水结成冰时密度减小——用氢键理论来解释
八年级科学水的反膨胀现象及解释
水的反常膨胀及其微观解释在一般情况下，当物体的温度升高时，物体的体积膨胀、密度减小，也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。
然而水在由0℃温度升高时，出现了一种特殊的现象。
人们通过实验得到了P－t曲线，即水的密度随温度变化的曲线。
由图可见，在温度由0℃上升到4℃的过程中，水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的合过程中，水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大。
水在0℃至14℃的范围内，呈现出“冷胀热缩”的现象，称为反常膨胀。
水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。
物质的密度由物质内分子的平均间距决定。
对于水来说，由于水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子，而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定。
具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。
当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱；当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。
综合考虑两个因素的影响，便可得知水的密度变化规律。
在水中，常温下有大约50％的单个水分子组合为缔合水分子，其中双分子缔合水分子最稳定。
多个水分子组合时，除了呈六角形外（如雪花、窗花），还可能形成立体形点阵结构（属六方晶系）。
每一个水分子都通过氢键，与周围四个水分子组合在一起。
边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子组合，形成一个多分子的缔合水分子。
由图可知，缔合水分子中，每一个氧原子周围都有——4个氢原子，其中两个氢原子较近一些，与氧原子之间是共价键，组成水分子；另外两个氢原子属于其他水分子，靠氢键与这个水分子组合在一起。
可以看出，这种多个分子组合成的缔合水分子中的水分于排列得比较松散，分子的间距比较大。
由于氢键具有一定的方向性，因此在单个水分子组合为缔合水分子后，水的结构发生了变化。
一是缔合水分子中的各单个分子排列有序，二是各分子间的距离变大。
高中化学必修2《化学2》判断题(含答案)
《化学2》判断题一、微观结构与物质的多样性判断题：1、在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力均为范德华力2、H2S的沸点比H2O低，所以PH3的沸点也比NH3低3、石墨烯是用“撕裂”方法从石墨中剥离出的单层碳原子面材料，用这种方法从C60、金刚石等中获得“只有一层碳原子厚的碳薄片”也必将成为研究方向4、石英晶体是原子晶体，其分子式为SiO25、酒精的分子式：CH3CH2OH6、HClO的结构式：H-Cl-O7、碘单质的升华过程中，只需克服分子间作用力8、NH4Cl属于离子化合物，该物质中不存在共价键9、在N2、CO2和SiO2物质中，都存在共价键，它们都是由分子构成的10、金刚石和足球烯(C60)均为原子晶体11、干冰升华和液氯气化时，都只需克服分子间作用力12、硫酸氢钠晶体溶于水，需要克服离子键和共价键13、硫酸晶体溶于水，需要克服离子键和共价键14、硫酸钠晶体溶于水，需要克服离子键和共价键15、水分子间存在氢键，所以水常温下以液态存在并且化学性质非常稳定16、常温、常压下以液态存在的物质一定都是由分子构成，因此该液体不导电17、硫酸钠在熔融状态下离子键被削弱，形成定向移动的离子，从而导电18、冰醋酸晶体溶于水的过程中即破坏了分子间作用力，也破坏了部分分子内作用力19、干冰和石英晶体中的化学键类型相同，熔化时需克服微粒间的作用力类型也相同20、CH4和CCl4中，每个原子的最外层都具有8电子稳定结构21、C与H组成化合物的沸点一定比O与H组成化合物的沸点低22、氯化钠晶体在熔融状态下形成自由移动离子的同时，离子键被破坏23、水结成冰后密度变小与水分子内化学键的改变和形成有关24、离子晶体中可能存在共价键，而分子晶体中肯定存在共价键25、金刚石、石墨烯、足球烯均为碳元素的同素异形体，均存在正四面体结构26、硫元素有多种同素异形体S16、S128等，均是由共价键组成的分子晶体27、CaO与CH4的熔点不同，跟其所含化学键类型不同有关28、常温常压下，水与甲烷的状态不同可以说明水的热稳定性好29、液态水与液态HCl中都不存在离子30、分子间作用力越大说明分子越稳定，分子间作用力越大，其熔沸点越高31、某物质熔融时能导电，则该物质中一定含有离子键32、第ⅦA元素的HXO3的酸性比第Ⅵ元素的H2YO3的酸性强，可说明X的非金属性大于Y33、白磷和硫的熔化需克服共价键34、1 