水处理中的分离步骤,是利用物理性质的差异(通常是颗粒大小或物质状态),除去某一种不需要的物质。IGCSE 化学题目给出流程图后,往往要你解释理由,而不只是写出步骤名称。
本课属于水、空气与环境化学。它也与分离与化学分析相连,那里用同样的想法处理实验室里的混合物。
处理的每个阶段到底做了什么?
河水的简单处理流程有三个主要阶段。每个阶段解决不同的问题,所以解释必须对应那个问题。
- 沉降(sedimentation): 水静置在池中,较重的固体颗粒沉到底部。有时会加入化学品,让微小颗粒聚成团,沉得更快。
- 过滤(filtration): 水流过沙层和碎石层。不溶性颗粒比沙粒之间的缝隙大,被截留,水则通过。
- 氯化(chlorination): 加入少量氯来杀死微生物。这是消毒,不是分离。
好答案的连接句总是相同的:被除去的物质在大小或重量上与水粒子不同。溶解的物质和水粒子一样小,所以过滤层挡不住它们。
例题详解
题目(自编情境): 一座水厂抽取浑浊的河水。从沙滤池流出的水看起来清澈,但仍含有溶解的盐。解释为什么滤池能除去泥土,却除不掉盐。
第一步,认清泥土是什么。 泥土由不溶性固体颗粒组成。它们悬浮在水中,比水粒子大得多。
第二步,认清滤池怎么起作用。 沙和碎石之间留有缝隙。泥土颗粒比缝隙大,被截留。水粒子小得多,所以通过。
第三步,认清盐是什么。 盐是溶解的。它的粒子散布在水粒子之间,比滤层的缝隙小得多。
第四步,写出结论。 滤池是按颗粒大小分离的。泥土太大,穿不过去;溶解的盐足够小,会随水一起通过。
示范答案: “泥土不溶,颗粒比沙粒之间的缝隙大,所以被截留。盐已溶解,粒子极小,随水一起通过。”
要留意的错误
错误答案: “滤池把所有杂质都除去,让水变纯。”
这个答案错在两处。
第一,化学里的“纯”指只含一种物质,而过滤后的水仍含有溶解的物质。第二,它没有给出理由,而理由需要比较颗粒大小。
改正的方法是写出除去了什么(“不溶性固体”)和没除去什么(“溶解的物质会通过”),再补上大小的理由。如果真的要除去溶解的盐,就需要别的步骤。蒸馏可以做到,因为水蒸发后,溶解的固体留了下来。
自我检测
1. 说明沉降池的用途,并给出它有效的理由。
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它让不溶性固体颗粒从水中沉降出来。这些颗粒比水密度大,所以沉到池底。
2. 一位学生说:“加氯是为了把细菌从水中分离出来。”请改正这句话。
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氯并不分离任何东西。加氯是为了杀死微生物,所以这一步是消毒。微生物在水中被消灭,而不是被移出水外。
3. 过滤后的水看起来清澈。取一滴放在干净的玻璃上蒸发,留下白色痕迹。这说明什么?
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水中仍含有溶解的固体。过滤后的水是清澈的,所以没有不溶性颗粒残留,但蒸发后的白色残留物说明有东西溶解在水里。
下一步
接下来,练习在区分溶解物质与悬浮液中分辨这两种物质。方程式配平推理训练器和摩尔与方程式比例辅导器能支持本单元后面出现方程式的课。准备好后,用单元练习题组检测全部内容。
不少学生能背出各个阶段,却在“理由”那一项丢分。这种习惯于解释“为什么”的训练,正是我们在化学线上一对一补习中着力的地方。