第四节 自然界中的水
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知识梳理
一、水的物理性质
纯净的水是______、______、______的液体。在压强为101千帕时，水的凝固点是，沸点是。时水的密度最大，为·cm－3。水结冰时体积膨胀，所以冰的密度比水的______。
答案:无色 无味 透明 小
二、水的组成(利用水的电解探究水的组成)
1.实验装置
通电分解水的简易装置
图2-22
2.实验现象：与电源相连的两极上都有______产生，且与电源正极相连的一端产生气体体积少，与负极相连的一端产生气体体积多，体积比约为______。
3.气体检验：用______检验乙管中的气体，发现木条复燃，说明是氧气；用______检验甲管中的气体，能燃烧，火焰是淡蓝色，是氢气。
4.实验结论：水在通电条件下，发生分解反应产生氢气和氧气。注意：电源要用直流电。
水 ______+ ______
H2O ______+ ______
做完电解水实验可以得出的结论是：
水是由______元素组成的，物质可分。
答案:2.气泡 1∶2 3.带火星的木条 燃着的木条 4.氢气 氧气 H2 O2 氢、氧
三、氢气
1.物理性质
氢气是一种没有______、没有______的气体，______溶于水，密度比空气______，是相同条件下密度最______的气体，所以命名为氢气。
2.化学性质
氢气具有______性，在空气（或氧气）中燃烧时，放出大量的______，产生______火焰，在其火焰上方罩一冷而干燥的烧杯，烧杯内壁有______出现。需要注意的是，混有一定量空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，因此，点燃氢气前，一定要______。
3.验纯方法
用排水法或向下排空气法收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，靠近火焰，然后移开拇指点火，如果发出尖锐的______，表明氢气不纯，声音很小则表明氢气较纯。
答案:1.颜色 气味 难 小 小
2.可燃 热量 淡蓝色 水珠 验纯 3.爆鸣声
四、水净化的一般办法
利用______、______、______和等方法可以净化水。
（1）吸附：明矾可用于净水，是因为明矾溶于水生成的胶状物可以______悬浮于水中的杂质，使之从水中______出来。用具有吸附作用的固体还可以吸附掉一些______的杂质，除去异味。
（2）沉淀：对于静置沉淀和吸附沉淀，单一操作相对净化程度较高的是____________。
（3）过滤
过滤是分离不溶性______和______的一种方法。
①过滤所需仪器
漏斗、______、______、铁架台（带铁圈）。
②过滤操作要点
一贴：将滤纸折叠成圆锥形，用水湿润使其紧贴在漏斗内壁上，中间不要留有气泡。
二低：滤纸要低于______的边缘，漏斗里的液面应低于______的边缘。
三靠：过滤时玻璃棒的末端要轻轻靠在______滤纸的一边；盛过滤液的烧杯口要紧靠在玻璃棒的中上端，倾倒过滤液时沿玻璃棒流进过滤器；漏斗的最下端要紧贴在烧杯内壁上，以免滤液飞溅。
（4）蒸馏：给液体加热，使它变成______，再使______冷却凝聚成液体，这种方法叫做蒸馏。通过蒸馏，可以利用物质的______不同来分离和提纯液态混合物，也可以把混在液体中的不挥发性杂质除去。
答案:沉淀 过滤 吸附 蒸馏
（1）吸附 沉淀 可溶性 （2）吸附沉淀 （3）固体 液体 ①玻璃棒 烧杯 ②漏斗 滤纸 三层 （4）蒸气 蒸气 沸点
五、硬水和软水
1.硬水和软水
含有较多可溶性钙、镁化合物的水叫硬水，不含或含有较少可溶性钙、镁化合物的水叫软水。河水多是硬水，雪水、雨水是软水。
2.硬水和软水的检验
把肥皂水倒入水中搅拌，若水易起浮渣的为硬水，反之是软水。
3.软化硬水的方法
