一、水分子的結(jié)構(gòu)

化學(xué)式：H?O

分子構(gòu)成：氫原子、氧原子。

結(jié)構(gòu)式：H—O—H（兩氫氧鍵間夾角104.5°）。

相對(duì)分子質(zhì)量： 18.016

極性分子：因?yàn)樗肿拥闹行脑邮茄踉?，它的雜化方式是sp3雜化，空間幾何構(gòu)型本來是正四面體，但是因?yàn)檫@四個(gè)方向被兩個(gè)孤對(duì)電子占據(jù)了，導(dǎo)致整個(gè)分子鍵與鍵之間形成的夾角不一樣，孤對(duì)電子—孤對(duì)電子〉孤對(duì)電子—成鍵電子〉成鍵電子—成鍵電子。所以水分子中兩個(gè)O-H鍵之間的夾角不是180度，因此水分子是不對(duì)稱的極性分子。

根據(jù)IUPAC規(guī)定，H?O分子的正式名稱只有兩種：水(Water)與氧烷(Oxidane)。

根據(jù)其化學(xué)組成，人們又給水以下別稱：

根據(jù)化學(xué)式：氧化氫和一氧化二氫；

類比VIA族與VIIA族其它化合物命名規(guī)律：氫氧酸、酸式氧；

類比金屬氫氧化物（堿）命名規(guī)律：氫氧化氫、苛性氫、羥基氫、堿式氫。

上述名稱雖各不相同，但描述的都是同一種物質(zhì)——水。

雖然可以根據(jù)水的化學(xué)式得到以上讀法，但是只有IUPAC規(guī)定的“水”與“氧烷”是正式名稱，其它名稱都不能在正式科學(xué)場(chǎng)合使用。在“水”的前面加上定語，可以用來區(qū)分特殊種類的水，比如蒸餾水、去離子水或重水。

二、水的性質(zhì)

⒈ 物理性質(zhì)

⑴ 性狀：純凈的水在常溫常壓下為無色、無味的透明液體。

⑵ 密度：1.0×103 kg/m3（4℃時(shí)）。冰的密度比水小

⑶ 熔點(diǎn)（oC）：0

⑷ 沸點(diǎn)：100℃（海拔為0m，氣壓為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。

⑸ 折射率（20oC）：1.33298

⑹ 沸點(diǎn)（760mm汞柱）：100oC

⑺ 運(yùn)動(dòng)黏度（mm2/s，20oC）：1.0019

⑻ 蒸發(fā)熱（KJ/mol）：44.23

⑼ 熔化熱（KJ/mol）：6.01

⑽ 生成熱（KJ/mol，25oC）（氣體）：-241.99；（液體）：-286.02

⑾ 比熱容（KJ/(kg·K)，20oC，定壓）：4.18

⑿ 蒸氣壓（kPa，20oC）：2.34

⒀ 臨界溫度（oC）：374.2

⒁ 臨界壓力（MPa）：22.1

⒂ 沸點(diǎn)上升常數(shù)：0.515

⒃ 電導(dǎo)率（S/m，25oC）：5.89×10^-8

⒄ 熱導(dǎo)率（W/(m·K)，30oC）：0.62802

⒅ 體膨脹系數(shù)（K-1，20oC）：0.000207

⒆ 溶解性：水對(duì)各種物質(zhì)都具有親和性。

⒇浮力分類：懸浮、漂浮、沉底、上浮、下沉。

有的水可以導(dǎo)電，但是蒸餾水（純水，電解物質(zhì)只有氫原子和氧原子）是不會(huì)導(dǎo)電的。

水密度的變化：

水的密度在3.98℃時(shí)最大，為1.0×103kg/m3，溫度高于3.98℃時(shí)（也可以忽略為4℃），水的密度隨溫度升高而減小，在0～3.98℃時(shí)，水熱縮冷漲，密度隨溫度的升高而增加。