molSiO2晶体与1molCH4晶体中共价键的个数比为1∶235、在Na2O、Na2O2、NaHSO4晶体中，阳离子与阴离子个数比均为2∶136、用电解法可以制备Na、Mg、F2等活泼的金属和非金属二、化学反应与能量变化判断题：1、我国目前使用的主要能源是化石燃料，但化石燃料资源有限、不可再生，因此我们应积极研发太阳能、氢能、地热能、潮汐能和生物质能等新能源2、甲醇(酸性)燃料电池当外电路中转移3 mol电子时，生成CO211.2 L3、如图电池工作时，电子流动方向：d电极→ c电极→ZrO3→d电极4、利用化石燃料燃烧放出的热量使分解产生氢气，是氢能开发的研究方向5、若化学过程中断开化学键放出的能量大于形成化学键所吸收的能量，则反应放热6、植物的秸秆、枝叶均蕴藏着生物质能7、电解水是氢能开发的主要研究方向8、锌锰干电池工作时是将电能转化为化学能；锌锰干电池是二次电池9、足量的KI溶液与FeCl3溶液反应后，用CCl4萃取其中的I2，分液，在水溶液中滴加KSCN溶液仍呈血红色，说明该反应有一定的限度10、其它条件相同时，反应温度升高，对于吸热反应，反应速率加快，对于放热反应，反应速率减慢11、一定条件下，固定体积的容器中发生反应A(g)+B(g)2C(g)，当容器内A、B、C的浓度之比为1:1:2时，该反应一定处于平衡状态12、向盛有5mL 4%和5mL 12%的过氧化氢溶液中分别加入几滴等浓度的氯化铁溶液，后者产生气泡速率快13、KI溶液中加少量新制的氯水，再加少量苯充分振荡后静置，上层为紫红色14、生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，是可再生能源15、芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)白天在阳光下曝晒后失水、溶解吸热，夜里重新结晶放热，实现了太阳能转化为化学能继而转化为热能16、将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在富氧条件下，经过缓慢、复杂、充分的氧化反应最终生成沼气，从而有效利用生物质能17、生活、生成中大量应用氢能源，首先要解决由水制备氢气的能耗、氢气的储存和运输等问题18、垃圾焚烧处理厂把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能，减轻了垃圾给城市造成的压力，改善了城市的环境，增强了市民的环保意识19、贮氢合金的发现和应用，开辟了解决氢气贮存、运输难题的新途径20、生物质能的利用主要有直接燃烧、生物化学转换和热化学转换等方式21、决定反应速率的主要因素是温度22、反应速率越大，反应现象就一定越明显23、增大反应物的物质的量、提高反应温度都能增大反应速率24、配制FeCl2溶液时，加入铁粉的原因：Fe+Fe3+2Fe2+25、在酸性介质中钢铁容易发生析氢腐蚀，随着pH升高发生吸氧腐蚀几率增大26、电解水制氢气比光催化分解制氢气要消耗更大的能量27、沼气是不可再生能源28、氢氧燃料电池和硅太阳能电池都是利用了原电池原理29、在一定温度、圧力条件下,贮氢金属吸氢,形成氢化物；升温或加大压强，发生逆向30、镁带和盐酸的反应，中和反应以及氢氧化钠的溶解都是放热反应，而氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应，氨的液化都是吸热反应31、拆开1mol气态物质中某种共价键需要吸收的能量，就是该共价键的键能32、共价键的键能越大，该共价键就越牢固。
【人教版】高中化学选修3知识点总结：第三章晶体结构与性质
【人教版】高中化学选修3知识点总结：第三章晶体结构与性质第一篇：【人教版】高中化学选修3知识点总结：第三章晶体结构与性质第三章晶体结构与性质课标要求1.了解化学键和分子间作用力的区别。
2.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。
3.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
4.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。
5.了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
要点精讲一.晶体常识 1.晶体与非晶体比较2.获得晶体的三条途径①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。
③溶质从溶液中析出。
3.晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元。
晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。
4.晶胞中微粒数的计算方法——均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n属于这个晶胞。
