地球:海洋
基础海水约含 3.5% 溶解盐类,以食盐为主;蒸发结晶可提取食盐,简单蒸馏可分离纯水;焰色试验、氯化物的试验和水的试验可鉴定样本的成分。
- 海水约 3.5% 是溶解盐类(以氯化钠为主),其余约 96.5% 是水
- 溶液由溶剂和溶质组成;不能再溶解更多溶质时为饱和溶液
- 取盐用蒸发结晶(低成本),取纯水用蒸馏(水汽经冷凝器收集)
文体小知识:科学知识说明文——讲解海水的成分、蒸发结晶与蒸馏两种物理分离法的取舍,以及鉴定钠、氯化物和水的试验。
§课文原文 Passage
1海洋覆盖地球约七成表面,是最庞大的化学资源库。海水约含 3.5% 的溶解盐类,以氯化钠(食盐)为主,也有镁、钙和钾的盐;其余约 96.5% 是水。盐溶解在水中形成溶液:水是溶剂,盐是溶质,当溶液不能再溶解更多盐时,便成为饱和溶液。
2从海水提取食盐用蒸发结晶法:把海水引入浅浅的盐田,利用阳光和风把水分慢慢蒸发,溶液愈来愈浓,达到饱和后,食盐便结晶析出。实验室则用蒸发皿把海水缓慢加热,让水分散去、盐结晶。这方法成本低廉,适合大量生产,但所得的盐可能混有沙泥等杂质。
3若要从海水取得纯水,便要用蒸馏法:把海水煮沸,水变成水汽逸出,经冷凝器冷却变回液态水收集,盐则留在原瓶。蒸馏所得的水几乎不含杂质,是物理分离法中取得纯水的主要方法。香港除从广东省输入食水外,也以海水化淡开辟水源,原理正是蒸馏或反渗透。
4化学上用多种试验鉴定海水的成分:焰色试验中钠产生金黄色火焰,证明样本含钠;加入硝酸银溶液出现白色沉淀,证明含氯化物;无水硫酸铜(II) 由白色变蓝色,则证明样本含水。电解盐水更可得氯气等生成物,用于制造漂白水和消毒剂,可见海洋资源与生活息息相关。
1重点摘要 Summary
海水约含 3.5% 溶解盐类,以食盐为主;蒸发结晶可提取食盐,简单蒸馏可分离纯水;焰色试验、氯化物的试验和水的试验可鉴定样本的成分。
2生字卡 Vocabulary
溶解在溶剂中的物质,如海水中的食盐。
能溶解其他物质的液体,如水。
在该温度下不能再溶解更多溶质的溶液。
液体表面慢慢变成气体的过程;加热可加快,用于从海水提取食盐。
溶质从饱和溶液中形成晶体析出的过程。
把液体煮沸,蒸气经冷凝收集,以取得纯液体的分离法。
把热蒸气冷却变回液体的仪器,冷水由下端流入、上端流出。
观察样本在火焰中的颜色以鉴定金属元素;钠呈金黄色,钙呈砖红色。
加入硝酸银溶液,出现白色沉淀即证明样本含氯化物。
白色粉末,遇水变蓝色,用于检验水的存在。
3逐步讲解 Steps
- 第一步:海水的成分与溶液词汇海水约含 3.5% 溶解盐类,其中以氯化钠为主,另有镁盐、钙盐和钾盐;其余约 96.5% 是水。盐溶解在水中:水是溶剂,盐是溶质,两者组成溶液。举个例子:把一汤匙食盐搅进一杯清水,盐粒消失而水变咸,这杯盐水便是溶液;若继续加盐至杯底留有不能溶解的盐粒,所得的便是该温度下的饱和溶液。
- 第二步:为什么可用物理分离法盐与水只是混在一起,并没有化合成新物质,所以可以用蒸发、蒸馏、结晶和过滤等物理分离法把它们分开,过程中没有新物质生成。举个例子:海水晒干后留下的盐仍是氯化钠,性质与食盐相同,可见分离并不改变物质本身。选用哪种方法的关键,在于你想取得的是溶质(盐)还是溶剂(纯水),这正是 DSE 资料题最常问的取舍。
- 第三步:蒸发结晶提取食盐要取得食盐,用蒸发结晶法:把海水放在浅盐田或蒸发皿中,让水分慢慢蒸发,溶液愈来愈浓,到达饱和后继续蒸发,盐便以晶体形式析出。举个例子:沿海地区的盐场,正是引入海水到浅池,靠阳光和风吹蒸发水分,再收集池底的白盐,成本低廉,适合大量生产;但盐中可能混有沙泥和微量杂质,纯度不及实验室重结晶的产品。
