水分子结构 天然水基本特征
水分子结构天然水基本特征
举例：水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以 Fe(OH)2+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe2(OH)24+ 、 Fe3+ 等形态存在。这些
形态在中性 (pH=7) 水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算：
Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+
沸点高。能够有效地调节温度的剧烈变化。
溶解和反应能力强。常被称为通用溶剂。水具有极强的溶
解能力，能够不同程度地溶解大量物质，当然包括污染物。
具有很大的表面张力。水的表面张力仅仅次于水银。
水提供了有机物和生命物质中H的来源。一些有机化合物都
是以碳、氢、氧、氮等元素为基础形成的。这些元素的主要
来源物质就是CO2和H2O。
天 然 水 中 常 见 的 八 大 离 子 ： K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、
HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。
常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特 征性指标。
硬 度 Ca2+ HCO3Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱金属 Na+ SO42 Cl- NO3酸 根 阴离子 阳离子
在自然生态环境中具有不可估量的作用。例如保证了饮用、
水生生物的生存、生命的进化等。 体积随温度变化情况异常。水的体积改变不遵 循“热胀冷缩”的普遍规律。 “冰轻于水”（ 4 摄氏度水密度最大）具有重
要的生态学意义。可以保护水下的生物，保证水 底部生物需要的溶解氧以及其他营养物的补充等。
热容量最大。在所有液体和固体中，水具有最大的热容量。
初中化学《自然界的水》知识点总结
初中化学《自然界的水》知识点总结自然界的水是初中化学中一个非常重要的知识点。
水是地球上最常见的物质之一，它的存在对地球上的生命起着至关重要的作用。
以下是对《自然界的水》这个知识点的总结。
一、水的分子结构及性质：1.水分子的结构：水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，分子式为H2O。
氧原子为中心，两个氢原子与氧原子通过共价键连接。
2.水分子的极性：由于氧原子的电负性较高，氧原子与氢原子的电子密度不均，使得水分子呈现极性分子的特点。
3.水的表面张力：水分子之间的氢键相互作用形成水的表面张力。
表面张力使水分子在液体表面上呈现收缩状态，水滴能形成球状。
4.水的比热容和比热：水的比热容较大，比热也较大。
这使得水具有较大的热稳定性，对环境温度的变化具有缓冲作用。
5.水的沸点和凝固点：纯水的沸点为100℃，凝固点为0℃。
同时，水的密度变化也与温度密切相关，水在4℃以下增温时，密度逐渐增大，4℃以上则变小。
6.溶解性：水是一种极好的溶剂，在自然界中能溶解许多物质，形成溶液。
二、水在自然界中的分布和运动：1.地球上水的分布：地球表面上约70%的面积被水覆盖，其中97%为海水，3%为淡水。
2.水的循环：水循环是指地球上水从大气中蒸发，形成云，然后降下来形成降水的过程。
水循环是地球上水的分布和运动的基本模式。
3.水资源的分布：尽管地球上水的总量很大，但可利用的淡水资源却非常有限。
4.河流和湖泊：河流和湖泊是地球上主要的淡水资源。
河流是地表水的重要运输方式，湖泊则储存了大量的淡水。
三、水的重要性和用途：1.生命的基础：水是地球上生命存在的基础，对维持生命活动至关重要。
2.农业灌溉和工业用水：水是农业灌溉和工业生产的重要原料和资源。
3.饮用水和卫生用水：水是人类日常饮用和保持卫生的重要资源。
4.水污染和水净化：随着工业化进程的加快，水污染问题逐渐凸显。
水净化技术的研发对保护水资源至关重要。
5.水的环境保护：水生态系统的保护和水资源的可持续利用是当前和未来的重要任务。
水的分子结构及其性质
水的分子结构及其性质水是地球上最重要的生物组成成分之一，也是我们生活中不可或缺的物质。
水的分子结构和性质一直是物理化学学科研究的热点领域之一，本文就介绍一下水的分子结构及其性质。
一、水的分子结构水分子的化学式为H2O，由两个氢原子和一个氧原子组成。
氧原子的电负性较强，而氢原子的电负性较小，因此形成了一个带有极性的分子。
