第三单元 自然界的水

第一节 水的组成

一、水的物理性质

纯净的水是没有颜色、没有气味、没有味道的液体。在101kPa时，水的凝固点是0℃，沸点是100℃，4℃时密度最大，为1g/mL。

二、水的电解实验（实验装置如右图）

【实验现象】

① 通电后，电极上有气泡产生。通电一段时间后，两个试管内汇集了一些气体，与正极相连的试管内的气体体积小，与负极相连的试管内的气体体积大，体积比约为1：2，质量比约为8：1。

② 与正极相连的试管内的气体可以使带火星的木条复燃；与负极相连的试管内的气体移近火焰时，气体能够燃烧，火焰呈淡蓝色。

【实验结论】

① 水在通电的条件下，发生了分解反应，生成氢气和氧气：2H2O 2H2↑+O2↑；

② 水是由氢、氧两种元素组成的（在反应前后，参与反应的元素种类没有变化）；

③ 化学反应中，分子可分，原子不可分。

【注意事项】

① 通电时，必须使用直流电。

② 预先在水中加入少量氢氧化钠溶液或稀硫酸可以增强水的导电性。

③ 负极产生的是氢气，正极产生的是氧气。

三、物质的分类

第二节 分子和原子

一、分子和原子的异同

分子原子

定义分子是保持物质化学性质的最小粒子。原子是化学变化中的最小粒子。

性质质量小、体积小；不断运动；有间隔；同种粒子的化学性质相同。

联系分子是由原子构成的。分子、原子都是构成物质的微粒。

区别在化学变化中，分子可以再分，而原子不可以再分。

备注1.所有金属、稀有气体、金刚石（石墨）和硅是由原子构成的，其他大多数物质是由分子构成的。

2.在受热的情况下，粒子能量增大，运动速率加快。

3.物体的热胀冷缩现象，原因是构成物质的粒子的间隔受热时增大，遇冷时缩小。

4.气体容易压缩是因为构成气体的粒子的间隔较大。

5.不同液体混合后总体积小于原体积的和，说明粒子间是有间隔的。

6.一种物质如果由分子构成，那么保持它化学性质的最小粒子是分子；如果它由原子构成，那么保持它化学性质的最小粒子是原子。

二、验证分子运动的探究实验

【实验操作】如右图，取适量的酚酞溶液，分别倒入A、B两个小烧杯中，另取一个小烧杯C，加入约5mL浓氨水。用一个大烧杯罩住A、C两个小烧杯，烧杯B置于大烧杯外。观察现象。

【实验现象】烧杯A中的酚酞溶液由上至下逐渐变红。

【实验结论】分子是不断运动的。

【注意事项】浓氨水显碱性，能使酚酞溶液变红。浓氨水具有挥发性，能挥发出氨气。

三、从微观角度解释问题

1.用分子观点解释由分子构成的物质的物理变化和化学变化

物理变化：没有新分子生成的变化。（水蒸发时水分子的间隔变大，但水分子本身没有变化，故为物理变化）

化学变化：分子本身发生变化，有新分子生成的变化。（电解水时水分子变成了新物质的分子，故为化学变化）

2.纯净物和混合物（由分子构成的物质）的区别：纯净物由同种分子构成，混合物由不同种分子构成。

3.分子和原子的联系：分子是由原子构成的，同种原子结合成单质分子，不同种原子结合成化合物分子。

4.分子和原子的本质区别：在化学变化中，分子可以再分，而原子不能再分。

5.化学变化的实质：在化学变化过程中，分子裂变成原子，原子重新组合，形成新物质的分子。

四、物质的组成

1.宏观角度：

水是由氢元素和氧元素组成的。

铁是由铁元素组成的。

2.微观角度：

水是由水分子构成的（水的化学性质由水分子保持）。

水分子由氢原子和氧原子构成。

1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。

铁是由铁原子构成的（铁的化学性质由铁原子保持）。

3.水在化学变化中的最小粒子是氢原子和氧原子。

4.物质、元素用于宏观角度分析问题，分子、原子、离子用于在微观角度分析问题。宏观和微观不可以混淆。

第三节 水的净化

一、水的净化方法

1.过滤：把不溶于液体的固体物质与液体分离。具体操作见“二、过滤”。

2.吸附沉降：常用明矾、活性炭对水中的杂质吸附而沉降。

明矾是一种常用的净水剂，它溶于水后生成的胶状物可以对悬浮杂质吸附沉降，以达到净水的目的。

活性炭具有疏松多孔的结构，可以吸附水中的悬浮物，也可以吸附溶于水的色素和异味。但需要注意的是，活性炭不能吸附钙、镁化合物，活性炭不能降低水的硬度。

活性炭净水器的入水口在净水器的下面，可以使净水效果更好。

3.蒸馏：除去水中可溶性杂质的方法，净化程度相对较高，得到的蒸馏水可以看成是纯净物。

4.杀菌：在水中加入适量的药物进行杀菌、消毒。如漂白粉、氯气（Cl2）、二氧化氯（ClO2）等。

净化方法除去不溶于水的杂质除去可溶于水的杂质降低水的硬度净化程度

静置沉淀√××低

↓

↓

高

过滤√××

吸附√√×

蒸馏√√√

5.自来水厂净水时，需要经过沉淀、过滤、吸附、投药消毒的步骤，但是没有蒸馏和煮沸的步骤。在净化水的方法中，只有投药消毒属于化学变化，其余都属于物理变化。

二、过滤（见下图）

【实验器材】带铁圈的铁架台、漏斗、玻璃棒、烧杯

【注意事项】

1.操作时注意“一贴、二低、三靠”。

“一贴”：滤纸紧贴漏斗内壁，用少量水润湿滤纸并使滤纸与漏斗壁之间没有气泡（保证过滤效率）。

“二低”：滤纸低于漏斗边缘、滤液低于滤纸边缘（否则被过滤的液体会直接从滤纸与漏斗之间的间隙流到漏斗下的接受器中，使滤液浑浊）。

“三靠”：烧杯紧靠玻璃棒（玻璃棒的作用：引流，使液体沿玻璃棒流进过滤器）、玻璃棒紧靠三层滤纸、漏斗下端管口紧靠烧杯内壁（使滤液沿烧杯壁流下，防止滴下的液滴四处迸溅）。

