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水的奥秘第一章水的神奇世界水的基本特性基本物理性质物理参数三态变化时水是一种无色、无味、透明的液体,在自然•密度
1.0g/cm³(4°C最大)础标压界中广泛存在它是生命存在的基,也是•沸点100°C(准大气下)质标压地球上最常见的物之一•熔点0°C(准大气下)水的三态变化固态(冰)时规结积温度低于0°C,水分子排列成有律的晶体构,形成冰冰的体比质约这独质同量的水大大9%,是水的一个特性液态(水)态这们态0°C至100°C之间,水呈液是我最常见的水的形,分子之间有氢键连一定自由度但仍保持一定的接气态(水蒸气)水的分子结构揭秘H₂O分子结构氢组结键约为这水分子由两个原子和一个氧原子成,呈角形构,角
104.5°种特殊的状许独质几何形决定了水的多特性极性分子对氢匀由于氧原子电子的吸引力大于原子,水分子中形成了不均的电荷分布,使水成为极性分子氢键的形成氢键许质氢水分子间的是水的多特殊性的根源一个水分子中的原子能与另一个水分氢键这键子中的氧原子形成,种比一般分子间作用力强得多水的独特性质来源于氢键高比热容高表面张力热这张数这水的比容异常高(
4.2J/g•°C),意味着水水的表面力比大多液体都高,使得水滴能热热让需要吸收大量量才能升温,同样放出大量量够形成近乎完美的球形,也一些昆虫能够在水这为调节这氢键导才能降温使水成地球气候的器,保持面上行走是由于水分子间强大的作用对稳温度相定致的优良溶剂异常密度变化剂许质这质态时态水是一种优秀的溶,能溶解多物一特几乎所有物在固密度大于液,但水例为内进应质性使水成生物体行化学反的理想介,外冰的密度比水小,所以冰会漂浮在水面上环带矿质这也是水循能够携物的原因保护了水下生物在寒冷冬季的生存水分子间的氢键氢键键是一种特殊的分子间作用力,比普通的分子间引力强3-5倍,但比共价弱10倍左右氢带带负•水分子中的原子部分正电荷,氧原子部分电荷氢氢键•一个分子中的原子被另一个分子中的氧原子吸引,形成氢键•每个水分子最多可以形成4个氢键规则络结•在冰中,形成的六边形网构态氢键断断•在液水中,不裂和重新形成第二章水的组成与化学式水的化学组成元素组成化学式H₂O的含义组氢水是由两种元素成的化合物•一个水分子含有2个原子和1个氧原子数为氢轻•原子量比2:1(H)周期表中最的元素质约为氢•量比1:8(:氧)氧(O)生命必需的元素积为氢这结•体比2:1(气:氧气)两种元素按特定比例合,形成了地球上最常见的化合物之一水的电解实验2:
11.23V100%氢氧体积比理论电解电压转化率产氢积积验证论压为现氢电解水生的气体是氧气体的两倍,水电解的理最小电
1.23伏特,实际操作中在理想条件下,电解可以实水到气和氧气的为₂压转了水的化学式H O通常需要更高电完全化组验过将为氢这过仅组纯净氢电解水是研究水化学成的重要实通向水中通入直流电,可以水分解气和氧气一程不展示了水的成,也是制备气和氧气的方法之一应电解反的化学方程式电解水实验装置实验准备•霍夫曼电解装置馏•蒸水为质•少量硫酸(作电解)•直流电源实验步骤
1.向装置中加入稀硫酸溶液连调节压
2.接电源,电观产
3.察两极生气泡测积
4.量收集的气体体实验现象负阴产氢产氢积积极(极)生气,正极(阳极)生氧气气体是氧气体的两倍,符合水分子中H数和O的原子比水的净化过程转从污染到清洁的变之旅自然界中的水污染现状水污染对生态和健康的影响工业废水污染态产过废质严胁态•破坏水生系统平衡工业生程中排放的水含有重金属、有机物等多种有害物,重威水生导•致水生生物大量死亡系统和人类健康饮问题•引发用水安全•增加水处理成本生活污水污染胁导•威人体健康,可能致慢性疾病剂•影响农业灌溉和工业用水城市和农村生活污水中含有大量有机物、洗涤、病原微生物等,如果未经处理直营养接排放,会造成水体富化农业面源污染导过农田使用的化肥、农药随雨水流入河流湖泊,致水体氮磷含量高,引发藻类大态量繁殖,破坏水生平衡水的净化方法沉淀过滤消毒悬颗剂进颗过质悬线杀灭来利用重力作用使水中浮粒下沉可添加混凝(如明矾)促小通多孔介(如砂、活性炭)去除水中的浮物和部分溶解物活性使用氯气、臭氧或紫外水中的病原微生物自水厂通常使用氯较颗产产粒聚集成大粒,加速沉降炭能有效吸附有机物和异味消毒,但也可能生消毒副物家庭净水器的工作原理净结净术家用水器通常合多种化技滤锈颗杂质•PP棉芯去除泥沙、铁等大粒•活性炭吸附异味、余氯和部分有机物滤细颗•超膜去除菌、胶体等微小粒渗•反透膜可去除溶解性固体、重金属等杀灭细•紫外灯菌和病毒水净化流程图原水收集过栅从水源(河流、湖泊、地下水等)收集原水,通格去除大型漂浮物混凝沉淀剂细悬颗颗加入混凝使小浮粒聚集成更大粒,在沉淀池中沉降分离砂滤过滤进细悬通砂池一步去除水中小浮物,提高水的透明度活性炭吸附质标去除水中的异味、色素和部分有机污染物,提高水感官指消毒过线杀灭细通加氯、臭氧或紫外水中的菌、病毒等病原微生物水质检测对进检测饮标处理后的水行全面,确保符合用水准第三章爱护水资源的重要性来保护生命之源,共建美好未全球水资源现状水资源分布不均饮地球上