在水分子中，氧原子带有一个负电荷，而每个氢原子都带有部分正电荷。
因此，水分子是一个极性分子，分子间存在着电荷极性相互作用。
水分子是三角形平面结构，氢原子与氧原子呈120度角排列。
水分子的几何构型可以用VSEPR理论解释：氧原子周围有4对电子，分别与两个氢原子连接，因此分子的电子排布形成了一个类似于四面体的结构。
二、水的物理性质1. 水的比热容大水的比热容是所有常见液体中最大的之一，这意味着水需要吸收大量的热量才能使其温度升高。
因此，在相同温度下，水的热能储存量远大于其他液体，这对于维持地球上的热平衡极为重要。
2. 水的气化热大水的气化热是指将水从液态转变为气态时需要输入的热量。
水的气化热大，这意味着水蒸发时需要耗费大量的热量，这种现象使得水的蒸发具有强大的降温效果。
因此在炎热的夏天，人们可以通过将身体喷上水后晾干的方式来降温。
3. 水的密度最大水的密度在0℃时达到最大值，之后随着温度的升高逐渐下降。
这种特殊的变化规律使得水在冰封的时候比液态水的密度小，因此可以浮在液体表面上，形成冰层。
如果水密度的变化规律与其他液体相同，地球上的湖泊和河流将会变成单一的冰块，生命的繁衍将会受到威胁。
三、水的化学性质1. 水是一种良好的溶剂由于水的分子极性较大，水分子之间存在着许多氢键，这使得许多离子和极性化合物可以在水中溶解。
由于人体内含有大量水，许多生物的代谢过程都需要水的存在，并且水还可以帮助人体进行代谢废物的排除。
2. 水具有明显的酸碱性水分子可以与自己的正负离子形成氢键，其中一个氢离子脱离分子形成了氢离子（H+），离子另一个带有负电荷的离子（OH-）形成了氢氧根离子。
水的分子结构及其相关性质
水的分子结构及其相关性质水分子是地球上最常见的分子之一，它在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色。
从水的分子结构到水的物理和化学性质，我们都可以通过研究水的相关性质来更好地理解它的特性和作用。
1. 水分子结构水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的，并且分子的结构呈现出V字型。
这种结构使得水分子具有极性，即正电荷和负电荷在分子两端不对称地分布。
这种极性使得水分子能够形成氢键，即水分子之间的电荷相互吸引，形成弱的相互作用力。
这种相互作用力使得水分子能够连成一串，形成水的氢键网络。
这种氢键网络是水的诸多独特性质的基础之一。
2. 水的物理性质水的物理性质是指与温度、压力和阴离子等因素有关的性质。
例如，水的密度随温度的变化而改变，温度升高时密度降低，这也是为什么在冬天水管会冻裂的原因之一。
另外，水的蒸发和沸腾也是由温度的变化引起的。
水的沸点随气压的变化而改变，当气压减小时，水的沸点会降低。
3. 水的化学性质水是一种极好的溶剂，并且它能够与许多物质反应。
例如，水能够与酸反应形成酸性溶液，也能与碱反应形成碱性溶液。
此外，水也能够与金属反应生成氢气，在生产工业化学品、制造电池等过程中起着重要的作用。
水还具有极强的表面张力，这使得水能够形成水滴和气泡等形态。
4. 水的生物学意义水是生命体系中必不可少的物质。
所有的细胞都需要水来维持其功能，同时水也是人类、植物和动物等生物的主要组成部分。
水能够在人体内运输营养物质、滋润眼睛和皮肤等组织器官，同时也能够帮助排泄代谢产物。
此外，水还能够控制体温，并且帮助维持体内水分和电解质的平衡。
5. 水的环境意义水是地球的重要组成部分，在地球生物系统中扮演着极其重要的角色。
水的过度使用和污染导致了许多环境问题，例如全球气候变化、饮用水质量下降、生物多样性丧失等。
因此，我们需要采取一些措施，如节水、减少水污染等来保护水资源和改善环境。
总之，水作为一种重要的物质，其分子结构和相关性质对我们的日常生活和环境都有着极其重要的影响。
天然水的主要理化性质
图1－8分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。 春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。 夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温 度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。 秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大， 发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃 层消失。
与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系