原因：主要由分子排列決定。也可以說由氫鍵導(dǎo)致。由于水分子有很強(qiáng)的極性，能通過氫鍵結(jié)合成締合分子。液態(tài)水，除含有簡(jiǎn)單的水分子(H?O)外，同時(shí)還含有締合分子(H?O)?和(H?O)?等，當(dāng)溫度在0℃水未結(jié)冰時(shí)，大多數(shù)水分子是以(H?O)?的締合分子存在，當(dāng)溫度升高到3.98℃（101kPa）時(shí)水分子多以(H?O)?締合分子形式存在，分子占據(jù)空間相對(duì)減小，此時(shí)水的密度最大。

如果溫度再繼續(xù)升高在3.98℃以上，一般物質(zhì)熱脹冷縮的規(guī)律即占主導(dǎo)地位了。水溫降到0℃時(shí)，水結(jié)成冰，水結(jié)冰時(shí)幾乎全部分子締合在一起成為一個(gè)巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個(gè)氧原子有四個(gè)氫原子為近鄰兩個(gè)氫鍵這種排布導(dǎo)致形成一種敞開結(jié)構(gòu)，冰的結(jié)構(gòu)中有較大的空隙，所以冰的密度反比同溫度的水小。

⒉ 化學(xué)性質(zhì)：

⑴ 穩(wěn)定性：在2000℃以上才開始分解。

水的電離：水本身部分發(fā)生電離，純水中存在下列電離平衡：H?O?H?＋OH?

或 H?O＋H?O?H?O?＋OH?。

［H+］［OH-］＝K［H?O］＝Kw。Kw為水的離子積，22℃時(shí)為1.00×10-14。

在水中，幾乎沒有水分子電離生成離子。

水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值稱為pH值，pH＝7為中性，7以下為酸性，7以上為堿性。

由于僅有一小部分的水分子發(fā)生上述反應(yīng)，所以純水的pH值十分接近7。

⑵ 水的氧化性：水跟較活潑金屬或碳反應(yīng)時(shí)，表現(xiàn)氧化性，氫被還原成氫氣。

2Na＋2H?O＝2NaOH＋H?↑。

Mg＋2H?O＝Mg（OH）?＋H?↑。

3Fe＋4H?O（水蒸氣）＝Fe?O?＋4H?↑（加熱）

C＋H?O＝CO＋H?（高溫）

⑶ 水的電解：

水在直流電作用下，分解生成氫氣和氧氣，工業(yè)上用此法制純氫和純氧

2H?O=通電=2H?↑＋O?↑（分解反應(yīng)）

⑷ 水化反應(yīng)：

水可跟活潑金屬的堿性氧化物、大多數(shù)酸性氧化物以及某些不飽和烴發(fā)生水化反應(yīng)。

Na?O＋H?O＝2NaOH

CaO＋H?O＝Ca(OH)?

SO?+H?O＝H?SO?

P?O?＋3H?O＝2H?PO?

CH?=CH?＋H?O?C?H?OH

⑸ 水解反應(yīng)

鹽的水解：NaAlO?＋HCl＋H?O＝Al(OH)?↓＋NaCl（NaCl少量）

氮化物水解：Mg?N?＋6H?O=(加熱)=3Mg(OH)?↓＋2NH?↑

碳化鈣水解： CaC?（電石）＋2H?O（飽和氯化鈉）＝Ca(OH)?＋C?H?↑

鹵代烴水解： C?H?Br＋H?O（加熱下的氫氧化鈉溶液）?C?H?OH＋HBr

醇鈉水解：C?H?ONa＋H?O→C?H?OH＋NaOH

酯類水解：CH?COOC?H?＋H?O（銅或銀并且加熱）?CH?COOH＋C?H?OH

多糖水解：（C?H??O?）n＋nH?O?nC?H??O?