中学中常见的晶胞为立方晶胞立方晶胞中微粒数的计算方法如下：注意：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状二.四种晶体的比较2．晶体熔、沸点高低的比较方法（1）不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
（2）原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高．如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅（3）离子晶体一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，相应的晶格能大，其晶体的熔、沸点就越高。
（4）分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。
④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。
（5）金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。
水和冰中氢键的差异
水和冰中氢键的差异标题：水与冰中氢键的差异一、引言在自然界中，氢键是一种非常重要的化学作用力。
它在许多生物分子的结构和功能中起着关键的作用，例如DNA和蛋白质等。
而我们生活中最常见的两种物质——水和冰，它们的性质也深受氢键的影响。
本文将详细探讨水和冰中的氢键差异，并以此为基础进一步理解这两种物质的不同性质。
二、氢键的基本概念首先，我们需要了解什么是氢键。
氢键是电荷不均匀分布的原子之间的一种弱吸引力。
通常情况下，一个带正电的氢原子会与一个带负电的氧或氮原子形成氢键。
这种键虽然比共价键弱得多，但它在决定物质的物理性质方面却发挥着重要作用。
三、水中的氢键在液态水中，每个水分子可以与四个相邻的水分子通过氢键相互连接。
这些氢键使得水具有较高的表面张力，同时也决定了水的沸点和熔点比其分子量相近的其他化合物要高。
此外，由于氢键的存在，水分子可以在短时间内重新排列，从而使得水具有良好的流动性。
四、冰中的氢键当水冷却到冰点以下时，水分子开始以一种更有序的方式排列，形成了六角形的晶体结构，也就是我们所熟知的冰。
在冰中，每个水分子仍然可以通过氢键与四个相邻的水分子相连，但是这种连接方式更为稳定，因为所有水分子都处于一个固定的位置，不能像液态水那样自由移动。
五、水和冰中氢键的差异尽管水和冰中的氢键都是由水分子间的吸引力产生的，但它们之间存在着一些显著的差异。
1. 结构差异：在液态水中，氢键是动态变化的，水分子可以在短时间内重新排列。
而在固态冰中，氢键是固定的，所有的水分子都位于一个确定的位置。
2. 稳定性差异：由于冰中的氢键是固定的，因此它的稳定性比液态水中的氢键要高。
这也是为什么冰的熔点要比水的沸点高的原因。
3. 密度差异：由于在冰中，水分子之间的氢键会使它们保持一定的距离，所以冰的密度小于水。
这是为何冰会浮在水面上的原因。
六、结论综上所述，氢键在决定水和冰的性质方面起着至关重要的作用。
虽然水和冰中的氢键都是由水分子间的吸引力产生的，但由于它们的结构和稳定性存在差异，这使得水和冰在物理性质上有着显著的不同。
一定质量的水在结成冰之后,体积比原来大的原因
一定质量的水在结成冰之后,体积比原来大的原因
这是因为水分子之间的氢键在起作用,结冰以后水分子会形成规则的六边形结构,但水分子中间的氢键,在结冰后距离并不会缩小,反而会变大,因此结冰后的体积会比水大10%左右!
水在液态时会溶解一定量的空气，在结冰时空气也成了气态，所以空气的体积变大了，但是空气却还在水里；冰的分子结构是导致其密度大于水的重要因素。
在冰融化成水后,体积是变小的。
这是由于冰的密度要比水的密度小,所以质量相同的冰和水,冰的体积就会大于水的体积。
如果冰漂浮在水中，熔化后水面高度不变，如果冰漂浮在密度大于水的液体中，熔化后该液体的液面会上升！。
点水成冰的原理
点水成冰的原理
点水成冰的原理
点水成冰是一个常见的现象，它是指在低温环境下，水受到外界的刺激（例如加热或振动），会形成冰块。
这种现象背后的原理是非常有趣和科学的，下面将从分子层面和物理学角度解释。
1. 分子层面的解释
水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的，分子之间通过氢键相互连接。
水分子在常温常压下一般呈现液态，这是因为分子之间保持着相对较强的吸引力，可以互相接触和流动。
但是，当水分子受到外界的刺激，比如加热，分子之间的吸引力会减弱，水分子就会开始运动加快。
当水分子的动能达到足够高时，它们就可以克服分子间的吸引力，开始以排列有序的形式凝结成固体，即冰块。
2. 物理学角度的解释
在物理学中，固态物体的颜色、硬度、形状等性质取决于其分子或原子的排列方式。
点水成冰的原理就是水分子在低温环境下在空间中形
成结构有序的冰晶体。
当水分子被加热或振动时，它们获得了更多的动能，使得它们从液态中脱离出来，并在空气中以长方体、圆柱等形状排列在一起，最终形成立方晶体。
在冰的结晶过程中，水分子的排列十分有序，分子之间经过分子间力相互作用，最终形成了密密麻麻的结构。