1. 与水生生物关系
水生生物有一定的适应盐幅
水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超 过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。
同一生物不同生长阶段耐盐能力不同 耐盐限度不同; 几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼>团头鲂>鲢 在适宜的盐度范围内，频繁的盐度波动对生长有 影响（盐度实验时要注意）
二、天然水的透光性
光线在水中的反射、吸收与折射
(一)水面对太阳辐射的反射
入射角、反射角、 太阳高度角，反射率 水面对大气散射 辐射的反射率，大约 在5%-10%
（二）水对太阳光的吸收特点:
1.有一定的选择性
2.随水体深度增大能量 衰减快 73%到水面1cm处 36%到1m处 1.4%到100m处 光抑制区 光适宜区 光限制区
第一节 水的特性
1. 水分子的结构
H 104.40 H 在水分子的结构中，两个氢原子核排列成以氧原子核为顶的等腰三角形。从而 使氧的一端带负电荷，氢的一核带正电荷，因此水分子是一个极性很强的分子， 即氧的一端为负极，氢一的端为正极。由于水分子在正极一方有两个裸露的氢 核，在负极一方有氧的两对孤对电子，这样就使每一个水分子都可以把自己的 两个氢核交出与其他两个水分子共有，而同时氧的两对孤对电子又可以接受第 三个、第四个氢核，使这五个水分子之间形成四个氢键，其中每一个外围分子 又再与另外的分子继续生成氢键。这种现象称为水分子的缔合现象。所以水是 单个分子H2O和（H2O）n的混合物，（H2O）n称为水分子的集聚体或聚合物。
水的结构与性质
水的结构与性质水是地球上最为广泛存在的物质之一，其独特的结构与性质对生命的存在和地球的生态环境起着重要的作用。
本文将深入探讨水的结构特点以及相关性质，并对这些性质背后的科学原理进行解析。
一、水的结构特点水的分子结构由一个氧原子和两个氢原子组成。
氧原子与两个氢原子通过共价键结合在一起，形成了水分子的三角形结构。
这种结构使得水分子呈现出极性，即一个氢原子带正电荷，一个氧原子带负电荷。
另外，水分子中的键角也是独特的，氢原子和氧原子之间的键角约为104.5度。
这种特殊的结构赋予了水独特的性质。
二、水的相关性质1. 高沸点和高熔点由于水分子之间存在氢键的相互作用，使得水的沸点和熔点相对较高。
这也是为什么水能够在地球上以液态存在的原因之一。
相对于其他分子量相仿的物质而言，水的沸点和熔点要高得多，这对维持地球上的水循环和生态系统至关重要。
2. 极性溶剂作为一种极性溶剂，水能够溶解许多不同种类的物质，包括无机物和有机物。
这是由于水分子中氧原子上的负电荷以及氢原子上的正电荷使得它们能与其他带电或极性分子产生相互作用，从而形成溶解物。
这个特性使水成为了生物体内各种代谢反应的媒介，并保持了生态系统的稳定。
3. 密度最大值在水的温度范围中，水的密度最大值出现在0度。
当温度低于或高于这个温度时，水的密度将会减小。
这种特性使得冰能够浮在液态水表面上，从而形成冰层遮挡水体内部温度的变化，维护水下生物的生存环境。
4. 高比热和高热蒸发潜热水具有相对较高的比热和热蒸发潜热。
比热是指在单位质量下，物质的温度升高所需要吸收或放出的热量。
热蒸发潜热是指物质从液态转变为气态所需要吸收的热量。
这些特性使得水对温度的变化具有一定的缓冲作用，保持了地球上的气候稳定。
5. 吸热固化和凝结热水在凝固过程中会释放出大量的热量，这种现象称为吸热固化。
而在水蒸气凝结成为液态水时，也会释放出相应的热量，这被称为凝结热。
这些热量的释放和吸收对于气候和天气的变化有着重要的影响。
3.1.2天然水的基本特征(1)
第三章：水环境化学——天然水的性质第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质（1）碳酸盐系统（2）酸度和碱度（3）天然水的缓冲能力● 缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH 缓冲溶液能够在一定程度上保持pH 不变化。
● 天然水体的pH 值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。
● 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。
但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH 值也有着重要作用。
● 但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。