⑹ 水分子的直徑數(shù)量級(jí)為10的負(fù)十次方，一般認(rèn)為水的直徑為2～3個(gè)此單位。

⑺ 水是兩性物質(zhì)，既有氫離子（H?），也有氫氧根離子（OH?）。但純凈蒸餾水是中性的。

⑻ 水的硬度：

水的硬度最初是指鈣、鎂離子沉淀肥皂的能力。我們將水中這些金屬離子的總濃度稱為水的硬度。如在天然水中最常見的金屬離子是鈣離子（Ca2+）和鎂離子（Mg2+），它與水中的陰離子如碳酸根離子（CO32-）、碳酸氫根離子（HCO3-）、硫酸根離子（SO42-）、氯離子（Cl-）、以及硝酸根離子（NO3-）等結(jié)合在一起，形成鈣鎂的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物、以及硝酸鹽等硬度。水中的鐵、錳等金屬離子也會(huì)形成硬度，但由于它們?cè)谔烊凰械暮亢苌?，可以略去不?jì)。因此，通常就把Ca2+、Mg2+的總濃度看作水的硬度。

水的硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種。

碳酸鹽硬度：主要是由鈣、鎂的碳酸氫鹽[Ca(HCO?)?、Mg(HCO?)?]所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度。碳酸氫鹽硬度經(jīng)加熱之后分解成沉淀物從水中除去，故亦稱為暫時(shí)硬度。

非碳酸鹽硬度：主要是由鈣、鎂的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等鹽類所形成的硬度。這類硬度不能用加熱分解的方法除去，故也稱為永久硬度，如CaSO?、MgSO?、CaCl?、MgCl?、Ca(NO?)?、Mg(NO?)?等。

碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度之和稱為總硬度；水中Ca2+的含量稱為鈣硬度；水中Mg2+的含量稱為鎂硬度；當(dāng)水的總硬度小于總堿度時(shí)，它們之差，稱為負(fù)硬度。

硬水和軟水的區(qū)別，就是水中含有鈣、鎂化合物的多少程度。

生活中可用肥皂水鑒別軟硬水，將肥皂水加入被測(cè)水后振蕩，泡沫多浮渣少的是軟水，反之比較硬。

水的硬度對(duì)鍋爐用水的影響很大，在水被加熱的過程中，由于蒸發(fā)濃縮，容易形成水垢，附著在受熱面上而影響熱傳導(dǎo)，因此，應(yīng)根據(jù)各種不同參數(shù)的鍋爐對(duì)水質(zhì)的要求對(duì)水進(jìn)行軟化或除鹽處理。

三、水的用途

1.水是人類的生命之源

水是所有生命體的重要組成部分，人體中水占體重的70%，水是維持生命必不可少的物質(zhì)，是人體的生命之源。

在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活動(dòng)都是起源于水的。人體內(nèi)的水分，大約占到體重的65%。其中，腦髓含水75%，血液含水83%，肌肉含水76%，連堅(jiān)硬的骨骼里也含水22%！沒有水，食物中的養(yǎng)料不能被吸收，廢物不能排出體外，藥物不能到達(dá)起作用的部位。人體一旦缺水，后果是很嚴(yán)重的。缺水1%-2%感到渴；缺水5%口干舌燥，皮膚起皺，意識(shí)不清，甚至幻視；缺水15%心跳急促、失憶，意識(shí)就快消失。缺水20%暈倒，像死一樣。往往甚于饑餓。沒有食物，人可以活3周，如果連水也沒有，頂多能活3天。

水對(duì)人體的主要作用為：

⑴構(gòu)成細(xì)胞：水是構(gòu)成細(xì)胞、組織液、血漿等的重要物質(zhì)。如果細(xì)胞失水過多，會(huì)導(dǎo)致皺縮甚至衰老等情況出現(xiàn)，對(duì)人體產(chǎn)生不利的影響。

⑵運(yùn)輸營養(yǎng)：水可以作為溶劑，溶解物質(zhì)，是體內(nèi)一切化學(xué)反應(yīng)及各種營養(yǎng)素吸收和運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)，可以促使攝入的營養(yǎng)物質(zhì)充分溶解，并且將其運(yùn)輸?shù)綑C(jī)體的各個(gè)組織部位，保證機(jī)體正常的運(yùn)行。

