虚拟实验室
93 个实验在三维空间中做化学实验：改变条件，观察现象，并读懂背后的数据。
普通化学 (7)
无机化学 (10)
金属活动顺序：锌与铜把锌片浸入蓝色硫酸铜溶液，观察红色铜析出的同时蓝色逐渐褪去。电解水制取氢气在水中加入少量氢氧化钠，接通电流，收集到的氢气是氧气的两倍。铁为什么会生锈：铁钉上的腐蚀电池在潮湿空气中比较裸铁、镀锌铁和涂漆铁，认识锈蚀的电化学本质。氯化铜(II)溶液的电解让电流通过 溶液：铜在阴极析出，氯气在阳极冒泡。焰色试验：金属离子的颜色把盐放进本生灯火焰中，通过火焰颜色识别金属。为什么铜(II)配合物会变色在 、 与 之间切换，并把每种颜色与配体场分裂能 \Delta} 联系起来。搭建晶体：晶胞与堆积旋转六种晶体结构，数出每个晶胞的原子数，并比较堆积的紧密程度。晶体结构探索：金属与盐旋转简单立方、体心立方、面心立方、NaCl、CsCl 和金刚石型晶胞，数原子并比较真实材料的堆积。沉淀与溶度积混合硝酸铅与碘化钾溶液，观察黄色碘化铅，并联系沉淀生成与 Q、Ksp 的大小关系。晶体生长：晶胞堆积与空位逐个堆积 CsCl 型晶胞，再随机移去离子，观察空位如何破坏完美的周期性。
有机化学 (9)
燃烧烃类：化学变化的标志依次点燃甲烷、乙烯、乙炔和苯，比较每种燃料的火焰和产物。酯化反应：制备乙酸乙酯追踪乙酸与乙醇在酸催化平衡反应中生成乙酸乙酯和水的原子级变化。可旋转的异构体：同式不同分子在一个可旋转场景中观察三对异构体—— 碳链异构体、顺反 和 对映体。回流法合成酯在直立冷凝管下加热羧酸与醇：蒸气冷凝并流回烧瓶，挥发性试剂可长时间沸腾而不损失。皂化：把油脂变成肥皂用氢氧化钠加热油脂，观察甘油三酯分解为甘油和脂肪酸盐——肥皂，再由饱和盐溶液使其析出。分子三维构型：电子对说了算从直线形 到八面体 ，对所有 AXₙEₘ 骨架开关孤对电子，观察键角被压缩。杂化轨道与电子离域在 3D 中渲染 sp、sp²、sp³ 波瓣，并将每种杂化与几何构型、共振及立体异构中的 CIP 意义联系起来。SN1 对 SN2：时机决定一切逐步观察协同 SN2 路径与两步 SN1 路径，再预测各种卤代烃偏好哪种机理。Diels–Alder：六电子一个环跟踪丁二烯与乙烯的协同 [4+2] 环加成，考察内型规则，并逆向观察逆反应。
分析化学 (10)
pH 滴定与缓冲区间用 NaOH 滴定乙酸，观察曲线在 共轭对缓冲 pH 处变平——半当量点时 pH = pKa。叶片色素的色谱分离将绿叶色素分离为彩色谱带，并将其迁移距离与溶剂前沿比较。定性分析：金属阳离子的焰色将氯化物盐喷入火焰：每种阳离子发出特征颜色，Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Cu²⁺ 的焰色表即成为定性检验。铁(II)的高锰酸钾滴定用 KMnO₄ 滴定酸化的 Fe²⁺ 溶液：紫色氧化剂自身即指示剂，滴定曲线在当量点处出现陡峭突跃。用指示剂做酸碱滴定用滴定管把 NaOH 滴入酸中，观察指示剂在化学计量点附近变色。硅胶柱色谱装填硅胶柱并洗脱二茂铁、乙酰基二茂铁和一种极性杂质的混合物：因各组分在硅胶与流动相之间的分配不同而分离成色带。以 BaSO₄ 形式重量法测定硫酸根用氯化钡定量沉淀硫酸根，再过滤、灼烧并称量 BaSO₄：纯净的化学计量固体的质量可推出样品中硫酸根的含量。解读质谱中的同位素峰型比较含氯与含溴化合物的 M/M+2 峰型特征，推断分子含哪种卤素及几个卤原子。由红外光谱鉴定未知物五种常见溶剂的未标注光谱：找出诊断吸收带，推断官能团并命名化合物。朗伯–比尔定律：UV-Vis 吸光度校准测量 KMnO₄ 溶液吸光度随浓度和光程的线性增长，然后从校准直线直接读取未知浓度。