因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。
对于碳酸水体系，当pH<8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH 值可由下式确定：][][lg 3*321--=HCO CO H pK pH如果向水体投入△B 量的碱性废水时，相应由△B 量H 2CO 3*转化为HCO 3-，水体pH 升高为pH ＇,则：B HCO BCO H pK pH ∆+∆--=-][][lg 3*321＇水体中pH 变化为△pH=pH ＇-pH ，即：][][lg ][][lg 3*323*32--+∆+∆--=∆HCO CO H B HCO BCO H pH由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO 3-]，因此经常情况下，可以把[HCO 3-]作为碱度。
若把[HCO 3-]作为水的碱度，[H 2CO 3*]作为水中游离碳酸[CO 2]，就可推出：△B=[碱度][10△pH -1]/(1+K 1×10pH+△pH )△pH 即为相应改变的pH 值。
3.1.1水和水分子结构的特异性
第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态●水是世界上分布最广的资源之一，也是人类兰以生存和发展必不可少的物质，但是世界上可供人类利用的淡水资源很少，仅占地球水资源总量的0.64%,尽管如此，人类排放的大量污染物还造成了这些淡水资源的污染，水质下降，因此水资源保护十分重要。
●水环境化学主要研究物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化途径、归趋的规律与化学行为以及对生态环境的影响。
这是环境化学的重要组成部分之一。
●地球表面有70.8%为海洋所覆盖，占地球总水量的97.3%，淡水只占2.7%，可供人类使用的淡水资源约为850万km3，仅占地球总水量的0.64%。
我国水资源比较丰富，约为27210亿m3，居世界第六位。
目前用水量仅次于美国。
对我国44个城市水质调查:地下水93.2%被污染，地表水100%污染。
●1977年，联合国世界水会议：“如用一个半加仑（2.25L）的瓶子装下地球上的所有水，则可以直接利用的淡水只有半茶匙，其中河水湖泊水只有1滴，其余为地下水”。
本节讲述内容：水分子结构、天然水基本特征（主要组成）一、水和水分子结构的特异性1、水分子的结构●水是地球上常见的物质之一。
●水是氧的氢化物，具有V型结构的极性分子。
为什么？水分子的结构式是H2O，氧原子受到四个电子对包围，其中包括两个与氢原子共享所形成的两个共价键的成键电子对、以及由氧原子提供的两个孤对电子对。
根据H.M.Poewll提出的价层电子对互斥理论，孤对电子对之间的斥力>孤对电子对与成键电子对的斥力>成键电子对之间的斥力。
因此由于电子对之间的斥力不同，造成了水分子的V型结构。
●这种V型结构使水分子正负电荷向两端集中，一端为两个H离子带正电荷，一端为O带负电荷，所以水是极性分子。
●极性使水分子之间存在氢键，并有多个水分子缔合nH2O=(H2O)n。
常称“水分子团”。
●正是氢键的存在使水分子和同族分子相比具有特异性。
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③平衡计算 确定了弱酸离解常数，就可以计算已知浓度的弱酸溶液的平衡组成。
▪举 例 计 算 1 ： 在 环 境 温 度 为 25 摄 氏 度 条 件 下 ， 含 氨 废 水 浓 度 为 0.200mg/L，求该废水的OH-浓度、pH值和氨水的电离度。（已知 氨在25摄氏度的离解常数是1.8×10-5）
H2O≒HA+OH—K b
[HA][OH ]
[A ]
为 应 用 方 便 ， 一 般 采 用 pKa ， pKb 来 表 示 酸 碱 电 离 常 数 ： pKa=lgKa ， pKb=lgKb
Ka数值越大或pKa数值越小，表明HA的酸性越强。Kb数值越大或pKb数值 越小表明A—的碱性越强。一般规定pKa<0.8者为强酸，pKb<1．4者为强碱。
pH
pK1
lg [H 2CO3* ] [HCO3 ]
如果向水体投入△B量的碱性废水时则：pH＇
pK1
lg [H 2CO3* ] B [HCO3 ] B
水体中pH变化为△pH=pH＇-pH，即：
pH
lg
[H2CO3* ] B [HCO3 ] B
酸1+碱2≒碱1+酸2 从酸碱质子理论看来，任何酸碱反应，如中和、电离、水解等都是两 个共轭酸碱对之间的质子传递反应。