这种结构的稳定性与分子间力的存储有很大关系，使得冰块表现出了很多有趣的物理学性质，如透明度和吸热性等。
总结：
通过以上分析可以看出，点水成冰的原理是由两个方面共同作用的，一个是分子层面，另一个是物理学角度。
理解了这个现象的背景和原理，我们也能更好地应对生活中可能遇到的相关问题，例如防止水管冻裂等。
高三化学 氢键强弱怎么判断
氢键的形成条件及特点•氢键：(1)概念：已经与电负性很大的原子(如N、O、F) 形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子(如 N、O、F)之问的作用力。
如水分子问的氢键如下图所示。
(2)表示方法：A—H…B一(A、B为N、O、F“一”表示共价键，“…”表示形成的氢键)。
(3)分类(4)属性：氢键不属于化学键，它属于一一种较强的分子间作用力，其作用能大小介于范德华力和化学键之间。
(5)对物质性质的影响①氢键对物质熔、沸点的影响。
分子问存在氧键时，破坏分子问的氢键，需要消耗更多的能量，所以存在氢键的物质具有较高的熔点和沸点。
例如：氮族、氧族、卤素中的N、O、F的氧化物的熔、沸点的反常现象。
②氢键对物质溶解度的影响：氢键的存在使物质的溶解性增大。
例如：NH3极易溶解于水，主要是由于氨分子和水分子之问形成了氢键，彼此互相缔合，因而加大了溶解。
再如乙醇、低级醛易溶于水，也是因为它们能与水分子形成氢键。
③氢键的存在会引起密度的变化。
水结冰时体积膨胀、密度减小的反常现象也可用氢键解释：在水蒸气中水以单个的水分子形式存在；在液态水中，通常是几个水分子通过氢键结合，形成(H2O)n小集团；在固态水(冰)中，水分子大范围地以氢键互相连接，成为疏松的晶体，因此在冰的结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。
④分子内氢键与分子间氢键对物质性质的不同影响：氢键既可以存在于分子内部的原子之间，也可以存在于分子间的原子之间，只不过这两种情况对物质性质的影响程度是不一样的。
例如，邻羟基苯甲醛存在分子内氢键：熔点为2℃，沸点为196． 5℃；对羟基苯甲醛存在分子间氢键：熔点为115℃，沸点为250℃。
由此可见，分子间氢键使物质的熔、沸点更高。
6)存在：水、醇、羧酸、酰胺、氨基酸、蛋白质、结晶水合物等物质中都能存在；生命体中许多大分子内也存在氢键，如氢键是蛋白质具有生物活性的高级结构的重要原因，DNA双螺旋的两个螺旋链也是以氢键相互结合的。
用氢键解释冰的密度比液态水的密度小的原因。
冰和水的密度不同主要是由于水分子间存在氢键，氢键在水液态是使一个水分子与4个水分子相连，而当水凝固时氢键会拉伸水分子,使水分子之间距离增大，体积也就增大了，设水的质量为m，当m质量的水凝结成冰时，质量m不变，体积变大，p=m/v.密度也就小了。
水分子间存在氢键，氢键具有方向性。
在冰的晶体结构中，水分子有规律排列，一个水分子周围有四个水分子，这四个水分子围成正四面体。
这种规律排列导致比水中分子间距相对要大，体积增大，密度减小。
冰的密度比水小，对水生动植物具有重要的意义。
其实楼上的说的不太对,冰和水的密度不同主要是由于水分子间存在氢键(等你上高2就会了),氢键在水液态是使一个水分子与4个水分子相连,而当水凝固时氢键会拉伸水分子
使水分子之间距离增大
体积也就增大了,设水的质量为m,当m质量的水凝结成冰时,质量m 不变,体积变大
p=m/v.密度也就小了
因为水在结冰的时候，体积膨胀了，同样质量的水，如果变成冰，体积变大，根据密度等于质量除以体积，当体积变大，而质量不变时，密度变小。
这就是为什么冰山总是浮在水面上。
滴水成冰运用到的化学知识
滴水成冰运用到的化学知识我们来了解一下水的性质。
水分子的化学式为H2O，是由两个氢原子和一个氧原子组成的。
水具有很高的溶解性，是一种良好的溶剂。
这是因为水分子是极性分子，具有正负电荷的区域，可以与其他极性物质发生相互作用。
此外，水还具有高比热容和高比热导率的特点，使其具有良好的热稳定性。
冰是水在低温下凝固形成的固态结构。
冰的结构是由水分子通过氢键相互连接而成的。
在冰中，水分子呈现出规则的排列方式，形成六边形的晶体结构。
这种结构使得冰具有比水密度大的特点，因此冰能够漂浮在水面上。
下面我们来探讨水如何形成冰的过程。
当水温度降低到0摄氏度以下时，水分子的动能减小，无法克服分子之间的引力，于是分子开始逐渐凝聚形成固态的冰。
冰的形成过程可以分为两个阶段：核化和生长。
核化是冰形成的起始阶段，也是最关键的阶段。
在这个过程中，水分子开始聚集在一起，形成微小的冰晶核。
这些冰晶核不断吸引周围的水分子，使得冰晶逐渐增大。
在核化过程中，温度的降低和外界的条件（如异物的存在）都会影响冰晶的形成速度和质量。
生长是冰晶核逐渐增大的过程。
在这个过程中，水分子在冰晶核上的表面进行氢键的形成和断裂，使得冰晶逐渐扩大。
冰晶的生长速度取决于温度和水分子的浓度。
通常情况下，冰晶的生长速度会随着温度的降低而减慢。
通过以上的描述，我们可以看出，滴水成冰的过程涉及到了水的性质、冰的结构以及冰的形成过程等化学知识。
了解这些知识有助于我们更好地理解水的特性和冰的形成机制。
同时，对于一些实际应用，比如制冰、冷冻等，也可以根据这些知识进行合理的操作和控制。
