海洋和海水：每一滴都藏着宝藏！
香港四面环海，但海水里究竟有什么？在这一课，你会学习海水中溶解了什么、怎样从海水中提取食盐和纯水、怎样测试水和氯化钠、怎样选择合适的分离方法，以及电怎样把水分解。一起深入探索吧！
1. 海水是混合物
海水是一种混合物：主要是水，里面溶解了很多矿物。平均来说，每 1 kg 海水含约 35 g 溶解了的盐类，即按质量计约 3.5%。
海水中有哪些矿物？
氯化钠（\(\text{NaCl}\)）– 含量最多，约占所有溶解盐类的四分之三。它就是食盐。
镁化合物 – 例如氯化镁和硫酸镁。它们令海水带点苦味。
钙和钾的化合物 – 例如硫酸钙、碳酸钙和氯化钾。贝类和珊瑚会利用溶解了的钙来建造外壳和骨骼。
这些矿物从哪里来？
雨水慢慢溶解岩石和泥土中的矿物，河流再把它们带到海里。太阳加热海面时，水会蒸发，但盐类会留下来。经过数百万年，盐类便不断累积起来。
来自海洋的有用矿物
食盐可用于烹调、腌制食物（例如咸鱼）和制造其他化学品。海水中的镁化合物可用来制造镁；镁是一种很轻的金属，可制成合金，用于自行车和笔记本电脑。海床上还有沙、砾石和含丰富金属的团块，称为结核。
你知道吗？香港大部分住宅都用海水冲厕所，每天因此节省大量淡水。
重点总结：海水是由水和溶解了的矿物组成的混合物，主要是氯化钠，还有镁、钙和钾的化合物。
2. 从海水中提取食盐和纯水
我们可以用物理方法分离海水：过程中没有新物质生成。首先要问：我们想要的是盐（固体）还是水（液体）？
蒸发：快速取得固体
把海水放在蒸发皿中加热，水变成蒸汽逸走，留下溶解了的固体。加热至所有水都蒸发掉，称为蒸发至干。这方法很快，但水会流失，而且所有溶解了的物质都留在一起，所以得到的盐并不纯净。热的固体也可能溅出，所以要戴上护目镜。
结晶：取得较纯的晶体
先加热溶液，蒸发掉部分水分，直至溶液饱和（不能再溶解更多固体）。然后把溶液静置。溶液冷却，加上水分慢慢蒸发，便会形成晶体。把晶体滤出，用少量冷的蒸馏水冲洗，再用滤纸吸干。
晶体在水分完全蒸发之前已经形成，所以很多其他溶解了的物质会留在剩余的液体中。因此，结晶得到的盐比蒸发至干得到的更纯净；而慢慢结晶更可得到较大、形状规则的晶体。
盐田：由太阳推动的结晶
在盐田（海边的浅池）中，阳光和风令海水慢慢蒸发。工人在池水完全干掉之前把盐的晶体耙起，让很多不需要的物质留在带苦味的剩余液体中。太阳能是免费的，但这方法需要大量土地和晴朗干燥的天气。西贡的盐田梓，名字里就有“盐田”二字，昔日是一条晒盐的村落。
蒸馏：取得纯水
把海水放在烧瓶中煮沸，蒸汽进入冷凝管，管外流动的冷水令蒸汽凝结回液体。收集到的纯水称为馏出液，盐类则留在烧瓶中。
记忆小贴士：蒸馏 = 蒸发 + 凝结。煮沸、冷却、收集！蒸馏得到的水非常纯净，但需要消耗大量能量。
海水淡化：为城市提供淡水
海水淡化是指除去海水中的盐类，制成淡水。很多淡化厂采用反渗透技术：以高压把海水推过极细的薄膜，薄膜让水通过，但把盐类截留。香港的将军澳海水淡化厂就是采用反渗透技术。它的供水不受降雨量影响，但需要消耗大量电力。
重点总结：要取得盐，可用蒸发（快速）或结晶（较纯净）；要取得纯水，可用蒸馏或其他海水淡化方法。
3. 化学测试：是水吗？是盐吗？
很多液体看起来都像水。化学测试会产生清楚可见的变化，显示样本中含有什么物质。
测试水
无水硫酸铜(II) – 把几滴液体加到白色粉末上。如果有水存在，粉末会变成蓝色。（“无水”即“不含水”的意思。）
干燥的氯化钴(II)试纸 – 用干燥、蓝色的氯化钴(II)试纸接触液体。如果有水存在，试纸会变成粉红色。试纸在使用前必须是干燥的。
记忆小贴士：铜由白变蓝；钴由蓝变粉红。
含有水不等于是纯水！
这些测试只能显示液体中含有水。海水和橙汁同样能通过测试。要检验水是否纯净，便要测量它的沸点和凝固点：在正常大气压下，纯水在 100 °C 沸腾，在 0 °C 凝固。海水的沸点高于 100 °C，凝固点则低于 0 °C。
测试钠：焰色反应
把干净的镍铬丝圈浸入样本，然后放进本生灯的非光焰（蓝色火焰）中。含钠的样本会产生明亮的金黄色火焰。要彻底清洁镍铬丝，因为即使只有微量的钠也会显现出来。其他金属会产生其他焰色 – 详见《岩石和矿物》。
测试氯化物：酸化硝酸银溶液
