化学式:H₂O
结构式:H—O—H(两氢氧键间夹角104.5°)。
相对分子质量: 18.016
化学实验:水的电解。方程式:2H₂O=通电=2H₂↑+O₂↑(分解反应)
分子构成:氢原子、氧原子。
CAS号: 7732-18-5
水具有以下化学性质:
1.稳定性:在2000℃以上才开始分解。
水的电离:纯水中存在下列电离平衡:H₂O==可逆==H⁺+OH⁻ 或 H₂O+H₂O=可逆=H₃O⁺+OH⁻。
注:“H₃O⁺”为水合氢离子,为了简便,常常简写成H⁺,更准确的说法为H9O4⁺,纯水中氢离子物质的量浓度为10⁻⁷mol/L。
2.水的氧化性:水跟较活泼金属或碳反应时,表现氧化性,氢被还原成氢气2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑ 。
Mg+2H₂O=Mg(OH)₂+H₂↑ 。
3Fe+4H₂O(水蒸气)=Fe₃O₄+4H₂↑ (加热)
C+H₂O=CO+H₂(高温)。电解水实验装置(2张)
3.水的电解:
水在直流电作用下,分解生成氢气和氧气,工业上用此法制纯氢和纯氧 2H₂O=2H₂↑+O₂↑。
4.水化反应:
水可跟活泼金属的碱性氧化物、大多数酸性氧化物以及某些不饱和烃发生水化反应。
Na₂O+H₂O=2NaOH
CaO+H₂O=Ca(OH)₂
SO₃+H₂O=H₂SO₄
P₂O₅+3H₂O=2H₃PO₄分子结构
CH₂=CH₂+H₂O←→C₂H₅OH
5.水解反应
盐的水解氮化物水解:Mg₃N₂+6H₂O(加热)=3Mg(OH)₂↓+2NH₃↑
NaAlO₂+HCI+H₂O=Al(OH)₃↓+NaCI(NaCI少量)
碳化钙水解: CaC₂(电石)+2H₂O(饱和氯化钠)=Ca(OH)₂+C₂H₂↑
卤代烃水解: C₂H₅Br+H₂O(加热下的氢氧化钠溶液)←→C₂H₅OH+HBr
醇钠水解:
C₂H₅ONa+H₂O→C₂H₅OH+NaOH
酯类水解:
CH₃COOC₂H₅+H₂O(铜或银并且加热)←→CH₃COOH+C₂H₅OH
多糖水解:(C₆H₁₀O₅)n+nH₂O←→nC₆H₁₂O₆
6.水分子的直径数量级为10的负十次方,一般认为水的直径为2~3个此单位。水
7.水的电离:
在水中,几乎没有水分子电离生成离子。
H₂O←→H⁺+OH⁻
由于仅有一小部分的水分子发生上述反应,所以纯水的Ph值十分接近7。
8.水是两性物质,既有氢离子(H⁺),也有氢氧根离子(OH⁻)。但纯净蒸馏水是中性的。
9.水的硬度:
水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度,其中包括碳酸盐硬度 (即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子,故又叫暂时硬度)和非碳酸盐硬度(即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子,又称永久硬度)。硬水和软水的区别,就是水中含有钙、镁化合物的多少程度。
水中有些金属阳离子,同一些阴离子结合在一起,在水被加热的过程中,由于蒸发浓缩,容易形成水垢,附着在受热面上而影响热传导,我们将水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。
如在天然水中最常见的金属离子是钙离子(Ca2⁺)和镁离子(Mg2+),它与水中的阴离子如碳酸根离子(CO32-)、碳酸氢根离子(HCO3-)、硫酸根离子(SO42-)、氯离子(Cl-)、以及硝酸根离子(NO3-)等结合在一起,形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度。水中的铁、锰、钭等金属离子也会形成硬度,但由于它们在天然水中的含量很少,可以略去不计。因此,通常就把Ca2+、Mg2+的总浓度看作水的硬度。水的硬度对锅炉用水的影响很大,因此,应根据各种不同参数的锅炉对水质的要求对水进行软化或除盐处理。
水的硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种。