滴水成冰是一个涉及到化学知识的过程。
通过对水的性质、冰的结构以及冰的形成过程的了解，我们可以更好地理解滴水成冰的原理。
同时，这也使我们对水和冰有了更深入的认识，为实际应用提供了基础。
希望通过这篇文章，读者们对滴水成冰的化学知识有了更清晰的了解。
点水成冰的原理简介
点水成冰的原理简介
点水成冰是指将液态的水通过降低温度的方法，使其转化为固态的冰的过程。
这个过程涉及到物质的相变，即物质从一种相态转变为另一种相态。
水的相变是由于水分子的能量改变所导致的。
水分子在固态时呈现出紧密有序的结构，液态时呈现出更松散的结构。
当水分子的能量降低时，分子之间的相互作用力增强，从而使其形成固态的结构。
水分子之间的相互作用力主要包括氢键和范德华力。
氢键是由于氢原子与氧原子之间的极性而产生的，它使得水分子之间的作用力较强，从而形成固态的结构。
而范德华力是分子之间的一种较弱的非共价作用力，在液态时较为明显。
当温度降低时，水分子的能量减小，使得分子之间的相互作用力增强。
在特定的温度下，水分子的相互作用力足够强大，使得分子之间能够形成稳定的固态结构，从而水变为固态的冰。
点水成冰的过程可以通过降低环境温度来实现。
通常情况下，水的凝固点是0（摄氏度），即水开始转化为冰的温度。
在此温度下，水分子的平均动能不足以克服相互作用力，从而形成冰晶体。
通过进一步降低温度，水分子的平均动能继续下降，冰晶体的结构变得更加有序，直至达到最低的温度，即冰的凝固点。
值得注意的是，点水成冰的过程不仅受温度的影响，还受到压力的影响。
根据著名的相图，当压力增加时，水的凝固点随之下降。
这是因为高压下，分子之间的距离缩短，相互作用力增强，从而使水更容易形成固态的结构。
总结起来，点水成冰的原理是通过降低温度和增加压力来使得液态的水分子的能量下降，使得分子之间的力增强，从而转化为固态的冰。
为什么冰会浮在水面上揭秘水的密度与冰的结构
为什么冰会浮在水面上揭秘水的密度与冰的结构为什么冰会浮在水面上：揭秘水的密度与冰的结构在日常生活中，我们都知道冰是会浮在水面上的。
这一现象虽然常见，却涉及到了水的密度和冰的结构。
本文将通过揭示水的密度和冰的分子结构的特点，来解释为什么冰会浮在水面上。
一、水的密度密度是物质的质量与体积的比值，是衡量物质重量分布的指标。
水的密度主要由其分子结构和温度所决定。
水分子由一个氧原子和两个氢原子通过共价键连接而成，呈V字型排列。
氧原子是带负电荷的，氢原子则带正电荷。
这种分子结构使得水分子之间形成了氢键，这是一种较为强力的分子间相互作用力。
在常温常压下，水的密度为1克/立方厘米。
但是，当温度下降到0℃以下时，水分子会发生最密堆积，即水分子通过氢键排列成规则的晶格结构，形成冰的晶体。
二、冰的结构冰的晶体结构位于0℃以下，其分子结构呈现规则的六角形网状结构。
在每个六角形网格的中心，都固定着一个氧原子，而每个氧原子周围则有四个氢原子与它相连。
这种结构导致了冰的分子间距比液态水的分子间距大，使冰的密度降低。
也就是说，在相同的质量下，冰的体积比液态水更大。
这是因为冰晶体中的氢键让水分子远离彼此，增加了分子之间的间隔，从而降低了分子的平均质量。
三、为何冰会浮在水面上有了上述的水的密度和冰的结构的基本认识，我们现在可以解释为什么冰会浮在水面上了。
首先，我们回顾一下物质在液体中浮沉的规律。
根据阿基米德定律，物体在液体中所受到的浮力等于被物体排开液体的重量。
当物体的密度大于液体时，物体下沉；当物体的密度小于液体时，物体上浮。
在这个规律下，我们可以得出结论，冰浮在水中，说明冰的密度小于水的密度。
冰浮在水面上的原因正是与冰的晶体结构和水的分子间相互作用力有关。
由于水的密度在0℃以下变大，因此当水降温达到0℃时，水体底部的水开始冷却变得密集，密度增加，开始下沉。
而水面上的水则接触到了寒冷的空气，开始变得冷却，密度却没有明显增加，仍然保持在1克/立方厘米左右。
为什么水在低温下会变成冰
为什么水在低温下会变成冰水在低温下会变成冰的原因是由于水分子的特殊结构和物理性质。
以下是对这个问题的详细解析。
冰是水的固态形式，它的产生可以归结为冷却过程中水分子的排列和结构发生变化。
水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，呈V字型排列。
在常温下，水分子会不断地进行旋转和振动，当温度降低到水的冰点时，水分子的运动减缓。
随着温度的持续下降，水分子的振动幅度减小，逐渐接近静止。
在较低温度下，水分子的运动减缓到一定程度，分子之间的吸引力开始起作用。
水分子中的氢原子带有正电荷，氧原子带有负电荷，由于这种极性差异，使得水分子之间发生静电吸引。
当温度进一步下降，水分子的振动减弱，吸引力越来越强大，最终导致水分子逐渐排列成规则的结晶体。
在冰中，水分子排列成六角形结构，形成冰晶的晶格。
冰晶的稳定结构使得水分子相互之间的距离加大，使体积膨胀。
这也是为什么冰比水密集度小的原因。
在水的冰点以下，当外界的温度降低，水分子会逐渐排列并形成新的氢键，这导致冰晶的体积继续膨胀，最终转变为固态的冰。
这个过程也可以解释为水从液相到固相的相变过程。
虽然低温下水分子的运动减缓，但并不完全停止。