⑶潤(rùn)滑：水具有一定的潤(rùn)滑作用，淚液、唾液的分泌可以有效的減少臟器、組織之間的摩擦刺激，能夠幫助機(jī)體保持正常的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。水在關(guān)節(jié)腔中形成潤(rùn)滑液，減少了骨頭之間的摩擦，使得關(guān)節(jié)能夠更加靈活順暢地運(yùn)動(dòng)。

⑷ 促進(jìn)代謝：水是身體代謝過程中必不可少的物質(zhì)，能夠促進(jìn)新陳代謝，加速身體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和廢物以及毒素的排出，完成機(jī)體正常的物質(zhì)交換，參與調(diào)節(jié)體內(nèi)酸堿平衡。

⑸ 維持身體水分平衡：水分是維持身體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，喝適量的水可以幫助身體維持水分平衡，保持正常的生理功能。在飲用水中,含有許多豐富的礦物質(zhì),如鈣、鎂、鐵、銅、鉻、錳等元素,這些元素含量適當(dāng)則對(duì)人體健康有益。

⑹ 幫助消化：適量的水可以促進(jìn)胃腸道的蠕動(dòng)，幫助食物消化，預(yù)防便秘等問題。

⑺ 調(diào)節(jié)體溫：水對(duì)體溫調(diào)節(jié)起著重要的作用，如果外界溫度較高，會(huì)通過體內(nèi)水分蒸發(fā)來散熱，降低溫度。

⑻ 滋潤(rùn)皮膚：當(dāng)人體體內(nèi)缺乏水分時(shí)，會(huì)表現(xiàn)為皮膚干燥、粗糙、皸裂、蛻皮、面色蒼老等癥狀，因此，水還有滋潤(rùn)皮膚的作用。

⑼ 預(yù)防疾?。涸谌粘Ｉ钪蓄A(yù)防各種疾病，也需要多喝水促進(jìn)身體新陳代謝，以排出體內(nèi)的毒素，以避免患上某些疾病。

2.水是植物的生命源泉

水利是農(nóng)業(yè)的命脈，農(nóng)業(yè)需要大量的水來澆灌農(nóng)作物。用手抓一把植物，你會(huì)感到濕漉漉的，涼絲絲的，這是水的緣故。植物含有大量的水，約占體重的80%，蔬菜含水90%-95%，水生植物竟含水98%以上。水替植物輸送養(yǎng)分；水使植物枝葉保持婀娜多姿的形態(tài)；水參加光合作用，制造有機(jī)物；水的蒸發(fā)，使植物保持穩(wěn)定的溫度不致被太陽灼傷。

植物不僅滿身是水，作物一生都在消耗水。1公斤玉米，是用368公斤水澆灌出來的；同樣的，小麥?zhǔn)?13公斤水，棉花是648公斤水，水稻竟高達(dá)1000公斤水。一籽下地，萬粒歸倉，農(nóng)業(yè)的大豐收，水立下了不小的功勞呢！

3.水是工業(yè)的血液

許多工業(yè)生產(chǎn)過程需要用大量的水，如發(fā)電、制藥、造紙等。工業(yè)生產(chǎn)離不開水，如原料用水、產(chǎn)品處理用水、鍋爐用水、洗滌用水、冷卻用水等。

水，參加了工礦企業(yè)生產(chǎn)的一系列重要環(huán)節(jié)，在制造、加工、冷卻、凈化、空調(diào)、洗滌等方面發(fā)揮著重要的作用，被譽(yù)為工業(yè)的血液。例如，在鋼鐵廠，靠水降溫保證生產(chǎn)；鋼錠軋制成鋼材，要用水冷卻；高爐轉(zhuǎn)爐的部分煙塵要靠水來收集；鍋爐里更是離不了水，制造1噸鋼，大約需用25噸水。水在造紙廠是紙漿原料的疏解劑、解釋劑、洗滌運(yùn)輸介質(zhì)和藥物的溶劑，制造1噸紙需用450噸水?；鹆Πl(fā)電廠冷卻用水量十分巨大，同時(shí)，也消耗部分水。食品廠的和面、蒸餾、煮沸、腌制、發(fā)酵都離不了水，醬油、醋、汽水、啤酒等，其實(shí)就是水的化身。

