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

发布者

lakejason0

日常潜水~ Blog:https://lakejason0.wordpress.com

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