97.5%的水是咸水,主要存在于海洋中,不能直接用或用于灌溉仅约锁有
2.5%的水是淡水,而其中大部分(
68.7%)被在冰川和永久冰盖中资浅层人类可直接利用的淡水源(河流、湖泊、地下水)占地球总水量的不到1%约资严区预计将临压全球有20亿人生活在水源重短缺的地,到2025年,有三分之二的世界人口面用水力资仅为贫中国人均水源量世界平均水平的1/4,是全球13个水国家之一海洋
97.5%冰川
1.7%地下水
0.7%淡水湖泊
0.06%河流
0.01%节约用水的必要性全球水危机1水资源短缺2水污染加剧3气候变化影响4人口增长与城市化5水资源浪费的实例费节水小妙招•一个滴水的水龙头一天可浪20-40升水费•马桶漏水每天可浪200-400升水节节约使用水型马桶和水龙头•洗澡用淋浴比盆浴可50%的水•洗车使用水管冲洗比使用水桶可多耗水5倍浇洗菜水可用于花时及修理漏水的管道饮收集雨水用于非用用途满载洗衣机再使用地球水资源分布海洋(咸水)冰川和极地冰盖地下水地表淡水饼图观绝资从可以直看出,地球上大部分水源是海洋中的咸水,而人类可直接利用的淡水资为这现状资为源极有限一使得水源保护变得尤重要资人类可利用的淡水源中,地下水占30%,地表水和大气水占10%,其余60%存难在于冰川和极地冰盖中,以直接利用水在生活中的应用础水是生命之源,也是人类文明发展的基水的多种用途饮用水农业灌溉工业生产维约产人体需要充足的水分持正常生理功农业是最大的用水部门,全球70%的水在工业生中用途广泛,包括冷却、应饮现术约能成年人每天用
1.5-2升水,儿淡水用于农业灌溉代灌溉技如滴清洗、原料等工业用水占全球淡水纯净喷资环显童和老年人的需水量也各不相同灌、灌可大大提高水源利用效率,使用量的20%循用水系统可著减饮对关资费的用水健康至重要减少水源浪少工业耗水量水与人体健康的关系•水占人体重量的60-70%导现为劳调节缺水会致脱水,表口渴、头痛、疲、尿量减少、尿色•帮助体温严胁营养质加深等重脱水会威生命•运输物和氧气内废•排出体物饮计润关节每天水量的算公式•滑组•保护脊髓和其他敏感织饮约例如,一个60千克的人每天需要水
1.8升水的物理变化与化学变化水的物理变化水参与的化学变化应应为简单水解反水与某些化合物反,使其分解更的化合物应结为蓝水合反无水物与水合形成水合物,如无水硫酸铜变色的五水硫酸铜还应还应锈氧化原反水参与的氧化原反,如铁生蒸发锈铁生的化学方程式态热为液水吸收量变水蒸气凝结这应转为氢锈是一种水参与的氧化反,水和氧气共同作用使铁化氧化铁(铁)释热为态水蒸气放量变液水凝固农业灌溉与工业用水约这农业是全球最大的用水部门,占淡水消耗总量的70%在一些发展中国家,一比例甚至可达资对关90%农业用水主要用于作物灌溉,水源的有效利用粮食安全至重要约产工业用水占全球淡水使用量的20%在发达国家,工业用水比例更高工业生中,水主要用于为剂环节约资径冷却、清洗、作溶或原料提高工业水循利用率是水源的重要途提高水资源利用效率的方法1发展节水农业技术喷进术将传推广滴灌、微灌、智能灌溉等先技,可统灌溉效率从30-40%提高到90%以上2实施工业水循环利用过环产通水处理和循系统,同一批水可在工业生中多次使用,大幅减少取水量3发展海水淡化技术区为资虽较术断进在沿海缺水地,海水淡化可作重要的水源补充,然成本高,但技不步第四章水的科学探究与实验科学探索水的奥秘水的硬度测试实验硬水与软水的区别硬水对生活的影响损热硬水•形成水垢,坏水器和水管剂•增加洗涤的使用量较钙镁难壶内含有多、离子的水肥皂在硬水中以起泡,容易在水壁形成水垢•降低洗涤效果饪质•可能影响某些食物的烹量软水饮钙镁矿质•长期用硬水可能有助于补充、等物钙镁较含、离子少的水肥皂容易起泡,不易形成水垢硬度分类(以CaCO₃计)0-50mg/L50-100mg/L极软水软水100-150mg/L150-300mg/L中等硬水硬水时壶内硬水使用一段间后,水会形成水垢300mg/L极硬水水的酸碱性测试
7.