（1）生活中煮沸，可使部分可溶性钙、镁化合物沉淀析出，以降低水的硬度。
（2）实验室根据水和杂质的沸点不同，用蒸馏法获取蒸馏水。
蒸馏：利用液体的沸点不同分离混合物的方法。
疑难突破
1.凡是无色透明的水都能喝吗？
剖析：无色透明的水不一定是纯净的水，无色透明的水只能说明水中不含不溶性杂质，有可能有一些对人体健康不利的可溶性杂质。
答案:不一定能饮用。
2.为什么烧水的水壶内时间长了会有水垢？
剖析：因为水中可溶性的钙、镁化合物在加热时变成难溶性物质，于是形成水垢。
答案:因为水中含有可溶性的钙、镁化合物，在烧水的过程中，温度升高，发生化学变化，形成不溶性的物质，即形成了水垢。
问题探究
问题1:家中的水壶使用较长一段时间后，在壶底会结上一层厚厚的水垢（它的主要成分是碳酸钙与氢氧化镁，能溶于酸）。试利用家中现有的物质和用品设计一个实验来除去铝壶中的水垢。
探究：水垢能溶于酸，家中常见的酸，就是醋酸。
先用机械刮擦的方法除去壶帮和壶嘴里比较松软的水垢，这样可以减少食醋的用量，然后把食醋倒入壶里。为了加快反应，还应该把水壶加热，温度维持在60—。这样，水垢就可以慢慢变得疏松，容易去除。
问题2:设计实验区分蒸馏水和自来水。
探究：取这两种水各少许放于两个烧杯中，加热蒸发至完全没有，观察烧杯底部，如果出现少量的固体物质则是自来水，另一种水则为蒸馏水。
典题精讲
例1:在电解水的实验中，正确的实验现象是( )
A.通电后，两个电极上都有气泡产生；过一段时间后，发现两个玻璃管内气体的体积比约为2∶1
B.负、正两极分别有氢气和氧气，而且体积比约为2∶1
C.水是由氢、氧两元素组成的
D.水发生分解反应，在插入正极的玻璃管内产生的是氢气
思路解析
实验现象是凭我们的感官感觉到的。如眼看、鼻闻、触摸等。而选项A所描述的，确实是我们通过眼睛看到的，并做了直接描写，所以是题目所要求的答案。而B选项所描述为负、正两极分别有氢气和氧气，且它们的体积分别是2∶1，只能通过我们进一步的实验，得出的结论，而不应算作实验现象，所以不能是题目的答案。而C、D选项都是通过实验现象得出的结论，所以它们都不是本题的答案。
答案:A
例2:图2是电解水的简易装置，图B为电解水生成气体与时间关系图，试完成下列问题：
图2-23
（1）若甲管生成气体A，则b应接电源______极。
（2）气体B以带火星的木条检验，产生的现象是______，说明气体具有的性质是______。
（3）实验室可用什么方法收集氢气和氧气？这是根据气体的什么性质？
（4）4分钟后，甲、乙排除管内水的体积比各为多少？
思路解析
本题考点是学生对电解水实验现象的理解和记忆。考查方式较灵活，有简答、填空、识图等形式。既考查了相关化学知识，又将数学、物理知识运用于化学中，因此综合性较强。本题应从图B着眼，在横坐标上取一点，发现相同时间内A气体体积大于B气体体积，故A为氢气，B为氧气。其他各问就可顺利作答了。
答案:（1）负 （2）带火星木条复燃 助燃性 （３）都可用排水集气法；氢气难溶于水，氧气不易溶于水 （4）V(甲)∶V(乙)=2∶1
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自然界中存在的河水、湖水、井水、海水等天然水里含有许多可溶性和不溶性杂质。
在压强为101千帕时，加热到水就烧开了。冬天，到了就要结冰。冰浮在水面上。
正极得氧，负极得氢。若将图中正、负极反接，左边试管得氧，右边试管得氢。
实验技巧：
水的导电能力较弱，反应较慢。电解水时在水里加入少量的硫酸或氢氧化钠溶液，能增强水的导电性。
水的电解需要通直流电，干电池就是一种直流电源。
氢气的体积是氧气体积的2倍，但质量却是氧气的1/8。
氧气的检验是利用带火星的木条，即利用氧气的助燃性；氢气的检验是利用氢气的可燃性。
水在通电的情况下，分解可以得到氢气和氧气。由于氢气是由氢元素组成，氧气是由氧元素组成。所以得出水是由氢元素和氧元素组成的，而且知道物质是可以再分的。
