有关水的研究性学习课题报告
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水(H2O)是由氢、氧两种元素组成的无机物,在常温常压下为无色无味的透明液体。
水是最常见的物质之一,是包括人类在内所有生命生存的重要资源,也是生物体最重要的组成部分。
水在生命演化中起到了重要的作用。
1水的性质
1.1物理性质水在常温常压下为无色无味的透明液体。
在20℃时,水的热导率为0.006J/s•cm•K,冰的热导率为0.023J/s•cm•K,在雪的密度为0.1×103kg/m3时,雪的热导率为0.00029J/s•cm•K。
水的密度在3.98℃时最大,为1×103kg/m3,温度高于3.98℃时,水的密度随温度升高而减小,在0~3.98℃时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。
水在0℃时,密度为
0.99987×103kg/m3,冰在0℃时,密度为0.9167×103kg/m3。
水是良好的溶剂,大部分无机化合物和少部分有机化合物可溶于水。
1.2化学性质
1.2.1水的热稳定性。
水的热稳定性很强,水蒸气加热到2000K以上,也只有极少量分解为氢气和氧气,但水在通电的条件下会分解为氢气和氧气。
2H2O2H2↑+O2↑
1.2.2水与金属反应。
很多活泼的金属能与水反应,如钠、钾、铁等。
2Na+2H2O=H2↑+2NaOH
3Fe+4H2O Fe3O4+4H2
1.2.3水与非金属反应。
少部分非金属能与水反应,如氟气、氯气、碳等。
Cl2+H2O HCl+HClO
1.2.4水与一些金属氧化物和非金属氧化物能与水反应。
如氧化钠、氧化钙、二氧化碳、二氧化硫等。
Na2O+H2O=2NaOH
SO2+H2O H2SO3
1.2.5与其它物质反应。
NH3+H2O NH3.H2O
CaC2+H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
2水的分类及其应用
2.1普通水、重水、超重水
氢元素有三种核素,分别为普通氢(核中1个质子,又叫氕)、重
氢(核中有1个质子,1个中子,又叫氘)、超重氢(核中1个质子,2个中子,又叫氚),它们分别与氧结合形成普通水、重水和
超重水。
普通水的分子式为H2O。
重水又叫氧化氘或氘水,分子式是D2O。
重水是无色、无臭、无味的液体,但它的一些物理性质跟普通水稍有差异。
例如,重水的密度是1.1044g/cm3(25℃),而
普通水是0.99701g/cm3(25℃)。
这是重水得名的由来。
重水的熔点是3.81℃,沸点是101.42℃。
盐类在重水里的溶解度比在普通水
里小。
例如,在25℃,100g普通水中能溶解35.92gNaCl,而100g 重水只能溶解30.56gNaCl。
许多物质跟重水发生反应,反应比普通水慢。
重水对生物有不利影响。
植物种子浸在重水里不能发芽,鱼类在重水中会很快死亡。
一般的普通水中含重水约0.015%。
电解
水时,由于普通氢气(H2)比重氢(D2)放出快6倍,所以电解水的残留液中重水被富集。
目前生产重水的方法有电解法、精馏法和化学交换法。
重水的主要用途是在反应堆中作慢化剂(又叫减速剂)和冷却剂。
重水分解时产生的氘是重要的热核燃料。
在化学和生物学中,重水用作示踪物质来研究反应机理等。
超重水的化学分子式为T2O,每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。
超重水在
天然水中极其稀少,其比例不到十亿分之一。
超重水的制取成本比重水还要高上万倍。
2.2生活中的水
2.2.1自来水天然水经过过滤、沉淀、消毒以后的水,主要成分是水,其次有一些离子如Ca2+、Mg2+、Cl-等等。
虽然自来水经过处
理后,但还有微量的细菌如大肠杆菌,另外还有一些其他的溶质,因此自来水不能直接饮用。
自来水的密度大于纯水的密度,没有固定的沸点。
自来水在加热沸腾后可以饮用,可直接作为工业用水。
2.2.2矿泉水矿泉水是从地下深处自然涌出或经人工揭露、未受污染的地下矿水。
矿泉水含有对人体有益的多种矿物质和微量元素,如锂、锶、硒、锌、溴、钼等,生理功能强,对人体有一定的保健作用。
在通常情况下,矿泉水的化学成分、流量、水温等动态在天
然波动范围内相对稳定。
2.2.3纯净水纯净水是以江河湖水、自来水等为水源,采用蒸馏法、电渗析法、离子交换法、反渗透法等处理工艺制成的。
就是经过复
杂深层的净化程序达到无菌纯净。
纯净水是把水中各种元素最大限
度的去除,只保留水分子,在去除有害物质的同时,也去除了有益
的物质,因此不能长期饮用纯净水,要和矿泉水搭配喝
2.2.4磁化水磁化水是使水经过高科技超导磁体的磁化,使水分子结构发生变化而得到的一种水。
水磁化后,其物理化学性质发生了
很大变化,主要表现为电导率增大,PH值升高,密度减小,挥发性加快,溶解氧(DO)升高,难溶物质在其中的溶解度增大等。
在大
多数磁场下得到磁化水表面张力增大、沸点降低;在极少数磁场下,表面张力下降、沸点升高。
磁化后的水的冰点变化不大。
由于磁化
水具有不同于普通水的结构和性质,使它在生产和生活中有很多用途。
在医疗上,它对人的高血压、糖尿病、血稠、肾结石等疾病都