即使在冰下水分子仍以微小的振动方式存在。
这也是为什么冰会慢慢融化成液态水，当温度升高时，水分子的振动幅度增加，氢键逐渐破裂，水分子开始自由运动。
因此，水在低温下会变成冰的原因可以归结为水分子的结构和性质。
水分子的振动减缓，使得分子之间的吸引力逐渐增强，导致水分子排列成冰晶体，并膨胀成固态的冰，成为一种新的物态。
这种结晶形式的水分子的排列和结构与液态水有所不同。
总结起来，水在低温下变成冰是由于水分子的运动减缓、分子之间的吸引力增强和排列成冰晶体的结晶。
这个过程是水的相变，也是水分子特殊结构和物理性质的结果。
具有反常膨胀的物质里最常见的是
具有反常膨胀的物质里最常见的是
具有反常膨胀的物质里最常见的是水
反常膨胀，是指一般物质由于温度影响，其体积为热缩冷胀。
如水，锑, 熔融的二氧化硅, 立方氧化锆钨
水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。
只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。
一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷缩。
但也有少数热缩冷胀的物质，如水、锑、铋、液态铁等，在某种条件下恰好与上面的情况相反。
实验证明，对0℃的水加热到4℃时，其体积不但不增大，反而缩小。
当水的温度高于4℃时，它的体积才会随着温度的升高而膨胀。
因此，水在4℃时的密度最大。
湖泊里水的表面，当冬季气温下降时，若水温在4℃以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层来。
这样，上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置，整个的水温逐渐降低。
这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止。
当水温降到4℃以下时，上层的水反而膨胀，密度减小，于是冷水层停留在上面继续冷却，一直到温度下降到0℃时，上面的冷水层结成了冰为止。
以上阶段热的交换主要形式是对流。
当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的对流方式来进行热传递。
由于水的导热性能很差，因此湖底的水温仍保持在4℃左右。
这种水的反常膨胀特性，保证了水中的动植物，能在寒冷季节内生存下来。
这里
还应注意到，冰在冷却时与一般物质相同，也是缩小的。
受热则膨胀，只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。
物理变化现象之冰水转化
探究水凝固成冰体积是否会变大
实验发现：水凝固成冰体积变大
水变成冰，质量不变，体积会变大，这是因为液态 水中水分子之间存在着较强的氢键作用力。它比分子间 的作用力（范得瓦耳斯力）大得多。当水处于液态时， 在氢键力的作用下，水分子靠近，在宏观上就表现为体 积变小。而变为固体时，水变为晶体，分子排列有了规 律，氢键的作用力削弱，宏观的表现为体积变大。大多 数的液体变为固体都是体积变小，因为分子在物体固态 时排列较紧密。但是有一类除外，就是在液态时分子间 存在氢键的物质除外。 这类物质有水，液氨，液态氟 化氢。
寒冬季节，水缸在外面为什 么会破裂？
自来水管冻裂
思考
在寒冬季节，如果水缸或自来水管中没有水，它 们则不会出现破裂现象，那么导致它们破裂的罪魁祸 首可能是水。为什么水能使水缸破裂？
想一想 实心的冰块为什么总能浮在水面上？
冰块能漂浮在水面上，冰的密度小于水的密度.
水凝固成冰，质量不变，密度为什么会是由于 质量不变、体积却变大的缘故，这也正 是寒冷冬季水缸会破裂的原因。
不管是在室外还是室内，只要温度低到 能使水缸或水管里面的水凝固成冰，体 积变大，水管或水缸都有可能会被撑裂。
如何防止水缸或水管在寒冷的冬天破裂
1.在水管外包一层保温材料，将水缸挪至室内保温
2.到了气温较低的天气时，可提前将水管或水缸 内的水排尽
水结成冰的时间变化过程
水结成冰的时间变化过程水结成冰的时间变化过程包括以下几个步骤：1. 冷却：当水温降低到0摄氏度以下时，水分子的热运动开始减弱。
在低于0摄氏度时，水分子之间的距离开始变小，逐渐接近。
此时，水分子的平均间距缩小，水体的密度增大。
2. 形成冰晶种子：在水分子彼此之间过于接近时，一些水分子开始排列整齐，形成冰晶种子。
这些种子可以是空气中的微小颗粒或容器表面的不规则性。
3. 冰晶扩张：一旦形成冰晶种子，水分子开始在其表面以固态重新排列。
在冷冻的水中，整齐排列的水分子通过氢键连接在一起，形成固体结构（冰）。
一旦一个冰晶的形成，它会从冰晶种子处开始扩张，并向水体中扩散。
4. 冰晶扩大：经过连续的氢键连接，冰晶逐渐变大，水分子逐渐排列成规则的六角形结构。
在扩大过程中，水分子从液态状态转变为固态结构。
整个水结成冰的时间取决于许多因素，包括环境温度、水体纯度、水体的容器或表面性质以及空气湿度。
在理想条件下，纯净的水在接触到冷冻表面或冷凝物之后可能会迅速结冰。
