化学相关:水

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水是生命之源。也许你旁边就放着水杯,可能还是保温杯,可能还泡着枸杞(梗注意)。

那么,你知道现代城市里的水是如何净化的吗?我们喝的水是纯净水吗?为什么要珍惜爱护水资源?化学式与化合价又是什么?

一、水资源与水的净化

地理课上说过,地球,更应该说成“水球”——约百分之七十一的表面都被海水覆盖着。但是人类真正可利用的淡水资源并不多,再加上污染,水资源在一些地区都算得上稀罕物了。

海水淡化技术比较困难,又无法推广直接净化尿液和粪便来获得水,那就只有先利用好我们有的淡水资源。

自然界的水,通常含有不溶性杂质和可溶性杂质。不溶性杂质,一般来说就是泥沙,会使水浑浊。可溶性杂质会使水带上颜色与气味。

我们按照一定的顺序来净化水资源。

首先,收集到的自然界的水,要进入沉淀池静置。静置的目的是使悬浊液[1]在之后的步骤中能够更好地固液分离。通过在水中加入明矾(\rm KAl(SO_4)_3\cdot 12H_2O)或者其他絮凝剂生成的胶状物来吸附更小的不溶性杂质,使效果更好。

[1]:100纳米不溶的固体小颗粒悬浮于液体里形成的混合物叫悬浊液。这种状态不稳定,静置会导致固体颗粒沉降,即出现分层。

然后。我们要把这些大的杂质过滤掉。

过滤示意图
实验室过滤的常用仪器

过滤的目的就是做到真正的固液分离。

如图,实验室过滤一般需要烧杯、漏斗、玻璃棒和铁架台,其中前三个是玻璃仪器。我们还需要在漏斗内壁上紧贴滤纸(一种实验耗材,故不是仪器),做到没有气泡,不让过滤速度过慢。滤纸边缘要低于漏斗边缘,防止溅出。漏斗下端要紧贴下方烧杯内壁,玻璃棒下端要紧靠在滤纸三层的那一面。然后,将装有要过滤的液体的烧杯的口紧靠在玻璃棒上,水流应该做到顺着玻璃棒流下,即玻璃棒起到引流的作用。水流滴完时,若还浑浊,可以再过滤一遍,或者检查滤纸是否破损,过滤时漏斗内液面是否高于滤纸边缘。

一般来说,自来水的过滤是通到过滤池里,里面会有石头,从粗到细,就类似于大滤纸,山中的水流也是因为水中的鹅卵石才清澈。

接着吸附可溶性杂质,自来水一般就通到吸附池里。而活性炭的疏松多孔结构也正好适合吸附。色素和异味会跑到这些孔里面,于是可溶性杂质就去除了。但是你并不是要把活性炭直接丢水里。活性炭净水器,一般是将水从活性炭层的下方通入,上方出来较为纯净的水。

再接着,通入氯气(\rm Cl_2)等物质消毒,杀死水中的一些微生物,就是我们喝的自来水了。

但是以上步骤并不能把水变成纯水,也就是还是有杂质。部分地区的水中含有较多可溶性的钙镁化合物,称为硬水,相对较少的就是软水。加入肥皂水可以检验。若泡沫多就是软水,浮渣多就是硬水。硬水浪费肥皂,影响锅炉的正常使用,所以日常生活中会煮沸水,实验室则是蒸馏

蒸馏应用了不同的物质沸点一般不同的原理,将原来水中的水先汽化为水蒸气,再冷凝,液化形成蒸馏水。这样的水,一般就视作纯水了。但由于这样的水中缺少矿物质,一般不作为饮用水,只当成实验用品。

二、水的组成

根据化学反应前后元素种类不变,我们可以让水发生分解反应,或者有什么反应只生成水探究生成物中有什么元素,推理出水中有什么元素。

1、通过氢气燃烧

氢气是一种无色无味的气体,难溶于水,密度比水小。氢气可燃,如果是纯氢气,燃烧时无声,淡蓝色火焰,放热,通过在火焰上方罩干冷烧杯等检验方式,我们可以得出,氢气与氧气在点燃的条件下反应生成水。反应的表达式如下。

\rm H_2+O_2\overset{\text{Fire}}{\longrightarrow}H_2O

由此我们可以得出,水是由氢元素和氧元素组成的。

点燃氢气需要注意氢气纯度是否足够,否则可能会爆炸。先取样,若点燃发出尖锐爆鸣声,则不纯,响声较小则较纯。

2、通过电解水

在电解器玻璃管里加满水(最好加入少量硫酸钠(\rm Na_2SO_4)或氢氧化钠(\rm NaOH)),接通直流电源,观察到两个电极上均产生了气泡。切断电源,用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体。我们可以发现,正极的气体燃烧的更旺,负极的气体可燃,并且发出淡蓝色火焰。正极产生的气体体积与负极产生的气体体积之比为\dfrac{1}{2}。由此,我们可以知道,正极产生的是氧气,负极产生的是氢气。表达式如下。