4.雨水的藥用功能

雨水，又名無根水，中醫(yī)認(rèn)為其性輕清，味甘淡，諸水之上也。夏日尤佳。飲之可以去病。

水在制藥過程中也起到重要作用。水治療可以緩解某些病癥，如關(guān)節(jié)炎。水也被用來清潔和消毒醫(yī)療用品和手術(shù)器械。

⒌ 水在日常生活中的應(yīng)用

水是人類日常生活必備的物質(zhì)，我們?cè)谏钪刑幪幎夹枰热缱鲲?、洗滌、沐浴、清潔、洗漱等。水給我們的生活帶來了極大的方便。

飲用：水是人體必需的物質(zhì)，飲用水可以滿足人體的生理需求，保持身體健康。

烹飪：水是烹飪的重要原料，可以用來煮飯、煮菜、煮湯等。

清洗：水是清洗的最基本工具，我們需要用水來清洗食物、衣物、身體等等。

⒍水是制備純水的原料

方法主要有蒸餾法和離子交換法。

將自來水直接蒸餾可獲得一般實(shí)驗(yàn)所需的蒸餾水。對(duì)于重要的物理化學(xué)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，通常采用二次或三次蒸餾水，這種蒸餾最好在石英裝置中進(jìn)行，所得的純水應(yīng)收集在耐高溫玻璃、石英或聚乙烯瓶中。

為了除去水中的有機(jī)雜質(zhì)，最好在每升被提純的水中加入0.05g KMnO?，半小時(shí)后加入0.5～1g鉀明礬，再過半小時(shí)后加入0.66g Na?HPO?，靜置半小時(shí)后過濾，濾液煮沸10分鐘后再加入蒸餾瓶中進(jìn)行蒸餾，除去餾出物開頭和最后的餾份（各10%）。

離子交換法是制備高純度水的更好方法，離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，兩種樹脂在裝柱前分別進(jìn)行預(yù)處理。

陽離子交換樹脂先用自來水反復(fù)漂洗除去其中的色素、水溶性雜質(zhì)及其他夾雜物，直至水清無泡沫，并用純水浸泡4小時(shí)。然后用5%的鹽酸溶液浸泡樹脂（以沒過樹脂為宜）4小時(shí)，適當(dāng)攪拌，將鹽酸排盡后以純水反復(fù)洗至近中性為止。

陰離子交換樹脂同樣用水反復(fù)漂洗直至水清無泡沫，并用純水浸泡4小時(shí)。再用5%氫氧化鈉溶液浸泡4小時(shí)，適當(dāng)攪拌，然后將氫氧化鈉溶液排盡，以純水反復(fù)洗至近中性為止。

處理好的樹脂裝入準(zhǔn)備好的有機(jī)玻璃交換柱中，交換流程按陽離子交換柱陰離子交換柱混合樹脂交換柱（陽、陰離子交換樹脂充分混勻）的順序設(shè)定?？刂埔欢魉傧蚪粨Q柱中通入蒸餾水（或自來水），從混合樹脂交換柱中流出純水，當(dāng)水質(zhì)達(dá)到要求后即可使用。

⒎其它

⑴調(diào)節(jié)氣候：水對(duì)氣候具有調(diào)節(jié)作用。如果沒有水，地球上的氣候或許就不適宜人類生存。

⑵運(yùn)輸：水被用于運(yùn)輸，如航運(yùn)和旅游工業(yè)。水道是重要的交通運(yùn)輸通道。

⑶美化環(huán)境：水可以作為裝置和美化人造環(huán)境的一部分，如噴泉、河流和湖泊等。

⑷體育休閑：水可以發(fā)展水上運(yùn)動(dòng)和娛樂等。水運(yùn)動(dòng)和水上娛樂活動(dòng)是很受歡迎的，如游泳、潛水、沖浪和帆船等。

水在我們的生活中扮演著極其重要的角色，無論是日常生活、工業(yè)生產(chǎn)還是自然生態(tài)，都離不開水的支持。