关于水的物理与化学性质

关于水的物理与化学性质
关于水的物理与化学性质

关于水的物理与化学性质
水的物理性质 ：
（编者提示：人教版自然第4册第1课水）
纯水是无色、无臭、无味、透明的液体.水的凝固点是0℃,沸点是100℃.水在4℃时密度最大,为1克/厘米3.水结冰时密度减小,体积膨胀.
水的化学性质：
水和金属单质发生氧化还原反应
2H2O+2Na=2NaOH+H2,一般而言,水在常温下和活泼金属反应,生成碱和氢气
在高温下,能和较活泼的金属如：Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2（反应需要加热）反应
水和非金属单质发生反应（大多是非氧化还原反应）
Cl2+H2O=HCl+HClO
2F2+2H2O=4HF+O2
水能够和氧化物发生反应,生成碱或酸
SO3+H2O=H2SO4
Na2O+H2O=2NaOH
水能够辅助生成酸式盐：
CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2
水能够和过氧化物,超氧化物反应,生成氧气
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
4KO2+2H2O=4KOH+3O2
水能够和有机物,无机盐发生水解反应：
C12H22O11+H2O=C12H24H12
FeCl3+3H2O＝Fe(OH)3+3HCl
一般情况下是可逆反应,但是由于水解吸热,所以加热能够促进水解,在加热条件下,上述反应能够进行完全,最终生成Fe2O3
水还能够分解
2H2O=2H2+O2（在电解或光照情况下）

物理性质：
纯水是无色、无臭、无味、透明的液体。水的凝固点是0℃，沸点是100℃。水在4℃时密度最大，为1克/厘米3。水结冰时密度减小，体积膨胀。
水的化学性质
水分子构成
水的元素构成是氢和氧，其化学分子式用H2O表示，是一个键能很强的偶极分子，这是H与O原子的电子层结构决定的。在H－O键中共价键成分很高，其形式是等腰三角型，两个H－O键角为105°
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物理性质：
纯水是无色、无臭、无味、透明的液体。水的凝固点是0℃，沸点是100℃。水在4℃时密度最大，为1克/厘米3。水结冰时密度减小，体积膨胀。
水的化学性质
水分子构成
水的元素构成是氢和氧，其化学分子式用H2O表示，是一个键能很强的偶极分子，这是H与O原子的电子层结构决定的。在H－O键中共价键成分很高，其形式是等腰三角型，两个H－O键角为105°
此外，水分子间分子键强大，使水具有较高的溶点和沸点。这一特性使得自然界的水多数条件下以液态形态存在。离子健化合物在水中极易溶解。水中的各种溶质极易发生相互之间及其与水之间的各种化学反应，具有良好的对自然界物质的迁移、转化能力。即具有很强的溶解力。
水中的溶解物质
气体，在水循环过程中，大气中的N2、O2、CO2、Ar、He等气体都可能以不同的量溶于水中，在一些有机物富集的水体中，还常有CH4、H2、H2S等还原剂气体存在。
可溶盐类，水循环过程中水与岩土不断发生接触，从而溶解岩土中的可溶盐成份，如NaCl(盐岩)、CaCO3(方解石)、Na2SO4(石膏)等，这些可溶盐类在水中可呈中性分子及离子状态存在。例如方解石在水中溶解后极少量呈CaCO3，大多数由于水的介电常数很大而呈Ca2+及CO2-3离子状态：
CaCO3（晶）Û CaCO3
CaCO3（晶）Û Ca2++CO2-3
随着盐类化合物组成元素的电价增高,或化学键中共价键性增强,化合物的解离程度迅速减小,例如Fe(OH)3Û Fe3++3OH-的解离程度就很小,所以当Fe(OH)3溶于水中后, Fe(OH)3分子就是主要的存在形式.
胶体，当岩土中的一些难溶物质进入水中后，会以胶体形式存在。胶体质点具有特别大的比表面积，特殊的表面电荷及强烈的吸附作用等特性，使胶体溶液对难溶化合物(Fe(OH)3，Al（OH）3）迁移具有重要意义。胶体具强大的吸附能力，所以胶体溶液的形成，不仅会造成岩土中一些难溶物质的淋失，更会通过吸附作用而使岩土体中的一些微量元素如Cu、Co、Zn、Mo、V、P、Ba等发生流失。
影响水溶解能力因素
水的溶解能力受到溶质分子极性特征，温度、压力、水的pH值等因素的影响
溶质分子极性
水分子是偶极性分子，如果某一物质的分子也是极性分子，当它作为溶质进入水中时，必然会与水分子形成某一种形式的化学键而产生水合离子，由此导致这种物质在水中有较大的溶解度。这就是所谓“相似相溶”的规律。
温度
气体的溶解度随温度的升高而减小（表8.1）。其原因在于当温度升高时，大部分溶解的气体会因获取了能量而导致动能增加，于是挣脱溶剂分子束缚向溶液外逸出。
表8.1 某些气体在不同温度下的溶解度（L/L水，101325Pa）
气体
0℃
20℃
60℃
100℃

H2
0.02148
0.01819
0.0160
0.0160

O2
0.04889
0.03103
0.0195
0.0172

CO2
1.713
0.878
0.359
——

NH3
1176
702
——
——

固体物质在水中的溶解度随温度的升高却能发生两个方向的变化，一些物质的溶解度（如CaCO3、SiO2等）增加，另一些则会减小。但大部分固体物质在水中的溶解度会随温度的升高而增大。原因在于固体物质溶解需要吸收大量的热以便将溶质分子拉开，而升温正好提供了所需的条件。
压力
不同类型物质在水中的溶解度受压力影响的程度不同，固体物质受的影响小，而气体受的影响则十分显著。但总体而言，压力越大，物质在水中的溶解越大。
气体在水中的溶解随压力的升高而增大，其原因在于：当与液体相接触的气体压力增大时，气体分子与液体表面的碰撞次数增加，气体分子被液体存获的速度加快，因此，溶解于水中的气体量也就增加了。
在岩溶景观中，有一类现象称为泉华，即在地下水出口（泉口）处堆积大量的钙质、硅质成份。尤以钙华最为常见。究其原因，就是因为地下水流出地表时，压力骤降温度升高而使溶解的CO2逸出，进一步导致水中溶解的CaCO3成份发生沉淀所致
pH值
水溶液的酸碱度对物质在水中的溶解度有重大影响。常温常压下，纯水的pH值为7，天然水的pH值一般在4到9之间变动。
许多化合物的溶解度都与溶液的pH值有关系。一般来说，酸性氧化物，例如SiO2，随溶液碱性度的增加而溶解度增大。
SiO2+2H2O—→4H++SiO44-
H+浓度的减小，将有利于反应向右进行。中性（两性）氧化物，如Al2O3则是在强酸与强碱条件下溶解度增高，若水溶液偏中性（pH＝7），则溶解极少。
弱酸根或弱碱离子的化合物在水中的溶解度则受到pH值的重大影响，最具代表性的是CaCO3，由于CO32-溶度受pH值控制，pH值增大时，CO32-浓度将增高，从而CaCO3溶解度下降。
金属氢氧化物的溶解度对pH值的变化反应更为敏感。绝大多数金属氢氧化物需要强酸条件才能溶解，pH值稍有升高就会发生沉淀

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