然而，在一些不利的条件下，例如低温下的纯净水，冰晶形成可能会相对较慢。
5. 冰晶生长：一旦冰晶开始形成，它会继续生长。
冰晶生长的速度取决于环境条件。
在足够低的温度下，水分子会固定在冰晶表面，进一步形成层层结构。
随着时间的推移，冰晶会变得越来越大。
6. 完全结冰：当冰晶继续生长并与周围的冰晶连接时，整个水体最终会完全结冰。
此时，水分子已经完全转变为固态结构，形成了一个连续的冰块。
需要注意的是，水结成冰的时间也受到外部条件的影响，如水的体积和形状、温度变化的速度等。
较大的水体结冰会相对较慢，因为需要更长的时间来扩散冷量和形成冰晶。
此外，温度变化较缓慢时，结冰时间也会延长。
水和冰中氢键的差异
水和冰中氢键的差异
水和冰中氢键的差异主要体现在数量和存在时间上。
1. 数量：冰的氢键数量多于水。
具体来说，当冰完全融化成水的时候，会破坏15%的氢键。
在冰里，每分子水可以产生4个氢键，而在完全融化之后，每一个水分子会产生3\~4个氢键。
2. 存在时间：水和冰中氢键的存在时间也有差异。
液态水中氢键的产生和消失极快（半衰期10^-10s级别），而冰晶格中的氢原子之间的氢键由于排列效应，存在时间较长。
这些差异主要源于水分子的排列方式和运动状态。
在液态水中，水分子排列不规则，运动快速，导致氢键的形成和断裂非常迅速。
而在冰中，水分子以氢键互相联结，形成疏松的晶体，排列规则，因此氢键更加稳定，存在时间较长。
如需了解更多关于水和冰中氢键差异的信息，可以查阅化学领域相关的专业书籍或咨询化学领域的专家。
水变成冰为什么体积变大呢是什么原因
水变成冰为什么体积变大呢是什么原因水变成冰体积变大，是因为液态水中水分子之间存在着较强的氢键作用力。
它比分子间的作用力（范得瓦耳斯力）大得多。
当水处于液态时，在氢键力的作用下，水分子靠近，在宏观上就表现为体积小。
而变为固体时，水变为晶体，分子排列有了规律，氢键的作用力削弱，宏观的表现为体积变大。
水变成冰体积变大的原因由于水分子是极性很强的分子，能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）。
液态水，除含有简单的水分子外，同时还含有缔合分子，最典型的两种是(H₂O)₂和(H₂O)₃，前者称为双分子缔合水分子。
物质的密度由物质内分子的平均间距决定。
当温度在0℃水未结冰时，大多数水分子是以(H₂O)₃的缔合分子存在，当温度升高3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。
如果温度再继续升高在3.98℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。
在水温由0℃升至4℃的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大。
水温降到0℃时，水结成冰，水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子，在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键，两个氢键)，这样一种排布导致成一种敞开结构，也就是说冰的结构中有较大的空隙，所以冰的密度反比同温度的水小。
水结冰的过程水结冰其实是一种结晶的现象，结晶首先需要有凝结核，然后凝结核不断长大，最终长成大块晶体。
其实水结冰的过程并不简单，不是说温度降低到0℃，水就会结冰的，还需要水中含有一些小微粒，作为水分子刚开始结冰时的附着物，水中含有的这种小微粒又叫晶核。
水分子的排列往往让氧原子朝外，氢原子朝内，而氧原子略带负电，因此喜欢周围是正电的环境。
如周围的环境带正电，温度又是低于0℃，那么水就容易结冰，不管水中有没有晶核。
为什么冰会浮在水面上？
为什么冰会浮在水面上？
首先，我们需要了解水的分子结构。
水分子由一个氧原子和两个氢
原子组成，呈现出一个特殊的结构。
由于氧原子比氢原子更电负，
水分子呈现出极性，即一个部分带有正电荷，另一个部分带有负电荷。
当水分子凝固成冰时，由于分子之间的氢键作用，水分子排列成一
个规则的晶格结构。
在这个结构中，水分子之间的距离变得更远，
导致冰的密度比液态水的密度小。
因此，当温度降低，水凝固成冰时，冰的密度变小，使得冰比水轻。
根据物体浮力的原理，密度小的物体会浮在密度大的物体上。
因此，冰会浮在水面上。
总结一下，冰会浮在水面上是因为冰的密度比水小，根据物体浮力
原理，密度小的物体会浮在密度大的物体上。
这是由于水分子的特
殊结构和冰的晶格结构所导致的。
冰中的氢键和水中的氢键
冰中的氢键和水中的氢键
冰中的氢键：冰中的氢键是由冰晶格中的水分子形成的，它们之间的氢键是由氢原子共享结合而成的，即形成一个氢键就有两个水分子参与，其中一个水分子上的氢原子被另一个水分子上的氧原子所吸引和共享，这样就形成了一个氢键。
水中的氢键：水中的氢键是由水分子形成的，它们之间的氢键是由氢原子共享结合而成的，即形成一个氢键就有两个水分子参与，其中一个水分子上的氢原子被另一个水分子上的氧原子所吸引和共享，这样就形成了一个氢键。