有一定的刺激和疗效。
饮用磁化水对消除运动疲劳也具有一定的作用。
在工业上使用磁化水具有抑垢防垢、灭尘、提高混凝土的强度
等用途。
在农业上用磁化水对农作物进行灌溉,可以激活各种生物酶,增强酶的生物活性,促进叶绿素的形成,提高光合作用,从而
促进作物的生长发育,提高作物的产量和质量。
用磁化水养鱼,使
鱼类的生长和抗病抗寒能力得到加强。
2.2.5超水将普通水在密闭容器中加热蒸发为水蒸汽,并使水蒸汽在石英毛细管(内径在nm数量级)中凝结,这样得到的水叫超水,
有人不科学地称之为纳米水。
经过处理得到的超水缔合结构发生了很大变化,形成一种链状六角环结构的聚合物,其颗粒直径达到nm 数量级。
由于超水结构的特殊性,决定了它具有不同于普通水的一些性质:①其密度为普通水密度的1.4倍(ρ超=1.4ρ普);②其粘滞系数是普通水粘滞系数的15倍(η超=15η普),挥发性低;③超水的冰点为-100℃,在700℃时仍保持其特性。
加热到
900~1000℃时变为普通的水,并且在-100~700℃内无论加热、冷却还是长期存放,都不会改变其特性。
超水活性高,能更容易地进入其它物质的分子之间,某些与普通水不相容的物质,如燃料油,能与超水很好相溶,水进入到油分子之间,改变了分子之间的相互作用,使分子结构更松散。
按一定比例配成含有超水的燃料油,燃点低且燃烧充分,一方面可以提高燃烧率和机械效率,另一方面可以减少大气污染,具有巨大的经济效益和良好的社会效益。
用超水做溶剂,可以制成在低温下仍保持液态的溶液,也可以根据其挥发性低及粘滞系数大的特点,制成抗挥发和抗渗透的溶液,在工业上大有用处。
2.2.6中水中水就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水(不含粪便和厨房排水)、杂排水(不含粪便污水)以及生活污(废)水,经集流再生处理后,达到一定的水质标准,可在一定范围内重复使用的非饮用的杂用水,其水质介于上水(清洁水)和下水(污水)之间。
对于“中水”有多种解释,污水工程方面称为“再生水”,工厂方面称为“循环水”或“回用水”,有的人又称之为“复新
水”,一般以水质作为区分标志。
经过处理所得到的中水水质必满足如下条件:(1)满足卫生要求:其指标主要有大肠菌群数、细菌总数、余氯量、悬浮物、COD、BOD5等;(2)满足人们感观要求,无不快感觉,其衡量指标有浊度、色度、臭味等;(3)满足设备构造方面的要求,即水质不易引起设备、管道的严重腐蚀和结垢,其衡量指标有PH值、硬度、蒸发残渣、溶解性物质等。
处理后的出水一般用来冲洗厕所、喷洒道路、绿化、洗车、作为冷却水的补充水等。
2.3硬水与软水
2.3.1软水含钙离子、镁离子较少或不含钙离子、镁离子的水,一般硬度低于8度的水为软水。
2.3.2硬水含钙离子、镁离子较多的水,一般硬度高于8度的水为硬水。
硬水会影响洗涤剂的效果,硬水加热会有较多的水垢。
工业上在使用硬水之前一般要进行软化。
2.4淡水与咸水
2.4.1淡水含较少盐份或不含盐份的水,一般作为民用水或工业用水。
2.4.2咸水含有较多盐份的水,如北方盐湖水,部分地下水和海水都是咸水。
答案补充
3长江和古运河水质状况调查与分析
10月16、17日两天我们五位同学到镇江古运河和长江内江和附近
近边进行了考查,并取回了水样。
在老师的指导下,对这些水样的酸碱度、悬浮物、泥沙含量、COD、透明度等进行了分析。
分析结果表明,长江地区外江水质较好,基本上达到了国家规定要求。
内江和古运河污染较严重,水体浑浊,有的地方水质泛黄或泛绿,悬浮物较多,部分地区水体刺激性气味,泥沙淤积,在大部分地区水质只达到国家规定的III类或IV类标准,极少数地区严重不达标。
针对上述情况我们几位同学走访了部分专家,并对有关情况做了调查,造成内江和古运河水质恶化的原因有下面几个方面。
第一、镇江市整体布局不是十分合理,沿江、沿河工业较多,古运河边居民小区密集。
第二、部分工业废水处理未达标就排到内江和古运河中,甚至于有的厂家为了降低生产成本,将未处理的废水直接排放。
第三、小区生活污水未经净化排到内江和古运河中,在古运河畔乱扔乱抛的现象非常严重,有的市民在河畔随地大小便。
答案补充
第四、环保部门管理不到位,检查力度不够,没有对违章者给予严厉查处。
为了我们镇江有一个良好的生态环境,为了海口市能成为全国闻名的卫生城市、旅游城市,为了我们海口市民的身体健康,为了我们子孙后代的长足发展,我们强烈呼吁,加强内江和古运河治理,改善内江和古运河水质。
我们提出以下建议:第一、市领导对镇江市进行整体规划,对污染严重的企业强行关闭或搬迁。
第二、市区各企业要提高处我排污净化能力,不要为了本企业的自身利益,而不顾及市区人民的生命安全。
第三、各位市民要树立环境保护意
识,保护内江和古运河的水质,人人有责,不要将生活垃圾随意乱扔乱抛。
第四、环保部门要提高责任意识,要加强环境监管力度,杜绝工业废水和生活污水的任意排放。
以上调查研究报告,只是我们五位同学在课余时间内所做的一点粗浅的研究,这是我们进入高中阶段在综合实践活动课上的第一次尝试,其中有很多不足之处,希望老师和同学们给予指正。
在此要感谢老师对我们精心指导和大力帮助,也对曾经帮助过我们的同学、老师、领导和社会上的热心人表示由衷的感谢。