②酸和碱的强度
▪ 醋酸CH3COOH(简称HAc)是典型的一元酸，HAc水溶液体系中存在着如下的 离解
反应平衡，其电离平衡K反a 应 [为H：3O ][ Ac ] HAc+H2O≒H3O++Ac— ， [HAc ] ，Ka称为酸平衡常数。
已经离解的HAc的百分数，称为弱酸的电离度，常以α表示。如果以[HAc]表
示
[ Ac ]
[ HAc ]
HAc的原始浓度，以[Ac—]表示已离解HAc的浓度，则α定义为：α=
×100%。
▪ 以氨的水溶液作为一元弱碱的例子进行简要介绍，氨的水溶液中存在着如下的
电离平衡反应，其电离Kb平衡[NH反[4N应H][O3为]H： ]
△pH即为相应改变的pH值。
▪在投入酸量△A时，只要把△pH作为负值，△A=-△B,也可 以进行类似计算。
举例：在一个pH为6.5、碱度为1.6mmol/L的水体中，用 NaOH进行碱化，需多少碱能使pH上升至8.0? 解：△pH=8-6.5=1.5, pH=6.5, 碱度=1.6mmol/L 所以△B=[碱度][10△pH-1]/(1+K1×10pH+△pH)
▪酸碱反应一般能在瞬间完成，pH值是体系中最为重要的参数，决定着体 系内各组分的
▪相对浓度。在与沉积物的生成、转化及溶解等过程有关的化学反应中， pH值往往能决定转化过程的方向。
▪天然水体pH值一般在6～9的范围内，所以在水和废水处理过程中，水体 酸碱度的观测是一个首先必须考虑的指标之一。
▪在天然水环境中重要的一元酸碱体系有HCN-CN—、NH4+—NH3等，二 元酸碱体系有H2S-HS—S2—、H2SO3—HSO3——SO32—、H2CO3—HCO3— —CO32—等，三元酸碱体系有：H3PO4—H2PO4——HPO42——PO43—等。
pH＝14-pOH＝14+1g[OH—]＝11.28
电离度为α=×100%=0.95%
NH +H O≒NH ++OH—，
，K 称为碱平衡常数。
需要说明的是，准确的酸碱平衡常数要靠活度计算，但是在一般的 稀溶液中，基本上可以用浓度来代替。
▪ 碱的强弱分别采用酸电离常数Ka和碱电离常数Kb来表达。用通
式表示为：
HA+H2O≒H3O++A—
Ka
[H 3O ][ A ] [ HA ]
A—+
HF+H2O≒H3O++F—
当反应自左向右进行时，HF起酸的作用(是质子的给予体)，H2O起碱的 作用(质子的受体)。如果上述反应逆向进行，则应将H3O+视为
酸，F—则为碱。HF-F—和H2O—H3O+实质上是两对共轭酸碱体。而 在下列酸碱反应中
H2O+NH3≒OH—+NH4+ 当反应自左向右进行时，H2O起了酸的作用(是质子的给予体)，NH3 起碱的作用(是质子的受体)。如果上述反应逆向进行，则应将NH4+视为 酸，OH—则为碱。NH3—NH4+实质上是一对共轭酸碱体。 上面两反应写成一般形式，可以表达为
=1.6×（101.5-1）/(1+10-6.35×106.5+1.5) =1.6×（101.5-1）/45.668 =1.08 mmol/L
▪许多化学和生物反应都属于酸碱化学的范畴，以化学、生物化学等学科为 基础的环境化
▪学也自然要经常需要应用酸碱化学的理论。
▪酸碱无时无刻都存在于我们的身边，食醋、苏打以及小苏打等都是生活中 最常见的酸和碱，一些学者认为弱碱性的水更有利于人类的健康。
lg
[H2CO3* ] [HCO3 ]
由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就 是[HCO3-]，因此经常情况下，可以把[HCO3-]作为碱度。若把[HCO3-]作为水 的碱度，[H2CO3*]作为水中游离碳酸[CO2]，就可推出：
△B=[碱度][10△pH-1]/(1+K1×10pH+△pH)
①酸碱质子理论
事物都有其认识和发展的过程，酸碱化学基础理论亦如此。在酸碱化学 理论发展过程中存在着如下的几种理论：酸碱电离理论、质子理论。
▪电离理论至今仍普遍应用于水环境化学的领域中，但由于电离理论把酸和 碱只限于水溶液，又把碱限制为氢氧化物等，使得该理论对于一些现象不 能够很好的解释。
▪由Brosted和Lowry于1923年提出的酸碱质子论是各种酸碱理论中较适于 水化学的一种理论。根据质子酸和质子碱的定义：凡是能释放出质子的任 何含氢原子的物质都是酸，而任何能与质子结合的物质都是碱。例如，在 下列反应中
解：假定平衡时NH4+的浓度为x mol／L
NH3+H2O≒NH4++OH—， 平衡时浓度： 0.200-x x x
所以
Kb
[NH 4 ]=[OH ]
[NH3 ]
=1.8×x 1 x0-5 0.2 x
所以可以求得x=1.90×10-3mol／L即，[OH—]＝1.90×10-3mol／L
由于pH值为氢离子活度的负对数度，求得：