碳酸盐硬度:主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂]所形成的硬度,还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去,故亦称为暂时硬度。 非碳酸盐硬度:主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去,故也称为永久硬度,如CaSO₄、MgSO₄、CaCl₂、MgCl₂、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂等。
碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度;水中Ca2+的含量称为钙硬度;水中Mg2+的含量称为镁硬度;当水的总硬度小于总碱度时,它们之差,称为负硬度。
生活中可用肥皂水鉴别软硬水,将肥皂水加入被测水后震荡,泡沫多浮渣少的是软水,反之比较硬。
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1.人类的生命之源
在地球上,哪里有水,哪里就有生命。一切生命活动都是起源于水的。人体内的水分,大约占到体重的65%。其中,脑髓含水75%,血液含水83%,肌肉含水76%,连坚硬的骨骼里也含水22%呢!没有水,食物中的养料不能被吸收,废物不能排出体外,药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水,后果是很严重的。缺水1%-2%,感到渴;缺水5%,口干舌燥,皮肤起皱,意识不清,甚至幻视;缺水15%心跳急促 失忆,意识就快消失。缺水20%晕倒,像死一样。往往甚于饥饿。没有食物,人只可以活3周,如果连水也没有,顶多能活3天。
2.植物的生命源泉
用手抓一把植物,你会感到湿漉漉的,凉丝丝的,这是水的缘故。植物含有大量的水,约占体重的80%,蔬菜含水90%-95%,水生植物竟含水98%以上。水替植物输送养分;水使植物枝叶保持婀娜多姿的形态;水参加光合作用,制造有机物;水的蒸发,使植物保持稳定的温度不致被太阳灼伤。植物不仅满身是水,作物一生都在消耗水。1公斤玉米,是用368公斤水浇灌出来的;同样的,小麦是513公斤水,棉花是648公斤水,水稻竟高达1000公斤水。一籽下地,万粒归仓,农业的大丰收,水立下了不小的功劳呢!
3.工业的血液
水,参加了工矿企业生产的一系列重要环节,在制造、加工、冷却、净化、空调、洗涤等方面发挥着重要的作用,被誉为工业的血液。例如,在钢铁厂,靠水降温保证生产;钢锭轧制成钢材,要用水冷却;高炉转炉的部分烟尘要靠水来收集;锅炉里更是离不了水,制造1吨钢,大约需用25吨水。水在造纸厂是纸浆原料的疏解剂、解释剂、洗涤运输介质和药物的溶剂,制造1吨纸需用450吨水。火力发电厂冷却用水量十分巨大,同时,也消耗部分水。食品厂的和面、蒸馏、煮沸、腌制、发酵都离不了水,酱油、醋、汽水、啤酒等,其实就是水的化身。
4.制备纯水
方法主要有蒸馏法和离子交换法。
将自来水直接蒸馏可获得一般实验所需的蒸馏水。对于重要的物理化学和分析化学实验,通常采用二次或三次蒸馏水,这种蒸馏最好在石英装置中进行,所得的纯水应收集在耐高温玻璃、石英或聚乙烯瓶中。
为了除去水中的有机杂质和NH+4与Cl-,最好在每升被提纯的水中加入0.05g KMnO4,半小时后加入0.5~1g钾明矾,再过半小时后加入0.66g Na2HPO4,静置半小时后过滤,滤液煮沸10min后再加入蒸馏瓶中进行蒸馏,除去馏出物开头和最后的馏份(各10%)。
离子交换法是制备高纯度水的更好方法。离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,两种树脂在装柱前分别进行预处理。阳离子交换树脂先用自来水反复漂洗除去其中的色素、水溶性杂质及其他夹杂物,直至水清无泡沫,并用纯水浸泡4h。然后用5%的盐酸溶液浸泡树脂(以没过树脂为宜)4h,适当搅拌,将盐酸排尽后以纯水反复洗至近中性为止。阴离子交换树脂同样用水反复漂洗直至水清无泡沫,并用纯水浸泡4h。再用5%氢氧化钠溶液浸泡4h,适当搅拌,然后将氢氧化钠溶液排尽,以纯水反复洗至近中性为止。处理好的树脂装入准备好的有机玻璃交换柱中,交换流程按阳离子交换柱阴离子交换柱混合树脂交换柱(阳、阴离子交换树脂充分混匀)的顺序设定。控制一定流速向交换柱中通入蒸馏水(或自来水),从混合树脂交换柱中流出纯水,当水质达到要求后即可使用。
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