在少量样本溶液中，先加入数滴稀硝酸，再加入硝酸银溶液。如果出现白色沉淀（溶液中生成的固体），即氯化银，便表示有氯化物存在。先加酸是为了防止碳酸盐等物质造成错误的结果。硝酸银会弄脏皮肤，所以要戴上手套和护目镜。
综合运用各项测试
例子：一个瓶子装着蒸馏水，另一个瓶子装着海水。
步骤 1 – 两者都能令无水硫酸铜(II)变蓝：两者都含有水，所以这个测试不能把它们区分出来。
步骤 2 – 只有海水产生金黄色火焰（钠）。
步骤 3 – 只有海水与酸化硝酸银溶液产生白色沉淀（氯化物）。
结论 – 该样本含有氯化钠，所以是海水。
重点总结：水：硫酸铜(II)由白变蓝，氯化钴(II)试纸由蓝变粉红。钠：金黄色火焰。氯化物：与酸化硝酸银溶液产生白色沉淀。
4. 选择合适的分离方法
你要评估哪种方法适合某个情况，并说明理由。记住：过滤能把不溶的固体（残渣）和液体（滤液）分开。
问自己三个问题
1. 物质是否已溶解？未溶解的东西（沙、海藻、塑料碎）可以过滤除去，溶解了的盐却不可以。
2. 我想要固体还是液体？要固体：用蒸发或结晶。要液体：用蒸馏。
3. 要多纯净、多快、多便宜？结晶较纯净但较慢；蒸馏需要较多能量。
用哪种方法？试试这些情境
A. 除去海滩水样本中的沙和塑料碎：用过滤，因为它们不溶于水。
B. 在船上从海水取得饮用水：用蒸馏，因为我们想要的是水，而不是盐。
C. 找出 100 g 海水中溶解盐类的总质量：用蒸发至干，因为我们需要全部固体，而且不要求纯度。
D. 取得纯净、形状规则的盐晶体：用结晶。
E. 从浑浊的海水中取得干净的盐：先用过滤除去泥沙，再把滤液结晶。现实中的问题往往需要用上两种方法！
常见错误：“把海水过滤便可以饮用。”错！盐已溶解在水中，会和水一起穿过滤纸。过滤后的海水仍然是咸的。
重点总结：先问：物质已溶解吗？想要固体还是液体？要多纯净、多快、多便宜？然后说明你的理由。
5. 水的电解
以上的方法都是物理方法。电解则不同：它利用电把化合物分解成较简单的物质。水会分解成氢气和氧气，所以这是化学变化。
文字方程式：\(\text{水} \xrightarrow{\text{电}} \text{氢} + \text{氧}\)
化学方程式：\(2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2\)
纯水的导电能力很弱，所以要加入少量电解质，例如硫酸钠或稀硫酸。我们不会使用氯化钠，因为它可能产生有毒的氯气。
微型实验装置
1. 把硫酸钠溶液倒进一个小培养皿。
2. 把两支小管注满同一溶液，倒转放在两支碳电极（例如铅笔芯）上，管内不可留有空气。
3. 把电极连接到一个 9 V 电池。
4. 观察气泡在管内聚集，并比较两种气体的体积。
为什么用微型实验？只需几毫升化学品，所以更便宜、更安全，而且产生较少废物。
结果：氢气是氧气的两倍
负极：氢气。正极：氧气。氢气的体积约为氧气的两倍，\(\text{氢} : \text{氧} \approx 2 : 1\)，与水的化学式 \(\text{H}_2\text{O}\) 相符。实际结果可能略高于 2 : 1，因为氧气在水中的溶解度比氢气稍高。
记忆小贴士：“正氧负氢”– 正极产生氧气，负极产生氢气。
测试气体
把燃着的木条放在管口，氢气会燃烧并发出“噗”的一声。氧气能令带火星的木条复燃。更多气体测试的内容，请参阅《碳循环和从空气中提取的气体》。
氢气是一种洁净燃料：燃烧后只会产生水。
常见错误：以为氧气在负极产生，或以为氧气的体积是氢气的两倍。其实是氢气在负极产生，而且体积是氧气的两倍。
重点总结：电解把水分解成氢气（负极）和氧气（正极），两者的体积比约为 2 : 1。
重点回顾
1. 海水：含约 3.5% 溶解了的盐类，主要是氯化钠，还有镁、钙和钾的化合物。
2. 蒸发较快；结晶（例如盐田）得到的盐较纯净。
3. 蒸馏（蒸发 + 凝结）和反渗透都能从海水制造淡水。
4. 水：硫酸铜(II)由白变蓝；氯化钴(II)试纸由蓝变粉红。这只表示含有水，不一定是纯水！
5. 钠：金黄色火焰。氯化物：与酸化硝酸银溶液产生白色沉淀。
6. 过滤只能除去不溶的固体。选择分离方法时，一定要说明理由。
7. 水的电解：负极产生氢气，正极产生氧气，体积比约为 2 : 1。
海洋小科学家，做得好！