这种方法可行吗

周国霞

八年级《物理》（人教版）上册课本第85页“动手动脑学物理”中的第4题，提出了一种想从酒精和水混合液体中把酒精分离出来的方法：

小明想从酒精和水混合液体中把酒精分离出来.他想，水的凝固点是0 ℃，酒精的凝固点是－177 ℃，只要把混合液体放入电冰箱的冷冻室（冷冻室温度可达-5 ℃）中就可以了.于是他照此办理，但是经过相当长的时间后，小明从冷冻室取出酒精和水的混合液体时，却发现水和酒精并没有分离出来.

就这个现象你能提出的问题是：_______，针对你提出的问题能做出的合理猜想是：_______.

此习题重在考查同学们根据所提供的物理情景提出问题和进行猜想与假设的能力.由收集的信息可发现水中放入酒精后凝固点会降低，因而提出“为什么酒精和水的混合液体没有因为凝固点不同而分离出来？”的问题.进而做出猜想：可能酒精和水混合后，溶液凝固情况发生了变化.

抛开本题所提的问题和答案，我们再深入思考一下：用降低温度凝固的方法能使酒精和水的混合液分离吗？

让我们通过实验来探究这种方法是否可行.我们首先将12.5 mL无水乙醇（酒精纯度为99.7％）与12.5 mL冷水混合，搅拌均匀成为酒精和水的混合液，混合时明显感觉有热量放出.用塑料袋将酒精和水的混合液装好，并插入一支温度计，密封好.在室内温度为10 ℃的情况下，放入电冰箱的冷冻室内冷冻（冷冻室温度调至－8 ℃）.13 h后，从冷冻室取出，取出时温度计的示数为－8 ℃.结果发现酒精和水混合液中的水并没有结冰，没有任何固体物质出现，仍为混合液，酒精和水并没有被分离开来.

与上述实验步骤类似，将配有不同比例的水和酒精的混合物放入冷冻室中，并用温度计监测混合液的温度，定时观察，所测量的数据和观察到的现象记录如下页表所示.

从表面上看，由于水的凝固点为0 ℃，酒精的凝固点为－117 ℃，似乎可以用降低温度凝固的方法，使酒精和水的混合液中的水在0 ℃以下结冰成为固体，剩下没有结冰的便是酒精，从而将水和酒精分离.而实验结果证明不是这样的，用降低温度凝固的方法是不能把酒精和水的混合液分离开的.为什么在－8 ℃时，混合液（酒精体积和水体积之比1∶1、1∶3）中的水还未凝固呢？而在－6 ℃时，混合液（酒精体积和水体积之比1∶30）开始凝固，酒精却并未从水中分离出来呢？

从实验现象我们可以归纳出：水中混入酒精后凝固点将降低，不同浓度混合液的凝固点将不同.之所以出现这种现象，是由于物质的依数性所决定的.物质的依数性就是当两种物质混合之后，混合物中各组成成分的性质会发生改变.举一个生活中的例子，如冬天在下雪或是结冰的路面上洒上一些食盐，形成溶液之后可以降低水的凝固点，使路面上的水不易结冰.因此水和酒精的混合物在－5 ℃的环境里不凝固是可能的.另外，由于酒精与水可以任意比例混合，组成酒精的分子和组成水的分子结合成氢键（关于什么是氢键，同学们将在九年级化学中学到，感兴趣的同学可以看化学书或问老师），需要较多的能量才能破坏这种化学键.当降低温度时，温度低，分子运动不剧烈，无法使两种物质分离，最终表现为混合液一起发生凝固的现象.

那么，我们可以通过什么方法把酒精从酒精和水混合液中分离出来呢？加热使混合液沸腾能不能把酒精从酒精和水混合液中分离出来呢？下面还让我们通过实验来探究这个问题.

我们将100 mL无水乙醇（酒精纯度为99.7％）与100 mL冷水混合，搅拌均匀成为酒精和水的混合液，取其中混合液80 mL放入烧瓶中，并从瓶塞的孔中插入温度计和导气管，导气管的另一端接在收集酒精气体的塑料袋上，将塑料袋密封放入冷水中.用酒精灯给烧瓶加热，当混合液的温度升高到76 ℃时，有少量的小气泡上升；升高到78 ℃时有少量的大气泡上升；加热到83 ℃时，有大量的大气泡上升，到液面破裂，而且温度一直稳定在83 ℃不变，说明混合液的沸点为83 ℃，不是78 ℃，也不是100 ℃.加热一段时间后，80 mL混合液减少为50 mL，有30 mL已汽化.对50 mL剩余混合液测其质量为47.4 g，计算出密度（九年级将学到）为9.5 g/cm³，接近水的密度1.0 g/cm³，说明由于沸腾，汽化的主要是酒精，没有汽化的主要是水.实验证明用加热使混合液沸腾的方法能使酒精和水分离开来.

责任编辑 程 哲