奇妙海洋：化學寶庫！
各位同學好！準備好一齊探索海洋化學的奧秘了嗎？海洋不只是一個巨大的游泳池，更是一個充滿各種有用化學物質的鹹味巨湯！在本章中，我們會探索海水由甚麼組成，如何從中提取有價值的食鹽和純淨飲用水，甚至是如何利用電力來解鎖其中隱藏的其他重要物質。這一切都與分離混合物和鑑定化學物質有關——這些技能在化學中極之重要呢！
海水有甚麼？終極混合物
首先，海水是混合物的一個絕佳例子。更確切地說，它是一種溶液。大家還記得這些關鍵詞嗎？
- 溶質是指會溶解的物質。(例如：鹽)
- 溶劑是指用來溶解其他物質的物質。(例如：水)
- 當溶質溶解在溶劑中時，就會形成溶液。
因此，在海水中，水是溶劑，而所有溶解了的礦物質都是溶質。
海水的主要成分
雖然海水含有許多不同的溶解礦物質，但其中最廣為人知的絕對是食鹽，化學家稱之為氯化鈉 (NaCl)。這就是海水鹹味來源！但海水中還有其他物質：
- 氯化鈉 (最主要的成分！)
- 氯化鎂
- 硫酸鈣
- 以及許多其他含量較少的礦物質。
你知道嗎？
死海是地球上鹽度最高的水體之一！它的鹽度幾乎是普通海洋的十倍，這就是為甚麼你可以在死海中輕鬆漂浮的原因。
小總結
海水是一種混合物（溶液），當中包含水（溶劑）和各種溶解了的礦物質（溶質），其中氯化鈉是最常見的。
從海水提取有用物質：分離技術
既然海水是混合物，我們就可以利用物理分離法來分離其組成部分。這些方法不涉及化學反應；它們只是根據組分不同的物理性質，例如沸點或溶解度，來將其分離。讓我們來看看主要的分離技術。
1. 過濾
甚麼是過濾：一種將不溶於水的固體從液體中分離出來的方法。
比喻：想想用濾紙沖咖啡。濾紙讓咖啡液通過，但會把固體咖啡渣留在上面。
原理：
1. 將混合物倒入濾紙所在的漏斗中。
2. 液體（即濾液）會通過濾紙上的微細小孔。
3. 不溶的固體顆粒（即殘餘物或濾渣）因體積太大而不能通過，會留在濾紙上。
在海水中，你可以用過濾法來除去沙和貝殼等固體雜質，但無法除去溶解了的鹽，因為鹽會隨水一起通過濾紙。
2. 蒸發
甚麼是蒸發：一種從溶液中提取可溶性固體（溶質）的方法，原理是將液體溶劑煮沸蒸發掉。
何時使用：當你想保留固體而不需要保留液體時。
如何通過蒸發從海水提取鹽：
1. 將一些海水倒入蒸發皿中。
2. 輕輕加熱蒸發皿。水會吸收熱量並變成水蒸氣（蒸發）。
3. 繼續加熱直至所有水蒸發掉。
4. 固體鹽晶體會留在蒸發皿中。
常見錯誤提示！
在最後階段不要加熱太猛！否則鹽可能會濺出蒸發皿。最好是加熱到大部分水蒸發後，就關掉熱源，讓餘下的水慢慢蒸發。
3. 結晶
甚麼是結晶：一種更緩慢、更精確地從溶液中提取可溶性固體的方法，通常能產生更大、更純的晶體。
比喻：這就是冰糖的製作方法！將糖溶液靜置使其慢慢冷卻和蒸發，便能形成大顆的糖晶體。
原理：
1. 加熱溶液以蒸發部分（但非全部）溶劑。這會形成一個熱的飽和溶液（即在該溫度下不能再溶解更多溶質的溶液）。
2. 要檢查溶液是否準備好，可以將玻璃棒浸入溶液中，然後取出讓它冷卻。如果玻璃棒上形成小晶體，表示溶液已準備好。
3. 讓飽和溶液慢慢冷卻。當溶液冷卻時，固體的溶解度會降低，便會開始形成純淨的晶體。
4. 一旦晶體形成，你可以通過過濾將它們與剩餘的液體分離。
4. 蒸餾
甚麼是蒸餾：一種將液體溶劑從溶液中分離出來的方法。它非常適合淨化液體。
何時使用：當你想保留液體而不需要固體時（或者想同時保留兩者！）。
關鍵概念：蒸餾之所以有效，是因為溶劑和溶質具有不同的沸點。水在100°C沸騰，但鹽的沸點非常高（超過1400°C！）。
如何通過蒸餾從海水提取純水：
1. 煮沸：在燒瓶中加熱海水。水會變成水蒸氣，而鹽則留在燒瓶中。
2. 冷凝：水蒸氣進入冷凝管，這是一個外部有冷水循環的管道。