物理化学 (12)
丁达尔效应：是溶液还是胶体？让细光束分别通过水和胶体溶胶：只有胶体显示发光路径——检验粒径在 1 nm 到 1 μm 之间的经典方法。配制乙酸盐缓冲液混合乙酸与乙酸钠，观察 pH 如 Henderson–Hasselbalch 所预测稳定在 pKa = 4.76 附近。用咖啡杯量热计测热把加热的金属块放入保温杯内的水中，由 q = mcΔT 求金属的比热容。原电池：从丹尼尔电池到能斯特方程组装锌–铜电池，观察电子流动，并看电压如何取决于金属与浓度。浓度改变引起的平衡移动：硫氰酸铁(III)配离子利用血红色配离子 作为平衡自身的可见传感器：每加入或移去一种试剂，颜色就向一个方向移动。活塞中的气体：压强、体积、温度压缩并加热由运动粒子组成的气体，看看为什么 PV = nRT 成立。勒夏特列原理：化学平衡的移动探究温度、压强、浓度和催化剂对 N₂O₄ ⇌ 2NO₂ 平衡的影响。水的相图旋转三维 p–T–V 曲面并投影到 p–T 平面：固、液、气三区在三相点汇合，液–气线终止于临界点。霍夫曼电解器中电解水把水分解为氢气和氧气，检验法拉第定律和 2 : 1 的体积比。活化能与阿伦尼乌斯定律在碰撞模型中改变温度、活化能、催化剂和浓度，提取速率对温度的指数敏感性。反应速率与碰撞理论观察 A + B → 2C 只在碰撞粒子能量足够时发生；改变温度、Ea 和催化剂。吸附位点与 Langmuir 等温式考察固体表面上的周期性势阱——即吸附位点——并将其有限数量与 Langmuir 等温线的饱和形状联系起来。
理论与计算化学 (6)
s 与 p 轨道的杂化：sp、sp² 和 sp³切换杂化类型，观察一个 s 轨道与 p 轨道如何重组为指向直线、三角形或四面体方向的等价瓣。把理想气体看作分子动力学盒子观察牛顿定律作用于单个粒子，看压强如何从粒子对活塞的碰撞中产生。H₂ 的成键与反键分子轨道由两个 1s 原子轨道构建最简单分子的分子轨道，再拉伸和压缩键长，观察成键优势如何消失。观察量子数如何决定轨道形状调节类氢轨道的量子数 n、l 和 m，观察电子云形状、瓣和节面的变化。作为数据地形的元素周期表把元素周期性质——原子半径、电负性、电离能——渲染为三维地形，练习识别机器学习模型必须学习的周期规律。势能面：极小点、鞍点与反应路径探索一个由鞍点连接两个阱的计算式势能面，沿最低能量路径并与过渡态理论的活化能联系起来。
生物化学与生物医药化学 (9)
组装 DNA 双螺旋旋转理想化 DNA 梯子：辨认糖–磷酸骨架、A–T 与 G–C 梯级，理解两条链为何反向平行。葡萄糖的酒精发酵观察酵母把糖溶液变成乙醇，同时二氧化碳气泡从发酵罐中逸出——一座活的厌氧化工厂。碘试验：淀粉、糖原与酶促水解用碘区分多糖与单糖，再观察蓝黑色如何追踪淀粉酶的消化过程。在 DNA 凝胶上验证 CRISPR–Cas9 切割让未切割质粒与 Cas9 酶切的 DNA 跑琼脂糖凝胶：切割后一条带变成两条。酶催化：米氏曲线绘制酶反应初速度 v 对底物浓度的曲线，观察为何曲线在 Vmax 处饱和。