這種方法可行嗎

周?chē)?guó)霞

八年級(jí)《物理》（人教版）上冊(cè)課本第85頁(yè)“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”中的第4題，提出了一種想從酒精和水混合液體中把酒精分離出來(lái)的方法：

小明想從酒精和水混合液體中把酒精分離出來(lái).他想，水的凝固點(diǎn)是0 ℃，酒精的凝固點(diǎn)是－177 ℃，只要把混合液體放入電冰箱的冷凍室（冷凍室溫度可達(dá)-5 ℃）中就可以了.于是他照此辦理，但是經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，小明從冷凍室取出酒精和水的混合液體時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)水和酒精并沒(méi)有分離出來(lái).

就這個(gè)現(xiàn)象你能提出的問(wèn)題是：_______，針對(duì)你提出的問(wèn)題能做出的合理猜想是：_______.

此習(xí)題重在考查同學(xué)們根據(jù)所提供的物理情景提出問(wèn)題和進(jìn)行猜想與假設(shè)的能力.由收集的信息可發(fā)現(xiàn)水中放入酒精后凝固點(diǎn)會(huì)降低，因而提出“為什么酒精和水的混合液體沒(méi)有因?yàn)槟厅c(diǎn)不同而分離出來(lái)？”的問(wèn)題.進(jìn)而做出猜想：可能酒精和水混合后，溶液凝固情況發(fā)生了變化.

拋開(kāi)本題所提的問(wèn)題和答案，我們?cè)偕钊胨伎家幌拢河媒档蜏囟饶痰姆椒苁咕凭退幕旌弦悍蛛x嗎？

讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這種方法是否可行.我們首先將12.5 mL無(wú)水乙醇（酒精純度為99.7％）與12.5 mL冷水混合，攪拌均勻成為酒精和水的混合液，混合時(shí)明顯感覺(jué)有熱量放出.用塑料袋將酒精和水的混合液裝好，并插入一支溫度計(jì)，密封好.在室內(nèi)溫度為10 ℃的情況下，放入電冰箱的冷凍室內(nèi)冷凍（冷凍室溫度調(diào)至－8 ℃）.13 h后，從冷凍室取出，取出時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)為－8 ℃.結(jié)果發(fā)現(xiàn)酒精和水混合液中的水并沒(méi)有結(jié)冰，沒(méi)有任何固體物質(zhì)出現(xiàn)，仍為混合液，酒精和水并沒(méi)有被分離開(kāi)來(lái).

與上述實(shí)驗(yàn)步驟類(lèi)似，將配有不同比例的水和酒精的混合物放入冷凍室中，并用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)混合液的溫度，定時(shí)觀察，所測(cè)量的數(shù)據(jù)和觀察到的現(xiàn)象記錄如下頁(yè)表所示.

從表面上看，由于水的凝固點(diǎn)為0 ℃，酒精的凝固點(diǎn)為－117 ℃，似乎可以用降低溫度凝固的方法，使酒精和水的混合液中的水在0 ℃以下結(jié)冰成為固體，剩下沒(méi)有結(jié)冰的便是酒精，從而將水和酒精分離.而實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明不是這樣的，用降低溫度凝固的方法是不能把酒精和水的混合液分離開(kāi)的.為什么在－8 ℃時(shí)，混合液（酒精體積和水體積之比1∶1、1∶3）中的水還未凝固呢？而在－6 ℃時(shí)，混合液（酒精體積和水體積之比1∶30）開(kāi)始凝固，酒精卻并未從水中分離出來(lái)呢？

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以歸納出：水中混入酒精后凝固點(diǎn)將降低，不同濃度混合液的凝固點(diǎn)將不同.之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是由于物質(zhì)的依數(shù)性所決定的.物質(zhì)的依數(shù)性就是當(dāng)兩種物質(zhì)混合之后，混合物中各組成成分的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變.舉一個(gè)生活中的例子，如冬天在下雪或是結(jié)冰的路面上灑上一些食鹽，形成溶液之后可以降低水的凝固點(diǎn)，使路面上的水不易結(jié)冰.因此水和酒精的混合物在－5 ℃的環(huán)境里不凝固是可能的.另外，由于酒精與水可以任意比例混合，組成酒精的分子和組成水的分子結(jié)合成氫鍵（關(guān)于什么是氫鍵，同學(xué)們將在九年級(jí)化學(xué)中學(xué)到，感興趣的同學(xué)可以看化學(xué)書(shū)或問(wèn)老師），需要較多的能量才能破壞這種化學(xué)鍵.當(dāng)降低溫度時(shí)，溫度低，分子運(yùn)動(dòng)不劇烈，無(wú)法使兩種物質(zhì)分離，最終表現(xiàn)為混合液一起發(fā)生凝固的現(xiàn)象.

那么，我們可以通過(guò)什么方法把酒精從酒精和水混合液中分離出來(lái)呢？加熱使混合液沸騰能不能把酒精從酒精和水混合液中分離出來(lái)呢？下面還讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這個(gè)問(wèn)題.

我們將100 mL無(wú)水乙醇（酒精純度為99.7％）與100 mL冷水混合，攪拌均勻成為酒精和水的混合液，取其中混合液80 mL放入燒瓶中，并從瓶塞的孔中插入溫度計(jì)和導(dǎo)氣管，導(dǎo)氣管的另一端接在收集酒精氣體的塑料袋上，將塑料袋密封放入冷水中.用酒精燈給燒瓶加熱，當(dāng)混合液的溫度升高到76 ℃時(shí)，有少量的小氣泡上升；升高到78 ℃時(shí)有少量的大氣泡上升；加熱到83 ℃時(shí)，有大量的大氣泡上升，到液面破裂，而且溫度一直穩(wěn)定在83 ℃不變，說(shuō)明混合液的沸點(diǎn)為83 ℃，不是78 ℃，也不是100 ℃.加熱一段時(shí)間后，80 mL混合液減少為50 mL，有30 mL已汽化.對(duì)50 mL剩余混合液測(cè)其質(zhì)量為47.4 g，計(jì)算出密度（九年級(jí)將學(xué)到）為9.5 g/cm³，接近水的密度1.0 g/cm³，說(shuō)明由于沸騰，汽化的主要是酒精，沒(méi)有汽化的主要是水.實(shí)驗(yàn)證明用加熱使混合液沸騰的方法能使酒精和水分離開(kāi)來(lái).

責(zé)任編輯 程 哲