3. 收集：冷凝管將水蒸氣冷卻，使其變回純液態水（這稱為冷凝）。這種純水，稱為餾出物，會被收集在另一個燒杯中。
選擇合適的工具
這是一個非常重要的技能！你需要判斷哪種方法最合適。
- 如果你的目標是從海水中提取固體鹽，你應該使用蒸發法（快速）或結晶法（可獲得較佳的晶體）。
- 如果你的目標是從海水中獲取純淨飲用水，你必須使用蒸餾法。蒸發只是將水以蒸氣形式釋放到空氣中；蒸餾法才能讓你收集水蒸氣並將其變回純液態水。
小總結
我們使用物理方法來分離海水。用過濾法分離不溶固體。用蒸發法或結晶法提取溶解了的鹽。用蒸餾法獲取純水。
我們怎樣知道那是鹽和水？化學測試
好了，我們已經分離了這些物質。但我們怎樣才能百分之百確定我們得到的是純水和氯化鈉呢？我們可以使用化學測試！化學測試在特定化學物質存在時會產生一個特定的、可觀察的結果。
水的測試
測試水的方法有兩種簡單方法。別擔心，你不需要喝它！
測試一：無水硫酸銅(II)
- 它是甚麼？一種對水非常敏感的白色粉末。
- 步驟：將幾滴你所要測試的液體加入白色粉末中。
- 陽性反應：如果含有水，粉末會從白色變成藍色。
測試二：乾氯化鈷(II)試紙
- 它是甚麼？一張藍色的試紙。
- 步驟：將試紙浸入液體中，或將一滴液體滴在試紙上。
- 陽性反應：如果含有水，試紙會從藍色變成粉紅色。
食鹽（氯化鈉）的測試
由於食鹽是氯化鈉，我們需要測試兩種離子：鈉離子 (Na⁺) 和氯離子 (Cl⁻)。
鈉離子 (Na⁺) 的測試 — 火焰試驗
甚麼是火焰試驗：一種測試，當不同的金屬離子在火焰中加熱時，會產生獨特的顏色。
步驟：
1. 取一個潔淨的線圈（通常是鎳鉻合金或鉑製）。
2. 將線圈浸入鹽的樣本或其溶液中。
3. 將線圈放到熾熱的藍色本生燈火焰邊緣。
鈉的陽性反應：火焰會變成明亮、強烈的金黃色。
氯離子 (Cl⁻) 的測試
甚麼是氯離子測試：一種沉澱反應，用於確認氯離子。
步驟：
1. 將你的鹽樣本溶解在一些蒸餾水中。
2. 加入幾滴稀硝酸。(這很重要，可以防止其他物質，例如碳酸鹽，干擾測試。)
3. 加入幾滴硝酸銀溶液。
氯離子的陽性反應：會出現白色沉澱物（一種在溶液中形成的固體）。這種白色固體就是氯化銀 (AgCl)。
小總結
為了鑑定我們的產品，我們使用特定的測試：無水硫酸銅(II)遇水會從白色變成藍色。火焰試驗會為鈉產生金黃色火焰。酸化硝酸銀溶液會為氯離子產生白色沉澱物。
意想不到的發展！海水電解
截至目前為止，我們只使用了物理變化。但我們也可以利用電力在海水中引起化學變化。這個過程稱為電解。
電解字面意思就是「用電力分解」。我們通過強大電流穿過濃縮海水（通常稱為鹽滷），將其中的物質分解，形成新的、非常有用的產品。
這是一個龐大的工業過程，它為我們提供了三種極其重要的化學物質：
電解產物及其用途
1. 氯氣 (Cl₂)
- 一種黃綠色、有毒的氣體。
- 用途：消毒飲用水和游泳池、製造漂白劑，以及生產聚氯乙烯（PVC）等塑膠。
2. 氫氣 (H₂)
- 一種無色、易燃的氣體。
- 用途：作為清潔燃料（燃燒時只產生水！）、製造人造牛油，以及生產用於肥料的氨。
3. 氫氧化鈉溶液 (NaOH)
- 一種具腐蝕性且呈鹼性的溶液。
- 用途：製造肥皂和清潔劑、造紙，以及生產其他化學品。
快速溫習區
- 物理分離（例如蒸餾）只是將混合物分離。化學物質本身不會改變。(例如：你開始時有H₂O和NaCl，結束時仍是H₂O和NaCl，只是它們在不同的位置。)
- 電解是一種化學變化。起始的化學物質會被分解，並形成新的化學物質。(例如：你開始時有H₂O和NaCl，結束時會得到H₂、Cl₂和NaOH。)
小總結
電解是一種化學過程，它利用電力分解濃縮海水，產生三種重要的工業產品：氯氣、氫氣和氫氧化鈉。