水是人类生活中最常见的物质之一,无处不在,是生命的源泉,水的性质与组成是初中化学学习的重点内容。
1、水的性质
1.1、通常状况下,水是一种无色、无味、无毒的液体。
标准状况下,水在0℃(水的凝固点:0℃)时,水会凝固成冰,在100℃(水的沸点:100℃)时,水会沸腾气化成水蒸气。
1.2、自然界中的水
海水:海洋中的水,含有氯化镁(MgCl2)、氯化纳(NaCl)等物质,不能直接作为人类生活用水,属于混合物。淡水:江河,湖泊及地表下的水,是人类生活用水的主要来源,水中含有可溶性的钙、镁化合物,属于混合物。蒸馏水:水通过蒸馏变成水蒸气,水蒸气再冷凝后形成蒸馏水,蒸馏水用于化学实验,属于纯净物。1.3、水的导电性
水越纯净导电能力越弱,不纯净的水,水中含有的自由带电离子多,导电能力强。
提问:为什么水越纯净导电能力越弱,不纯净的水导电能力较强?
答:水的导电能力的强弱和水中自由移动的带电离子有关,纯净的水主要含有水分子(H2O),水分子不带电,不能定向移动产生电流,导电能力弱。
不纯净的水中,含有的带电离子较多,通电后,水中的带电离子定向移动并产生电流,带电离子越多(浓度越大),电流越大,导电能力越强。
举例:纯水中加入硫酸(H2SO4)、氢氧化钠(NaOH)导电能力会增强。
1.4、硬水和软水
硬水:含有较多可溶性钙、镁化合物的水。软水:不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。水的硬度大小:水中含可溶性钙、镁化合物的多少来决定水硬度的大小,含可溶性钙、镁化合物越多,水的硬度越大。提问:硬水给生活生产带来哪些影响?
答:硬水在加热过程中会在容器中产生很多水垢,会使热水器、水壶上产生很多难清洗的水垢,用硬水洗衣服时,硬水和肥皂水产生不溶性沉淀物,衣服洗不干净。
硬水容易产生水垢会使工业上使用的热交换器、水管等设备堵塞,引起爆炸,造成重大的经济损失。注意:水垢的主要成份为碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3),可以用稀盐酸或醋酸出去水垢。
除去水垢的原理:酸与碳酸钙(CaCO3)或碳酸镁(MgCO3)反应生成可溶性钙镁化合物。
硬水与软水的鉴别方法
①肥皂水:硬水遇肥皂水泡沫少,有较多的浮渣生成,软水遇肥皂水会产生很多泡沫,浮渣很少或没有。
②加热煮沸:硬水在加热煮沸后,容器内壁会留有很多水垢,软水没有或很少。
水的软化:把硬水转化成软水的过程称为水的软化。加热煮沸的方法使水的硬度降低,达到软化的效果。水在加热煮沸后,水中可溶性钙、镁化合物生产不溶水的水垢,从水中分离出来,使水中钙、镁物质减少。进而使水的硬度降低。
2、水的组成
2.1、水电解实验
水电解实验是测定水组成的实验,实验装置如下:
①实验操作:打开左右活塞,向漏斗中加入氢氧化钠溶液(氢氧化钠与水的混合物,增强导电性),至两边的玻璃管装满,关闭左右活塞,通电,观察现象。
加入氢氧化钠溶液而不用纯水的目的:增加水的导电能力,提高反应速率。
②实验现象:在电源的两电极上都有气泡产生,负极(阴极)相连的管内产生的气体体积约为正极(阳极)相连的管内产生的气体体积的2倍。
③正负两电极生成气体的验证:
用带火星的木条靠近正极管口,打开活塞,带火星的木条复燃,说明是正极产生的是氧气。
用燃着的木条靠近负极管口,打开活塞,气体被点燃产生淡蓝色的火焰,说明是负极产生的是氢气。
2.2、实验结论(口诀:阳氧阴氢,氢二氧一)
①水在直流电的作用下,分解生成氢气与氧气,正极(阳极)产生氧气,负极(阴极)产生氢气,氢气的体积:氧气体积约为2:1。文字表达式与化学方程式:
②水是由氢元素与氧元素组成
因水电解分解成氢气与氧气,氢气(化学式:H2)有氢元素(H)组成,氧气(化学式:O2)有氧元素(O)组成,根据化学反应元素守恒,组成氢气和氧气的氢元素和氧元素都来自于水,所以水是有氢元素与氧元素组成的。
2.3、问题与讨论
判断题:水是由氢元素与氧元素组成的(正确)。
答:水是由水分子(H2O)组成的,水分子是由氢元素(H)与氧元素(O)组成的。所以水是由氢元素(H)与氧元素(O)组成的,答案正确。
水是由氢气与氧气组成的(错误)。答:错误,氢气(H2)与氧气(O2)是两种物质,不能组成另一中物质(水)。
提问:为什么实际生成的氢气的体积与氧气体积比大于2:1?答:氧气在水中的溶解性大于氢气,生成的氧气有一小部分溶于水,导致氧气的体积减小。氢气难溶于水,氢气的体积几乎没有减少。
3、氢气的性质与应用
3.1、物理性质:通常情况下,氢气是一种无色、无味、密度最小的气体。难溶于水。
3.2、化学性质
①可燃性:氢气在空气中燃烧生成水,文字表达式与化学方程式:
纯净的氢气在空气中点燃发出淡蓝色的火焰,放出大量的热,在火焰上方罩一干燥冷的烧杯,烧杯内壁出现水滴。不纯净的空气燃烧时,发出尖锐爆鸣声,甚至发生爆炸(达到爆炸极限的浓度)。所以在点燃氢气必须检验纯度。纯净的氢气才可以安全的燃烧。氢气纯度的检验方法:收集一试管氢气,用拇指堵住试管口,管口向下(氢气密度比空气小),移动试管靠近火焰,松开拇指点火,若听到尖锐的爆鸣声音,说明氢气不纯净,若发出小的“噗噗”声,说明氢气较纯净。注意:可燃性气体(如氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4))在点燃前,需检验纯度,不纯的可燃性气体燃烧时会产生爆炸。
通过氢气燃烧生成水,也可以证明水试由氢元素与氧元素组成的。②还原性:用氢气可以还原氧化铜(化学式:CUO)、氧化铁(Fe2O3)等金属氧化物。
3.2、氢气的应用
①清洁能源(新型能源)
氢气可以燃烧,且燃烧的产物是水,对环境不造成任何污染,所以氢气属于清洁能源之一。但氢气的制取成本高,如电解水生产氢气,需要消耗大量电能,综合考虑不划算。
②金属的冶炼
用氢气可以还原氧化铜(化学式:CUO)、氧化铁(Fe2O3)等金属氧化物,使金属氧化物变成单质。
③制造氢气球或飞艇
氢气是密度最小的气体,可以制造氢气球或飞艇。