米氏测定：识别抑制类型在八个底物浓度下进行虚拟速率测定，然后根据 Km 与 Vmax 的变化判定未知抑制剂类型——酶动力学的核心技能。纸上电泳：按电荷分离蛋白质在浸有缓冲液的纸条上点三种模型蛋白，接通电场，观察它们随 pH 改变而分离——甚至反向。蛋白质折叠：疏水塌缩通过增加远程接触，把模型多肽链从伸展线圈推向紧密折叠态，并将其与安芬森原理及现代结构预测联系起来。配体对接到蛋白质口袋用 ξ 滑块把小分子送入模型结合口袋，观察结合时哪些接触必须对齐——基于结构的药物设计的几何核心。
材料化学 (5)
锂离子电池内部：Li⁺ 穿梭追踪放电时 Li⁺ 经负极、电解质到正极的路径，改变倍率，并把穿梭图景与容量衰减及快充极限联系起来。金溶胶为何呈红色：等离激元吸收带比较 5 nm 到团聚 100 nm 金纳米颗粒的 UV–Vis 吸收曲线，把 λmax 与粒径关联——比色纳米分析的基础。石墨烯：一个原子厚、一个键宽旋转延展的 sp² 碳蜂窝，沿六元环追踪，把平面的 π 电子层与石墨烯破纪录的导电性和强度联系起来。X 射线衍射：测量晶面间距粉末衍射图是晶面间距的指纹。改变波长或 d 间距移动布拉格峰，从衍射图上读取 2θ。钙钛矿太阳能薄膜的表面陷阱逐层观察钙钛矿晶粒模型：数出充当复合陷阱的配位不足表面位点，理解钝化为提高电池效率的原因。
高分子化学 (5)
核化学与放射化学 (6)
卢瑟福散射：用 α 粒子探测原子把准直的 α 束射向金箔并追踪轨迹：几乎全部穿过，少数偏转，极个别直接反弹回来。测定半衰期并为样品定年在一张图上跟踪四种真实核素的衰变，从曲线读出半衰期，并选择可给木乃伊、酒窖或放射性落下尘定年的同位素。放射性衰变：读懂半衰期跟踪四种医用同位素的剩余比例 N/N₀，验证每过一个半衰期就减半。临界性：裂变链式反应如何增长或熄灭按代跟踪中子数量在三种倍增系数 k 下的变化，理解“临界”的真正含义。PET 成像：把握正电子示踪剂的时间窗口比较 ¹⁸F、¹¹C、⁶⁸Ga 和 ¹⁵O 的衰变曲线，理解医院为何将回旋加速器与放射化学实验室配套，并追踪点亮扫描图像的正电子湮灭过程。逐个原子地合成 118 号元素跟随一个超重离子穿过整个装置——离子源、加速器、靶、分离器、探测器——看看为何发现新元素需要数周束流轰击才能得到寥寥几个原子。
环境、绿色与能源化学 (5)
工业与应用化学 (6)
石油炼制：分馏与裂化按沸程把原油分馏成不同馏分，再把重分子裂化成有用的轻质燃料。简单蒸馏：分离乙醇和水加热带色的乙醇–水混合物并收集冷凝蒸气。联系蒸气中较易挥发组分富集的现象，并了解简单蒸馏为何不能消除乙醇–水共沸物。接触法：硫酸的生产跟随工业链条 S → SO₂ → SO₃ → 发烟硫酸 → H₂SO₄，理解每个单元为何必不可少。工业发酵：从糖到产品运行虚拟发酵线——灭菌、接种、发酵、分离——看微生物如何制造化学品。哈伯–博施法：从空气中制氨将 和 压缩通过铁催化剂，冷凝出氨并循环未反应气体。索尔维法：从盐水制纯碱跟随氨碱法循环的五个阶段：盐水精制、氨化、碳化、NaHCO₃ 过滤以及煅烧成 Na₂CO₃——氨被循环利用。
新兴交叉方向 (3)
虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型，不能替代真实实验和安全培训；没有指导请勿在家自行重复。