过滤时先过滤上层清液，后过滤下层浊液。若先过滤下层浊液，滤纸上将会残留着大量不溶性杂质，再过滤上层清液时，不溶物会阻碍清液的通过，影响过滤速度。

2.如果两次过滤之后滤液仍然浑浊，原因可能是滤纸破损或过滤时液面高于滤纸边缘。

三、硬水的软化

1.硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水叫做硬水。

软水：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水叫软水。

2.硬水和软水的区分方法：分别取少量的软水和硬水于试管中，滴加等量的肥皂水，振荡。有较多泡沫产生的水是软水；泡沫很少，产生浮渣的水是硬水。

3.硬水在加热或长久放置时会有水垢生成，化学方程式为：Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑

4.硬水的危害：① 用硬水洗涤衣物，既浪费肥皂又洗不干净衣物，时间长了还会使衣物变硬。

② 锅炉用水硬度高了十分危险，因为锅炉内结垢之后不仅浪费燃料，而且会使锅炉内管道局部过热，易引起管道变形或损坏，严重时还可能引起爆炸。

③ 长时间饮用硬水有害健康。

5.硬水的软化方法：煮沸和蒸馏。制取蒸馏水的装置如右图所示。

注意：

① 在烧瓶底部要加几粒沸石（或碎瓷片）以防加热时出现暴沸。

② 加热前按照图3连接好装置，使各连接部分严密不透气。

③ 加热烧瓶时不要使液体沸腾得太剧烈，以防液体通过导管直接流到试管里。

④ 弃去开始馏出的部分液体，收集到10mL左右蒸馏水时，停止加热。

第四节 爱护水资源

一、水资源现状

1.地球表面约71％被水覆盖着。但淡水只约占全球水储量的2.53％，其中大部分还分布在两极和高山的冰雪及永久冻土，难以利用；可利用的只约占其中的30.4％。

2.海水中含量最多的物质是水（H2O），含量最多的元素是氧元素，最多的金属元素是钠元素。

3.我国水资源的现状是分布不均，人均不足。

4.水资源紧张的原因：一方面人类生活、生产的用水量不断增加，另一方面未经处理的废水、废物和生活污水的任意排放及农药、化肥的不合理施用等造成的水体污染，加剧了可利用水的减少，使原本已紧张的水资源更显短缺。

二、爱护水资源——一方面要节约用水，另一方面要防止水体污染

1.节约用水的一些具体措施：

a)提高水的利用效率。

b)使用新技术，改革工艺和改变习惯。

c)污水处理之后，循环利用。

d)“一水多用”，如使用“中水”（生活污水处理后，达到一定水质标准的非饮用水）洗车、使用淘米水浇花等。

2.防止水体污染的一些具体措施：

a)不使用含磷洗衣粉。

b)工业“三废”要进行综合利用和经处理后再排放。

c)农业上提倡使用农家肥，合理使用化肥和农药。

d)以预防为主，治理为辅。

第五节 氢气

1.物理性质：无色无味的气体，难溶于水。密度比空气小，是相同条件下密度最小的气体。

2.化学性质：

a)可燃性：2H2+O2 2H2O

氢气燃烧时发出淡蓝色火焰，放出热量，并有水珠产生。

b)还原性：H2+CuO Cu+H2O

黑色的氧化铜在氢气中加热逐渐变成红色，并有水珠产生。

3.实验室制取氢气

反应原理：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

反应物的选择：选用锌粒和稀硫酸。

◆不使用稀盐酸，因为：盐酸易挥发，使制得的氢气中含有氯化氢气体。

◆不用镁是因为反应速度太快，不用铁是因为反应速度太慢。

发生装置和收集装置：发生装置同分解过氧化氢制取氧气的发生装置；收集装置可选择排水法收集气体的装置或向下排空气法收集气体的装置。

用排空气法收集氢气时，不能验满！用排水法收集氢气时，如果集气瓶口出现气泡，说明氢气收集满。

在点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度。

可燃性气体的验纯方法：用排水法收集一试管可燃气体，用拇指堵住试管口移近火焰点燃。如果气体较纯，气体将会安静地燃烧，并发出“噗”声；如果气体不纯，会发出尖锐爆鸣声。

如果验纯时发现气体不纯，需要再收集再检验时，必须对试管进行处理（用拇指在试管口堵住一会或更换试管），以免发生爆炸。

检验：点燃。纯净的氢气能够安静地燃烧，发出淡蓝色火焰；而不纯的氢气在燃烧时会发出尖锐的爆鸣声。

4.氢气能源的优点：

① 以水为原料，来源广泛；② 热值高，放热多；③ 生成物是水，毫无污染；④ 可以再生。

5.目前氢能源存在的问题：制取成本高、贮存和运输困难。

6.氢气被认为是最清洁的燃料。

7.任何可燃气体或可燃的粉尘如果跟空气充分混合，遇火时都有可能发生爆炸。