# 扩散作用

> CIE IGCSE 化学 · 0620 (2026-2028)
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u1-diffusion/

本指南涵盖CIE IGCSE化学0620考纲中扩散作用的核心概念，包括粒子理论解释、现实世界证据，以及分子质量如何影响扩散速率的拓展内容，搭配面向考试的完整例题解析。

**先修:** [粒子动理论（物质的状态）](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u1-states-of-matter/)

## 学习目标

- 定义扩散作用，并利用粒子动理论对其进行解释
- 描述气体和液体中存在扩散现象的证据
- 解释相对分子质量如何影响扩散速率（仅拓展内容要求）
- 运用扩散相关概念作答结构化考试题

## 核心：扩散的定义

**扩散** — 粒子由于自身的无规则运动，从高浓度区域向低浓度区域沿浓度梯度发生的净移动。

扩散是动力学粒子理论的直接推论：气体、液体以及（运动极慢的）固体中的所有粒子都在进行持续的无规则运动，因此无需外力作用就会扩散开来，填满所有可占据的空间。

**例题:** 一名学生在教室前方喷洒除臭剂，10秒后教室后排的学生就可以闻到除臭剂的气味。请使用扩散原理解释该现象。

1. 识别运动粒子：喷洒释放出的除臭剂气体粒子。
2. 说明浓度梯度：除臭剂在喷洒点附近浓度高，在教室后排浓度低。
3. 联系无规则运动：气体粒子做无规则运动，因此会从高浓度区域扩散到低浓度区域，直到分布均匀。

> **考试提示:** 在解答扩散相关问题时，解释过程中务必提及粒子的无规则运动和浓度梯度，才能拿到全部分数。

## 核心：气体和液体中存在扩散的证据

在使用有色或气味强烈的物质开展的实验中，可以直观观察到扩散现象，这些实验为肉眼无法单独分辨的微小粒子的运动提供了明确证据。

- **气体示例**：将装有红棕色溴蒸气的玻璃瓶倒扣在装有空气的玻璃瓶上方，数分钟后棕色会均匀扩散到两个瓶中，证明气体粒子可以自由扩散。
- **液体示例**：将一小粒紫色高锰酸钾(VII)晶体投入盛水的烧杯中，即使不搅拌，晶体也会慢慢扩散，最终整杯水变为紫色，证明液体中存在扩散现象。

**例题:** 解释为什么扩散在气体中比在液体中快得多。

1. 对比粒子排列和能量：气体粒子的动能远高于液体粒子，粒子之间间距大，几乎不存在吸引力。
2. 对比运动状态：气体粒子可以高速自由运动，而液体粒子间距更小，碰撞更频繁，因此净运动速度更慢。

> **考试提示:** 你不需要背诵特定实验的细节，但必须能够根据给出的实验现象解释扩散过程。

## 拓展内容：扩散速率与相对分子质量

**相对分子质量** — 一个分子中所有原子的相对原子质量之和。分子越轻，其$M_r$值越小。

*记法:* $M_r$

在相同温度下，相对分子质量更小的气体粒子平均运动速度更高，因此比相对分子质量更大的气体粒子扩散更快。这仅为定性比较：质量更小的气体粒子比质量更大的扩散更快。

**例题:** 将氯化氢（$HCl$，$M_r = 36.5$）和氨气（$NH_3$，$M_r = 17$）两种气体从长玻璃管的两端同时释放，两种气体相遇的位置会生成白色的氯化铵环。解释为什么该白色环更靠近玻璃管放置氯化氢的一端。

1. 对比$M_r$值：$NH_3$的$M_r$小于$HCl$，因此$NH_3$分子质量更小。
2. 联系扩散速率：相同温度下，质量更小的$NH_3$粒子比质量更大的$HCl$粒子扩散更快。
3. 解释位置：运动速度更快的$NH_3$在相同时间内可以沿玻璃管运动更远的距离，因此反应发生在更靠近$HCl$的一端。

> **考试提示:** 拓展类题目通常会给出气体的分子式，要求你预测哪种气体扩散更快：首先计算每种气体的$M_r$，然后说明质量更小的气体扩散更快即可。

## 结构化考试作答练习

本主题的考试题通常要求你将扩散相关概念应用到陌生场景中，而不仅仅是背诵定义。作答时请合理组织内容，覆盖所有得分点。

**概念自测**

1. 一名学生将一滴蓝色食用色素滴入盛有温水的烧杯，另一滴滴入盛有冷水的烧杯，食用色素在温水中扩散的速度更快。请解释该现象。

## 常见错误

- **错误做法:** 声称扩散是粒子“移动到有空余空间的地方”，而非沿浓度梯度移动。
  - 原因: 得分点要求提及浓度梯度，而非仅仅提到空余空间。
  - 正确做法: 始终说明粒子是沿浓度梯度从高浓度区域移动到低浓度区域。
- **错误做法:** 认为固体中的扩散速度和液体或气体中的一样快。
  - 原因: 固体中的扩散极其缓慢，因为粒子排列紧密，仅能在固定位置振动。
  - 正确做法: 明确说明可观测的扩散现象仅发生在气体和液体中。
- **错误做法:** （拓展内容）认为更重的分子扩散更快，因为它们动量更大。
  - 原因: 相同温度下，所有气体粒子的平均动能相同，因此质量更小的分子运动速度更快。
  - 正确做法: 将扩散速率直接与相对分子质量关联：$M_r$ 越小，扩散越快。
- **错误做法:** 在解释扩散现象时忘记提及粒子的无规则运动。
  - 原因: 粒子的无规则运动是扩散发生的根本原因，因此在绝大多数分值为2分及以上的题目中，这是一个必填得分点。
  - 正确做法: 在所有扩散相关的解释中都加入“粒子的无规则运动”这一表述。
- **错误做法:** 声称扩散需要细胞或外界来源输入能量。
  - 原因: 扩散是被动过程，由粒子的运动自发发生。
  - 正确做法: 明确说明扩散是被动过程，不需要外界输入能量。

## 速查表

| 概念 | 仅核心内容要求 | 仅拓展内容要求 |
| --- | --- | --- |
| 扩散作用定义 | 粒子由于无规则运动，沿浓度梯度从高浓度向低浓度发生的净移动 | 与核心内容一致，额外要求掌握更小的 $M_r$ 意味着扩散更快（定性描述） |
| 速率比较 | 气体 > 液体 >> 固体 | 相同温度下，$M_r$ 越小，气体扩散越快 |
| 核心得分点 | 浓度梯度、粒子无规则运动 | 所有核心内容得分点，加上 $M_r$ 比较 |
| 常见实验场景 | 溴气扩散、高锰酸钾(VII)在水中的扩散 | 氨气+氯化氢玻璃管实验 |

## 下一步

在掌握CIE IGCSE化学0620考纲中扩散相关的知识点后，你就可以继续学习物质状态单元的后续主题，包括物态变化以及固体、液体、气体的详细性质。理解扩散作用也有助于后续学习其他主题，比如（参加综合科学考试的学习者需要掌握的）物质进出细胞的运动，以及定量化学单元中的气体性质。请务必练习扩散相关题目的结构化作答，这类题目在第3卷（核心）和第4卷（拓展）理论考试中都十分常见，每题分值为2-3分。考前请回顾常见误区部分，避免不必要的失分。

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