土壤的成分

第一步：证明含有空气。 取一块未被踩踏的干燥土壤放入烧杯，缓缓加水浸没，可见有气泡从土壤中冒出，说明土壤中含有空气。为什么要用未踩踏的土壤：踩实的土壤孔隙被压小，空气少，气泡不明显；同时要用干燥土壤，避免原有水分干扰后续测量。

第二步：证明含有水。 取土壤放入干燥的试管中，用酒精灯均匀加热（试管口略向下倾斜），可见试管内壁出现水珠，说明土壤中含有水分。试管口向下是为了防止冷凝水倒流回热的管底使试管炸裂。

第三步：证明含有有机物（腐殖质）。 取一块充分干燥的土壤放在石棉网上用酒精灯强热，可见土壤颜色变浅、并有焦臭味，冷却后称量发现质量减轻。说明其中的有机物（腐殖质）被烧掉了。必须先干燥，否则减轻的质量里混入了水分，无法说明是有机物。

第四步：证明含有无机盐。 取上一步灼烧后的土壤加水搅拌、静置后过滤，取滤液放在蒸发皿中加热蒸干，可见皿底留下白色斑迹，这就是溶于水的无机盐。为什么要用灼烧过的土壤：先烧掉有机物，才能确认剩下的白色物质是无机盐而非有机物残留。

第五步：总结实验思路。 四个实验分别用「排水见气泡」「加热见水珠」「灼烧见减重与焦味」「过滤蒸干见白斑」四种现象，一一对应四种成分，是本章最经典的实验组合。

第一步：分析设计意图。 铁块不含孔隙，注水量代表「烧杯中除去 $V$ 体积固体后剩余的空间」；土壤含有孔隙，注水时水会填进孔隙，因此注水量会更多，多出来的部分就是土壤中原本被空气占据的体积。第二步：写出计算式。 设浸没铁块用水 $V_1$，浸没土壤用水 $V_2$，则土壤中空气的体积 $V_{\text{空气}} = V_2 - V_1$，空气的体积分数为 $\dfrac{V_2 - V_1}{V} \times 100\%$。

第三步：代入一组数据验证。 若 $V = 50\ \text{cm}^3$，$V_1 = 100\ \text{cm}^3$，$V_2 = 110\ \text{cm}^3$，则 $V_{\text{空气}} = 110 - 100 = 10\ \text{cm}^3$，体积分数 $= \dfrac{10}{50} \times 100\% = 20\%$，与土壤中空气一般占 $15\%$ 至 $25\%$ 的结论相符。

第四步：分析误差来源。 土壤必须干燥，否则原有水分占据了孔隙，测得的空气偏小；注水要缓慢，让空气充分排出，否则残留气泡使结果偏小；两次的土壤与铁块体积必须严格相等。

第一步：判断减少的质量是什么（第 1 问）。 样品已充分干燥，故其中不含水分；灼烧时被烧掉并有焦臭味的是有机物（腐殖质），矿物质在这个温度下基本不变。所以减少的 $3.0\ \text{g}$ 就是有机物的质量。

第二步：求出减少的质量并列式求质量分数（第 2 问）。 $\Delta m = 50.0 - 47.0 = 3.0\ \text{g}$，故质量分数 $=\dfrac{\text{有机物质量}}{\text{土壤总质量}} \times 100\% = \dfrac{3.0\ \text{g}}{50.0\ \text{g}} \times 100\% = 6\%$。

第三步：检验单位与合理性。 分子分母单位相同、相除后无单位，符合质量分数的定义；$6\%$ 与教材中腐殖质约占 $5\%$ 的结论接近，结果合理。第四步：分析未干燥的影响（第 3 问）。 若未干燥，灸烧时水分也会一同失去，$\Delta m$ 中除有机物还含水，故减少的质量偏大，算出的有机物质量分数也偏大。答：减少的是有机物 $3.0\ \text{g}$；质量分数为 $6\%$；未干燥会使结果偏大。