，物质所含原子的外空间，都毫无空隙的充满了不同频率的电磁波。

就充满性而言，不妨可以把存放电磁波或场介质的“ 容器性空间 ”看作“ 场介质空间 ”。

5. 关于实体的内空间与外空间

通常我们认为，宏观物体有原子构成，原子有微观的核外电子与原子核构成，原子核有夸克环与缪核构成。

按独立存在之物质观，核子的夸克环可以是核内电子，缪核可以是最高密度的场介质。因为夸克、胶子与缪子只是不能独立存在的理论模型。

而正电子不过是颠倒南北极的电子而已。按这个逻辑，物质的终极成分只有电子与场介质。

先有实验表明，电子是不可再分的，电子的内空间是唯一的高密度场介质，即“色亦空”。

不难理解：核子内空间是最高密度的场，电子内空间是次最密度的场，原子内空间是高密度的场，分子内空间是较高密度的场。

不难理解：场密度(ρ=m/4.2R³)与场半径R有急剧递弱的立方反比效应。

每个原子，都有自己独立存在的内空间与外空间。原子由于电子高速绕轨与抗简并压而具有特定的封闭性，因而可以是一个封闭的真空腔。

原子的外空间，是充满原子光谱超精细结构的“ 光子云空间 ”，原子有引力场的 自空间 。

物理空间的基本性质

从上述基本事实，我们可以总结出物理空间的九个基本性质，作为空间观的基本原则。

性质1：场空间的私有性

实体都有自己的内空间与外空间。例如，电子有以光速自旋的内空间与引力场的外空间。

同理，质子有自己的内空间与外空间；地球、月球与太阳各自都有自己的内空间与外空间。

性质2：场空间的公有性

任意的某个空间区域，有各个实体的私有空间，并在该区域形成一个叠加空间。

例如，氕原子内空间是电子场与质子场的叠加空间。氧分子内空间是氧原子的叠加空间。

地球辐射带空间，是月球场、火星场、太阳场、北极星场...的叠加空间。

性质3：场 空间的随动性

地球大气层的空间，随着地球一同自转一同旋转，不可能只是空气分子跟着运动。

封闭车厢的内空间，随着列车一同前行与一同转弯，不可能只是空气分子跟着运动。

封闭原子的内空间，随着原子一同翻滚于一同震荡，不可能只是电子核子跟着运动。

封闭核子的内空间，随着核子一同翻滚与一同震荡，不可能只是核内电子跟着运动。

核外电子随子弹一同运动，子弹扰动叠加空间而激发的电磁波频率，取决于电子随动速度：

½mv²=(m/m₀)hc/λ...(4)， λ=2hc/m₀v²...(5)

性质4：场空间的吸能性

根据引力势能Ep=GMm/R与熵增加原理，高能态向低能态发散，有：场半径R越大，场势能越小，真空度越大，故吸能越多。例如：

电子绕核高速运动的动能处于高能态，在扰动空间的同时，被真空场吸收为辐射动能。

离心泵高速旋转，内部形成局部真空区，处于引导管高能态的水被低能态真空区吸引上来。

直升机机翼旋转，机翼上方局部真空区处于低能态，把高能态飞机吸引上来。

性质5：场空间的载波性

电子以光速自旋运动，扰动场空间，辐射引力波，可以理解为场空间承载了引力波。

电子以高速绕核运动，扰动场空间，辐射电磁波，可以理解为场空间承载了电磁波。

琴弦以速度v震荡，其实是电子以v随动而扰动场空间激发电磁波声子，声子与激元依次互激发，场空间既承载了超低频电磁波(光学支)，又承载了机械波(声学支)。

有人说，核外电子跃迁运动，会释放光子或电磁波，但无法解释自由电子也会激发电磁波。

性质6：场空间的传力性

把光行程时空方程： r=ct...(6)

代入万有引力方程： F=GMm/r²...(7)

有时间版引力方程： F=GMm/c²t²...(8)

显然，物体引力场传播，与场半径平方(r²)成反比，与场推涌时间平方(t²)成反比。

有人说，万有引力定律有超距作用，这是不求甚解，想一想：什么叫距离平方反比效应？

事实上，任何方式的力与能与波的传播，都必须以场空间作为传播载体，否则才是超距论。

性质7：场空间的熵增性

根据引力方程(7)，天体的引力与场空间所辐射的引力波，由于与场空间半径平方反比效应，若不考虑其它天体场的干扰，其场密度急剧下降，引力波频率急剧降低，场空间温度急剧下降，此称场空间的熵增性或“ 降频红移 ”。

性质8 ：场空间的熵减性

逆向分析引力方程(7)，越是接近某个天体，与外来叠加的场密度与引力波频率会急剧增加，此称场空间的熵减性或“ 升频蓝移 ”。

性质9：场空间的有效性

理论上，某个天体或粒子的引力场半径似乎是无限延伸的，其实不然。有两个要点：

其一，某个独立天体或粒子的场空间不可能延伸到绝对零度，否则场介质就会绝对静止。

其二，场空间总是多天体或多粒子的叠加空间，当某个天体或粒子的场半径延伸到足够远时，其场强就不如其它天体或粒子的场强。

就“地球·太阳”的二体问题而言，有五个拉格朗日平衡点(L1~L5)与希尔球区域。若地球场半径远超平衡点，则地球引力场可忽略不计。

数学领域的抽象空间

数学空间，也叫几何空间，是以坐标系空间做为测量基准。坐标原点是测量基准零点，坐标轴的个数即维度。

常见低维空间：一维空间≡直线坐标系，二维空间≡平面坐标系，三维空间≡立体坐标系，

常见高维空间：四维空间≡旋转三维坐标系，五维空间≡伸扭三维坐标系。

为什么“几何空间≡抽象空间≠真实空间”？

大家想一想，现实世界究竟是否存在——无体积的几何零点、无粗细的几何直线、无厚薄的几何平面、无形变的几何球体？

费米子很小、类星体很远.......故可以近似或抽象为质点，但它们依然是有体积的。

电磁波很细、电力线很细......故可以近似或抽象为直线，但它们依然是有截面积的。

太阳像球体、电子像球体......故可以近似或抽象为球体，但它们依然是有南北极的苹果

---