\rm H_2O\overset{\text{Electrify}}{-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\!\rightarrow}H_2+O_2

中文,反应条件一般写作通电

通电只使用直流电源。水中添加的硫酸钠和氢氧化钠只是为了增强水的导电性,不是催化剂。

我们可以再一次地得出结论,水是由氢元素和氧元素组成的。

三、对物质再一次分类

像水这样,组成中含有不同种元素的纯净物叫做化合物,比如二氧化碳,氧化铁(\rm Fe_2O_3),高锰酸钾,等等。由两种元素组成的化合物中,其中一种元素是氧元素的叫做氧化物,比如上例中的二氧化碳和氧化铁。由同种元素组成的纯净物叫做单质。比如氢气、氧气、氮气、氯气、铁、碳等等都是。

四、化学式与化合价

1、化学式

用元素符号和数字的组合表示,物质的组成的式子,叫做化学式。之前所说的化学符号大体上都是指化学式。每种纯净物的组成是固定不变的,所以表示每种物质组成的化学式只有一个。在前面文章的选读部分,我们也知道了,一个化学式可能对应不同的物质(e.g. \rm C_2H_6O可以表示酒精与二甲醚两种物质),一般来说,是因为分子的原子组成相同,但原子的排列或结构不同,导致它们的化学式相同。在以后的学习中,我们将会学习分子式,但在初中教学中,一律使用化学式,不使用分子式。

化学式 \rm H_2O 可以表示四种含义。它可以表示:水这种物质,水由氢元素和氧元素组成,一个水分子,一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。

由离子构成的物质中不存在一个个的分子,其化学式表示了该物质中各元素原子数的最简整数比。

在书写化合物的化学式时,当某种组成元素原子个数比是1的时候省略不写。氧化物化学式的书写,一般把氧的元素符号写在右边,另一种元素的符号写在左边。由金属元素与非金属元素组成的化合物,书写化学式时,一般把金属元素的化学符号写在左边,非金属元素的元素符号写在右边。

至于这么写的原因,我们马上就来讲。

2、化合价

初中教学中,一般不涉及化合价的定义。此处我们给出来。

化合价是一种元素的一个与其他元素的原子化合(即构成化合物时)表现出来的性质。

摘自 百度百科

这个定义看起来比较难懂,但是我们可以知道,化合价的来源就是最外层电子得失的情况。

化合价有固定的标记方法,以及它的意义。比如\rm H_2\overset{-1}{O_2}中,氧元素上方的数字“-1”表示,在过氧化氢中,氧元素显-1价。

在化合物里,正负化合价的代数和为零。利用这个,我们可以检查并观察化学式的规律。

这里给出记诵的口诀,里面包含了元素最常见的化合价。

钾钠氢银正一价,
钙镁钡锌正二价。
氟氯溴碘负一价,
通常氧为负二价。
一二铜,二三铁,
三铝四硅五价磷。
莫忘单质价为零。

一般来说,化合物中,金属元素显正价,非金属元素显负价。当然不是绝对的。

通过化合价,我们可以写出只知道名字未知化学式物质的化学式,计算物质中的元素质量比,与相对分子质量。

下一期,讲化学方程式。记得来看哦。

Lake桑

2019.1.18

每日一词:teetotaler(转自 韦氏词典)

原文链接


Merriam-Webster’s Word of the Day for January 18, 2019 is:

teetotaler • \TEE-TOH-tuh-ler\  • noun

: one who practices or advocates teetotalism : one who abstains completely from alcoholic drinks

Examples:

“… he is one of those fit older people who have redefined what 74 can look like. It probably helps that he is a teetotaler, a choice he made as a young man, having been disturbed by the effect that alcohol had on members of his family.” — David Kamp, Vanity Fair, December 2017

“The names Rockefeller and Diego Rivera are forever intertwined thanks to the Mexican artist’s infamous mural at Rockefeller Center, which the family commissioned in 1932 and had demolished two years later—due in part to its depiction of the teetotaler John D. Rockefeller Jr. sipping a martini.” — Adam Rathe, Town & Country, May 2018

Did you know?

A person who abstains from alcohol might choose tea as his or her alternative beverage, but the word teetotaler has nothing to do with tea. More likely, the “tee” that begins the word teetotal is a reduplication of the letter “t” that begins total, emphasizing that one has pledged total abstinence. In the early 1800s, tee-total and tee-totally were used to intensify total and totally, much the way we now might say, “I’m tired with a capital T.” “I am now … wholly, solely, and teetotally absorbed in Wayne’s business,” wrote the folklorist Parson Weems in an 1807 letter. Teetotal and teetotaler first appeared with their current meanings in 1834, eight years after the formation of the American Temperance Society.


Lake桑

January 18, 2019 at 01:00PM

又一个周五!


周五中午啦~ 吃完午饭,下午继续工作! (由 IFTTT 发送)

Lake桑

January 18, 2019 at 12:00PM