氢气是最轻的气体，氢意即“轻”。因此氢气可以用来填充气球，气球可以高高飘扬。
一切可燃性气体或可燃性粉尘与空气或氧气充分混合后，遇明火均可能发生爆炸。各物质都有一定的爆炸极限（能引起爆炸的浓度范围）。氢气的爆炸极限是4%～74.2%。
对于任何可燃性气体，燃烧之前都需要检验纯度。
用向下排空气法收集氢气进行二次验纯时，必须用拇指堵住试管口待一会儿，防止残留在试管内的氢气火焰引爆不纯的氢气。
利用明矾等絮凝剂，这些絮凝剂溶于水后，生成的胶状物对杂质进行吸附，使杂质沉降来达到净水的目的。
过滤是分离混合物的一种常用的方法。若两种物质混合，需进行过滤分离，则必须符合一种可溶、一种不溶。过滤时一定严格按照“一贴”“二低”“三靠”进行操作。否则，容易导致实验失败。
蒸馏操作时要注意的要点是：
①在烧瓶中加入约1/3体积的硬水，再加入少量防暴沸沸石或碎瓷片。
②蒸馏时注意保持温度缓慢上升，同时通入冷水进行冷却。
③当蒸馏烧瓶中只有少量液体或已达到规定要求时即停止蒸馏。
使用硬水对生活、生产的危害：
①用硬水洗涤衣物既浪费肥皂，又不易洗净，时间长了还会使衣物变硬。
②锅炉用硬水，易使炉内结垢，不仅浪费燃料，且易使炉内管道变形、损坏，严重者可引起爆炸。
③人们长期饮用硬水有害人体的健康。
人们在煮沸硬水的过程中，可以看到形成水垢，水垢的形成主要是因为某种原来可溶性的钙、镁化合物经过加热后，形成了不溶性的化合物。水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁。
蒸馏水是净化程度较高的水。
疑难导析
需说明水中的杂质除了不溶性的杂质，还有可溶性的杂质，无色透明的水只能保证不含不溶性杂质，但可能有一些我们肉眼看不见的，对人体健康不利的可溶性杂质。
要强调硬水中含有较多的可溶性的钙、镁化合物，在加热时，发生化学变化，形成不溶性的物质，即形成了水垢。水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁。这个过程实际上是把硬水变成软水的过程。
问题导思
要先知道水垢的成分。在喝自来水时，我们通常把水煮沸，这时水中溶解的部分钙和镁的化合物的主要成分是Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2，受热以后，就会分解，形成难溶于水的碳酸钙和微溶的碳酸镁，碳酸镁与水反应进一步转变为难溶的氢氧化镁。这样一来，水质提高了，水中的杂质变成了沉淀物，也就形成了水壶中的水垢。我们设法除去这些杂质即可。
先要知道蒸馏水是纯度较高的水，不仅没有不溶性杂质，而且没有可溶性杂质。而自来水中虽然没有不溶性杂质，但是有可溶性杂质，把水蒸发除去，可溶性杂质即可暴露出来。然后根据蒸馏水和自来水的组成特点设计实验。
典题导考
绿色通道
在水的电解过程中，正极产生氧气，负极产生氢气，氢气的体积是氧气体积的2倍，但质量却是氧气的1/8。
典题变式
下列关于水在通电情况下的实验描述正确的是( )
A.通电后，电极上出现气泡，与正极相连的试管中可收集到一种可燃性气体
B.通电后，电极上出现气泡，与正极相连的试管中的气体能使带火星的木条复燃
C.正极上产生的气体与负极上产生的气体的体积比为1∶2
D.正极上产生的气体与负极上产生的气体的体积比为1∶8
答案:B
绿色通道
本题考点是学生对电解水实验现象的理解和记忆。考查方式较灵活，有简答、填空、识图等形式。既考查了相关化学知识，又将数学、物理知识运用于化学中，因此综合性较强。
典题变式
图2-24是电解水的简易装置：
图2-24
（1）电源的A为______极，B ______为极。
（2）C试管中收集到的气体是______，可以用______检验；D试管中收集到的气体是______，可以用______检验。
该反应的文字表达式为___________。
（3）根据以上实验事实得出，水是由______组成的。
答案:（1）负 正
（2）氢气 点燃的木条 氧气 带火星的木条 水氢气+氧气
（3）氢、氧元素