- 第四步:蒸馏分离纯水要取得纯水,用简单蒸馏法:把海水在蒸馏瓶中煮沸,水变成水汽上升,进入冷凝器被冷却,重新变成液态水滴进收集瓶;盐的沸点极高,不会汽化,全部留在原瓶。举个例子:实验室蒸馏时,冷水从冷凝器下端流入、上端流出,令蒸气充分冷却,收集得的蒸馏水几乎不含任何杂质,适合配药和精密实验,这也是海水化淡的基本原理。
- 第五步:评鉴两种方法的取舍蒸发结晶便宜、省能源,适合大量取盐,但产品是盐而非纯水,且可能带杂质;蒸馏能取得几乎纯净的水,却要消耗大量热能,成本较高。举个例子:盐场选蒸发结晶,因为阳光和风免费;缺水地区的海水化淡厂则选蒸馏或反渗透,因为目标是纯水。答题时要按想要的产品和成本两方面评鉴,这正是课程要求「评鉴物理分离法是否恰当」的思考方式。
- 第六步:焰色试验与氯化物的试验鉴定食盐样本含钠,用焰色试验:把洁净的铂丝蘸取样本溶液,放在本生灯火焰上,钠使火焰呈金黄色。鉴定含氯化物,则加入硝酸银溶液,产生白色沉淀(氯化银)。举个例子:海水样本作焰色试验见金黄色、加硝酸银见白色沉淀,两个试验合起来便证明海水中含氯化钠,这正是官方课程所说「显示食盐样本中含钠和氯化物的试验」的组合。
- 第七步:水的试验与海水的电解检验样本是否含水,用无水硫酸铜(II):白色粉末遇水变蓝色;或用氯化钴(II) 试纸,由蓝色变粉红色。电解盐水则可产生氯气、氢气和氢氧化钠等生成物,氯气可用于制造漂白水和消毒剂。举个例子:家居漂白水和自来水消毒所用的化学品,正与电解盐水的产物有关。水是宝贵资源,香港除从广东省输入食水,也以海水化淡开源,可见海洋与社会息息相关。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
分离方法选择题:实验室有一烧杯海水,老师要求你先取得食盐样本,再取得一些纯水。你会分别选用哪种物理分离法?试写出方法名称,并解释原理和理由。
- 审题:题目要求两种产品——盐(溶质)和纯水(溶剂),必须分别配对蒸发结晶与蒸馏,不能只用一个方法答两问
- 取盐:把海水放在蒸发皿中缓慢加热(或如盐田般晒水),水分不断散失,溶液达至饱和后食盐结晶析出
- 取纯水:把海水在蒸馏瓶煮沸,水汽经冷凝器冷却成液态水收集;盐的沸点高不会汽化,留在瓶内,即得纯水
- 评鉴:取盐用蒸发结晶,因为成本低;取纯水必须用蒸馏,因为只有把水汽冷凝才能得到不含盐的水
- 答案:取得食盐用蒸发结晶法:把海水置于蒸发皿中缓慢加热(或利用阳光蒸发),水分不断散失,溶液达至饱和后,食盐结晶析出,所得晶体便是食盐样本。取得纯水则用简单蒸馏法:把海水煮沸,水汽进入冷凝器冷却,凝结成纯水滴进收集瓶;盐的沸点极高,不会汽化,全部留在蒸馏瓶内。两者都是物理分离法,过程没有新物质生成;蒸发结晶成本低,蒸馏可得纯水但耗能较多,选用方法须视乎想要的产品。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1海水含盐约百分之几?主要成分是什么?
Q2从海水提取食盐和分离纯水,分别用什么物理分离法?
Q3焰色试验中,钠的火焰是什么颜色?说明什么?
Q4怎样检验样本含氯化物?
Q51 千克海水约含盐多少克?
8重点回顾 Recap
- 海水约 3.5% 是溶解盐类(以氯化钠为主),其余约 96.5% 是水
- 溶液由溶剂和溶质组成;不能再溶解更多溶质时为饱和溶液
- 取盐用蒸发结晶(低成本),取纯水用蒸馏(水汽经冷凝器收集)
- 试验三宝:焰色试验验钠(金黄色)、硝酸银验氯化物(白色沉淀)、无水硫酸铜(II) 验水(白变蓝)
- 蒸发、蒸馏、结晶和过滤都是物理分离法,过程没有新物质生成