关键概念
化学
溶液
互溶性
极性
溶解度
引言
你可能知道一些液体，例如油和水，不会混合在一起。如果你将它们倒入同一个容器中，它们会形成单独的液层，一层在另一层之上。其他液体，例如外用酒精和水，可以混合在一起。但是你知道吗，一旦这两种液体混合在一起，你就可以再次将它们分离成两个不同的层？你该怎么做呢？答案可能会让你惊讶——用盐！在这个活动中，你将了解这是如何运作的。
背景
当两种液体可以混合在一起时，它们是“互溶的”——它们形成一种叫做均相溶液的东西，这意味着你无法再区分这两种液体。相反，当它们不能混合时，它们是“不互溶的”——它们将形成两个单独的层，称为非均相溶液。为了能够混合，两种液体的分子必须能够相互吸引。极性分子（意味着它们的电荷分布不均匀，因此它们具有更正的一侧和更负的一侧）倾向于形成氢键，而非极性分子（具有相等的电荷平衡）则不倾向于形成这种键。由于水分子是极性的，任何不具有极性分子的液体（例如油）通常与水不互溶。
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外用酒精分子具有极性和非极性部分，这意味着它们能够与水形成氢键，因此能够与水混合。但是，一旦混合，你如何打破这些键以分离两种液体呢？你必须向混合物中添加一些与酒精竞争结合水分子的物质。盐就是一种可以做到这一点的物质。盐是一种离子化合物，意味着它是由带电分子（称为离子）组成的物质。当离子化合物溶解在水中时，单个离子分离并被水分子包围——这个过程称为溶剂化。由于盐离子带电，它们在极性溶剂中溶解得更好，极性溶剂也比非极性溶剂稍微带更多电荷。因此，盐离子比酒精分子更强烈地吸引水分子，因为酒精的极性不如水。这意味着当有大量盐时，所有水分子都会与盐离子结合，而不会留下任何水分子与酒精分子形成氢键。结果，酒精变得与水不互溶，并开始形成单独的层。这个过程称为“盐析”或“盐诱导相分离”。
历史上，这种方法已用于肥皂制造过程中，以去除最终肥皂产品中不应存在的成分。盐析也常用于生物化学实验室中纯化蛋白质，因为不同的蛋白质分子在不同浓度的盐溶液中变得不互溶。化学家使用这种技术从溶液中提取液体，这正是你将在此活动中要做的事情：你将仅使用一茶匙食盐来分离外用酒精和水的混合物！
材料
四个透明迷你杯（两盎司），带盖
永久性记号笔
自来水
外用酒精（70% 异丙醇）
食盐
一套量匙
可以容忍溢出的工作区域
乙醇或丙酮（可在五金店找到）（可选）
盐替代品，例如氯化钾或泻盐（可选）
准备工作
用永久性记号笔标记迷你杯 1、2、3 和 4。
向 1 号杯和 3 号杯中加入一汤匙半的水。
向 2 号杯和 4 号杯中加入一汤匙半的外用酒精。
步骤
向 1 号杯中的水中加入一茶匙盐。盐会发生什么？它会溶解在水中吗？
盖上盖子，摇晃杯子约 20 到 30 秒。混合物看起来怎么样？
使用 2 号杯（装有外用酒精）重复前两个步骤。这次盐会发生什么？混合物看起来与水盐混合物不同吗？
取下永久性记号笔的盖子，将其尖端在 3 号杯的水中旋转约 10 秒钟。盖上杯盖，摇晃五秒钟。墨水会溶解在水中吗？摇晃后溶液看起来怎么样？
使用 4 号杯（外用酒精）重复上一步。所得混合物看起来是否不同？如果是，有什么不同？你能解释这些差异吗？
接下来，将 4 号杯中的酒精倒入 3 号杯的水中。盖回盖子，将混合物旋转五秒钟。外用酒精会与水混合吗？混合物的颜色会发生什么变化？你看到有分层形成吗？
现在，向 3 号杯的混合物中加入一茶匙盐。盖上杯盖，摇晃 20 到 30 秒。向混合物中加入盐后会发生什么？混合物在摇晃前后看起来是否不同？如果是，它看起来有什么不同？你能解释你的结果吗？混合物是什么颜色？
附加题：你能用盐分离其他液体混合物吗？乙醇和水或丙酮和水怎么样？尝试不同的液体混合物来找出答案！
附加题：是否有其他盐——例如氯化钾、盐替代品或泻盐——你可以用来分离液体？重复测试，但这次使用与食盐不同的盐。你仍然看到相同的结果吗？如果不是——你的结果有何不同？
附加题：你需要多少盐才能分离外用酒精和水？通过改变你添加到外用酒精和水混合物中的盐量来找出答案。
观察和结果
你应该已经看到盐很容易溶解在 1 号杯的水中。（摇晃后，盐似乎消失了。）记住，这是因为离子盐分子很容易与极性水分子结合。然而，盐在 2 号杯的外用酒精中不容易溶解。（即使摇晃后，你仍然可以看到盐。）这是因为酒精分子的极性不如水，因此盐离子不容易与它们结合。
对于永久性记号笔墨水，你应该观察到完全相反的现象。墨水在水中溶解不好，但在酒精中很容易溶解，使后者颜色更深。这是因为外用酒精也有一部分分子没有电荷，并且是非极性的。这部分与非极性分子（例如记号笔墨水）更相容。
当你将外用酒精与水混合时，后者的分子与水分子形成氢键。酒精溶解在水中形成均相溶液，因此你无法再区分酒精和水。但是，如果你向混合物中加入盐，盐会想要溶解在水中，并与酒精竞争水分子。由于可用于与酒精分子形成氢键的水分子较少，因此酒精在水-酒精混合物中的溶解度降低，最终在水面上形成单独的层。两层都应具有不同的颜色，水大多是透明的，而酒精的颜色更深。发生这种情况是因为记号笔墨水更容易溶解在外用酒精中。
清理
用大量冷水将所有混合物冲入水槽。洗手并清洁你的工作区域。
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