06.5-
8.
55.6纯净水的pH值饮用水pH范围自然雨水pH值论纯净为标规饮应过过饮约为理上,水的pH值
7.0,表示中性,既不酸也不碱国家准定用水的pH值在
6.5-
8.5之间,酸或碱都不适宜用由于空气中二氧化碳的溶解,未受污染的自然雨水pH值
5.6,呈弱酸性水的pH值测定方法指示剂法仪器法试纸红蓝计过测氢•石蕊中性呈紫色,酸性呈色,碱性呈色•pH通电极量溶液中离子的活度试剂红测试•酚酞中性和酸性无色,碱性呈色•便携式pH笔适合野外或家庭使用试纸颜对应测•pH根据色变化不同pH值•自动滴定仪可精确定溶液的pH值变化试纸测围•万能pH可定更精确的pH值范水质测试仪器硬度测试仪pH测试仪过测钙镁测专计通量水中离子含量确定水的硬度常精确量水的酸碱度业pH可达到测试检验质监测用方法有EDTA滴定法和硬度条快速±
0.01pH的精度,适用于实室和水测站多参数水质分析仪测导浊数测试集成量pH值、溶解氧、电率、度等多种参,一机多用,提高效率实验室水质分析步骤净
1.采集水样,注意使用干的容器现场测稳数
2.定不定参(如pH值、溶解氧等)时检
3.保存水样并及送标进项标测
4.按准方法行各指定数评
5.据分析与价质检测应标进结简测试为水遵循国家准方法行,确保果准确可靠家庭易可作参考,但不能专检测替代业水的奥秘总结生物学意义物理+生物化学+生物综合作用物理+化学物理性质化学性质复习与思考生活中如何科学用水水的净化与资源保护们水的分子结构与性质的关系了解水的特性和用途,帮助我在日常生活临严战净资节约水污染是全球面的峻挑,理解水的中更科学地使用水源从用水、减少结氢键对资质选择当质践水分子的角形构和极性特征决定了的化原理和方法,于保护水源、确保水污染、适水等方面入手,行可持进许质关应资续形成,而影响水的多特殊性,如高比安全至重要每个人都参与到水源保发展理念热张这来容、高表面力、异常密度变化等些护中为质特性使水成生命存在的理想介思考题为这对环过
1.什么冰会漂浮在水面上?一特性自然界有何重要意义?
1.水在地球上的循程是怎样的?过简单验区软认为来现术
2.如何通实分硬水和水?
2.你未可能出哪些新的水处理技?验诉们没态现
3.水的电解实能告我水的哪些信息?
3.如果地球上有液水,会出什么情况?过这问题们认识对环通深入思考些,我可以更好地理解水的奥秘,到水生命和地球境的重要性结束语资水是生命之源,保护水源,珍惜每一滴水过课习们结质净应独结这通本次程学,我了解了水的分子构、物理化学性、化方法以及在生活中的重要用水的神奇特性源于其特的分子构,而些特性为础又使其成生命存在和发展的基对严资问题资为责们为资节面日益峻的水源短缺和水污染,保护水源已成全人类的共同任希望同学能够成水源的守护者,从日常生活中的点滴做起,约为这贵资贡用水,减少污染,保护地球上一珍源献自己的力量让们记贵为资贡我住每一滴水都珍,每一个人都能水源保护做出献!谢谢大家!。
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