但是，水分子在液态中会经常移动，氢键也随之断裂并重新组合，这就是水中的氢键。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水结成冰时密度减小----------用氢键理论来解释在一般情况下，当物体的温度升高时，物体的体积膨胀、密度减小，也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象。
然而水在由0℃温度升高时，出现了一种特殊的现象。
人们通过实验得到了P－t曲线，即水的密度随温度变化的曲线。
由曲线可见，在温度由0℃上升到4℃的过程中，水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的合过程中，水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大。
水在0℃至14℃的范围内，呈现出“冷胀热缩”的现象，称为反常膨胀。
水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释。
物质的密度由物质内分子的平均间距决定。
对于水来说，由于水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子，而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定。
具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。
当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱；当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。
综合考虑两个因素的影响，便可得知水的密度变化规律。
在水中，常温下有大约50％的单个水分子组合为缔合水分子，其中双分子缔合水分子最稳定。
多个水分子组合时，除了呈六角形外（如雪花、窗花），还可能形成立体形点阵结构（属六方晶系）。
每一个水分子都通过氢键，与周围四个水分子组合在一起。
图中只画出了中央一个水分子同周围水分子的组合情况。
边缘的四个水分子也按
照同样的规律再与其他的水分子组合，形成一个多分子的缔合水分子。
由图可知，缔合水分子中，每一个氧原子周围都有——4个氢原子，其中两个氢原子较近一些，与氧原子之间是共价键，组成水分子；另外两个氢原子属于其他水分子，靠氢键与这个水分子组合在一起。
可以看出，这种多个分子组合成的缔合水分子中的水分于排列得比较松散，分子的间距比较大。
由于氢键具有一定的方向性，因此在单个水分子组合为缔合水分子后，水的结构发生了变化。
一是缔合水分子中的各单个分子排列有序，二是各分子间的距离变大。
在液态水变成固态水时，即水凝固成冰、雪、霜时，呈现出缔合水分子的形状。
此时，水分子的排列比较“松散”，雪、冰的密度比较小。
将冰熔化成水，缔合水分子中的一些氢键断裂，冰的晶体消失。
0℃的水与0℃的冰相比，缔合水分子中的单个水分子数目减少，分子的间距变小、空隙减少，所以0℃的水比0℃的冰密度大。
用伦琴射线照射0℃的水，发现只有15％的氢键断裂，水中仍然存在有约85％的微小冰晶体（即大的缔合水分子）。
若继续加热0℃的水，随着水温度的升高，大的缔合水分子逐渐瓦解，变为三分子缔合水分子、双分子缔合水分子或单个水分子。
这些小的缔合水分子或单个水分子，受氢链的影响较小，可以任意排列和运动，不必形成双分子、三分子、多分子缔合和立体形点阵结构（属六方晶系）那样的“缕空”结构，而且单个水分子还可以“嵌入”大的缔合水分子中间。
在水温升高的过程中，一方面，缔合数小的缔合水分子、单个水分子在水中
的比例逐渐加大，水分子的堆集程度（或密集程度）逐渐加大，水的密度也随之加大。
另一方面在这个过程中，随着温度的升高，水分子的运动速度加快，使得分子的平均距离加大，密度减小。
考虑水密度随温度变化的规律时，应当综合考虑两种因素的影响。
在水温由0℃升至4℃的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大，为反常膨胀。
水温超过4℃时，同样应当考虑缔合水分子中的氢键断裂、水分子运动速度加快这两个因素，综合分析它们对水密度的影响。
由于在水温比较高的时候，水中缔合数大的缔合水分子数目比较小，氢键断裂所造成水密度增加的影响较小，水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响，所以在水温由4℃继续升高的过程中，水的密度随温度升高而减小，即呈现热胀冷缩现象。
在4℃时，水中双分子缔合水分子的比例最大，水分子的间距最小，水的密度最大。
因此水结成冰时的这种反常膨胀并不对应分子热能的增大。
实验中测得冰中氢键的作用能为18.8kj/mol而冰的融化热为5.0kj/mol,这说明:
冰中的分子间存在氢键，如冰的融化吸收的热量5.0kJ/mol全部用来破坏氢键，也不能破坏所有的氢键，只破坏了1/3，所以在液态水中，仍存在部分氢键。
实际上，冰是由水分子通过大范围的氢键形成的分子晶体，液态水中水分子之间还存在小范围的氢键，只有水蒸气中水分子可以自由移动，可认为不存在氢键。