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前言
本书是为在联合王国和国外欲通过普通科学或综合科学的级(
①)或考试( ②)的学生,选修一门研究课程而编
写的。
全书共章,教材内容包括生物学、化学、物理和地球科学,每章讨
论一个专题。各章包括基本事实、概念、实验说明以及自学与检验用的习题。
本书的编排可作为两年的研究课程,但这决不意味着必须按照本书的顺
序进行讲授。事实上,我们曾设想,教师们会以多种方式大大丰富本书的课
题,因此我们的着眼点是使学生能够方便地获得书中所列各简明标题的有关
知识。为了强调各学科之间的基本联系,在适当的地方我们作了相互参照,
然而,由于学生们受到了各分学科的“熏陶”,我们希望为未来的专家研究
各分学科开辟道路。
阿瑟顿
邓肯
麦克恩

① Olevel-Ordinarylevel,意为(中学生)普通级考试。
② CSE-CertificateofSecondaryEducation 的缩写,意即中学教育证书。——译者注
科学的今天和明天
物质
§ 物质的分离
纯净物和混合物
我们身边某些物质是混合物,它们由两种或两种以上的物质组成,而仅
由一种物质组成的物质称为纯净物。土壤、空气、牧草、啤酒和牛奶都是混
合物,糖则是一种纯净物。
有时,很容易观察到混合物中的不同物质,例如,玉米和蚕豆组成的混
合物以及土壤就是如此。但是,许多混合物看上去好象只是由一种物质组
成,如啤酒。对啤酒这样的混合物,只有将其分离成它的组成物,才能证明
它是混合物。
通过检验物质的性质,可以查明该物质是纯净物还是不纯物。每一种纯
净物均具有其区别于其它任一纯净物的一系列性质。例如纯水之所以不同于
其它液体,这是因为它是唯一在℃时凝固,在℃时(海平面上)沸腾
和密度为克厘米的物质。
如果所取的水样在℃(在海平面上)沸腾,且密度大于,这
就可以知道,该水样肯定是水和其它物质的混合物。尽管有时混合物看起来
好象是一种纯净物,但混合物的某些性质肯定与组成该混合物的纯净物的性
质有所不同。
某些分离物质的方法
图表示如何从纯砂粒、食盐和水所形成的混合物,将其三种组分分
离开来。在此图中有几个重要的名词术语,读完本章即可理会它们的含义。
过滤和蒸发
如果将食盐同水混合振荡,则食盐“消失”掉。
我们把这种现象说成是食盐溶解于水形成了溶液。但是,如果把砂子加
入水中,就会看到砂粒或“悬浮”在水中,或沉到容器底部形成砂层。食盐
可溶于水而砂子不能溶于水。
过滤是把不溶性固体与液体分离开来的一种方法。在一些农村里,就是
利用过滤的方法来清洁含有泥沙的河水。如图所示,在水桶口蒙上一块
布,然后将混浊的河水倒入桶内,泥沙不能透过布面上的细孔,而水却能够
穿过布进入水桶。
我们常用的自来水往往经水厂进行过滤净化处理。当水缓缓流过由砂石
构成的颗粒床时,水中夹带的颗粒物质被截留,清水由床底流出。
蒸发是把可溶性固体物质从其溶液中分离出来的一种方法。加热溶液,
把液体(溶剂)蒸发掉,就可得到固体物质(溶质)。
如果只是蒸发掉溶液中的部分溶剂,那么可获得浓度较大的溶液,使这
部分溶液冷却,就可得到溶质的晶体,这种过程称为“结晶”。结晶之所以
发生,是因为在相同体积的溶剂中,较低温度时只能溶解较少量的溶质,因
此,未被溶解的溶质则以固体结晶析出。
实验分离砂子和食盐的混合物
把砂子和食盐的混合物放入盛有水的烧杯并进行搅动,然后用图所
示的装置进行过滤,滤纸的作用与图中布的作用相同。
现在从食盐溶液(滤液)中提取固体的食盐。把滤液倒入蒸发皿中(图
)加热,直到里面剩下很少量的溶液为止。然后把剩下的滤液放在蒸气
浴上加热(图)。观察蒸发皿边缘上的食盐晶体。
蒸馏
由滤液制得固态食盐可用图所示的两种方法。这两种方法都
是把两种物质的混合物分离成溶剂和溶质两部分。然而,蒸馏不同于蒸发,
蒸馏可获得两种而不只是其中的一种物质,其原因是在蒸馏中人们把从液体
中挥发出来的蒸气“收集”后,又在其它容器内将其冷凝成了液体。
实验由食盐水制取纯水
允许品尝本实验所用的液体,但决不许可品尝实验室里的任何其它物
品,因为许多物质对人体是很有害的。
在约的水中溶入一勺食盐,品尝溶液的味道。把溶液倒入一可加
热的试管中,并加入少许浮石。然后用图所示的装置对溶液进行加热。
当溶液开始沸腾,即把火关小,以使液体缓缓地沸腾。
·试管内可观察到什么现象?
继续加热,直到试管内收集到液体约为厘米为止。
·这时试管内的液体尝起来是咸味的吗?
·此刻食盐到哪里去了?
在所有的蒸馏过程中,较易挥发的物质(沸点低的