八年级科学水的反膨胀现象及解释.doc

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1、真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。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Pt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

2、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

3、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

4、，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“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

5、（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

6、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。一杯清水是无色透明的，而有的池水、湖水、海水等为什么却是浅蓝色的呢？这是因为水的颜色与水层的厚薄有关的，无色透明只是对薄的水层而言。另外，水的颜色还跟光有关，射向水的光，一部分在水的表面就被反射，另一部分深入到水中，经过较长的一段光路，再反射出来，在这一段路上，水吸收了一部分光，水吸收光的能力是从红到紫逐渐减弱的，因此人们看水时，觉得是蓝色的。第一节 水在哪里？一、 地球上水的组成及分布水的分类:海洋水 液态水按积聚情况分类

7、 陆地水 淡水 按状态分 固态水大气水按 咸度分类 咸水 气态水生物水海洋水海洋河流、湖泊地球上的水 陆地水 土壤、沼泽冰川大气水空气生物水生物体海洋水 96.53% 冰川水 68.69% 陆地淡水 2.53% 地下淡水 30.06% 湖泊咸水和地下咸水 0.94% 其他水体可被人们利用的淡水有:江河水、淡水湖泊水、和浅层地下水1、你可以用哪些方法证明我们周围的空气中含有水？早晨的花草上的露水，是空气中的水蒸气遇冷液化而成的；从冰箱刚拿出来的冰棍周围会冒烟，是空气中的水蒸气遇冷液化而成的。2、地球上有丰富的水, 为什么我们还要提倡节约用水?）地球上的水，绝大多数是不能饮用的咸水，淡水资源仅占全

8、球总储水量的2.53% ，而绝大部分淡水是目前无法利用的冰川和深层地下水。当今人们比较容易利用的淡水是河流水、湖泊淡水及浅层地下水，其储量约仅占全球淡水总储量的0.%。2）水污染严重3）分布不均匀（地区、季节）（4）人口的剧增二、水与生命1.水是生物生存所需的最基本的物质之一。长期生存在不同水分条件下的生命体，为了适应当地水分供给特点，往往会形成特定的行为特点和生理结构特点.水的多少，影响着生物的分布。.水是生命有机体的重要组成部分。.生物的生命活动离不开水。一个健康的成年人每天平均约需水2.5升。1、水是生物存在所需的最基本的物质之一。（1）、热带沙漠中的仙人掌为何长成这样：有肥大的茎、小的

9、叶刺(叶子退化)，根系发达？生物对环境的适应（2）、在自然界中，有些动物不常饮水（如骆驼）是不是它们不需要水？如果需要水，它们又是如何得到水的？活在沙漠地区的骆驼，与其他生物一样需要水他为了能适应沙漠地区的生活，可以通过关闭汗腺来做到在较长时间保持体内的水分，并且通过嗅觉系统可以在数千米外“闻到”水源，也是生物对环境的适应。2、水的多少影响着生物的分布。生物体的含水量水源丰富，生物种类繁多，缺水，植物稀疏，动物散落。3、水是生命有机体的重要组成部分。4、生物的生命活动离不开水。1）动物和人体的各项生命活动离不开水。如食物的消化在溶于水、营养物质的输送是血液离不开水、代谢产物的排出通过尿液离不开

10、水。人可以一天不吃饭，但不能一天不喝水。（2）植物的生长离不开水：植物通过根系吸收水份。水分进入植物体，主要发挥三方面的作用： A.光合作用需要水分。 B.溶解土壤中的有用元素，使之能被植物根系吸收，并承担输送养分的任务。 C.通过叶表面的蒸腾，调节叶表面的温度，避免叶面被太阳光灼伤。三、水的循环 陆上内循环：陆地大气（1）、水循环的途径 小循环 海上内循环：海洋大气 大循环 海陆间水循环：海洋陆地大气2）水循环包括的环节：蒸发、蒸腾、水汽输送、降水、地表径流、地下径流等(3)水循环的成因：水的三态变化（内因）； 太阳照射、地球引力（外因）（4）水循环的概念：所谓水循环，就是在太阳光的照射下，

11、地球上的水体，土壤和植物叶面的水分通过蒸发和蒸腾进入大气，通过气流被输送到其他地方。在一定条件下，水汽遇冷凝结成云致雨，又回到地面。在地球引力的作用下，降落在地表的水经流动汇集到江河湖海。在运动过程中，水又重新经历蒸发、输送、凝结、降水和径流等变化。 （指海洋水、陆地水、大气水之间的互相转换和运动）地球上主要水体的平均更新周期最快的是大气水。更新最慢是 冰川。地球上的水循环是指海洋水、陆地水和大气水之间的相互转换和运动。1. 在水循环的过程中，海洋水体和陆地水体是通过怎样的途径联系起来的？海陆间水循环2.从水循环图上看，地球上水循环的途径是怎样的？海上内循环、陆上内循环、海陆间循环2、水循环的

12、重要性： 水循环是地球上各水体间相互联系的纽带，使水圈成为一个动态的系统。通过水循环，使海洋源源不断地向陆地供应淡水，滋润着土地，哺育着生命。水循环简图：凝结 水汽输送 蒸发地表径流入 渗 江河汇聚 降水 海洋 地下径流水循环使地球上的淡水得以补充,是否可浪费水资源?1.可利用的淡水仅占地球上全部淡水的0.3%.2.淡水资源在时间和空间上分布不均.3.水资源的污染严重.1能使陆地上的水不断得到补充，水资源得以再生的循环是（ ）A海上内循环 B海陆间循环 C陆上内循环 D大洋循环3海洋水、陆地水和大气水的划分依据是（ ） A水的物理性质 B水的化学性质 C水的空间分布 D水汽含量多少1.水和生命

13、密不可分，有水的环境里才可能有生命。这是因为水是 生命有机体 的重要组成部分；而且生物的 生命活动 也离不开水。 2.在人体中水分占人体总重的 23 以上。 3.地球上的水大部分以 液态 存在，另外一部分则是以 固态 和 气态 存在。 4.水循环的动力是 太阳光的照射 。能给陆地上水得到补充的水循环是 海陆间循环 。植物通过 根 ，吸收 土壤 中的水分，主要由 叶 通过 蒸腾 作用将水散发到大气 中成为 气态 水第二节 水的组成一、水的电解物理变化和化学变化的区别和联系：物理变化化学变化定义没有生成新的物质的变化。生成新的物质的变化。区别依据有没有产生新的物质举例状态、形状等变化燃烧等1.电解

14、水的实验。 (1)在水电解器的玻璃管里注满水，接通直流电； (2)可以观察到:两个电极上出现 气泡 ，两玻璃管内液面 下降 ； (3)用点燃的火柴接触液面下降较多(即产生气体体积较多 )的玻璃管尖嘴，慢慢打开活塞，观察到气体能燃烧(火焰呈 淡蓝色 ，点燃时发出一声轻微的爆鸣声)，这个玻璃管中产生的是 氢 气；用带火星木条接近液面下降较少的玻璃管尖端，慢慢打开活塞，观察到 带火星的木条复燃 ，这是 氧 气； (4)产生氢气的那个电极是 负 极，产生氧气的那个电极是 正 极； (5)通过精确实验测得电解水时，产生的氢气和氧气的体积比是 2:1 。 2.电解水的实验说明水在通电条件下，生成 氢气 和

15、 氧气 ，这个过程的文字表达式为 水 氢气+氧气 。3.实验结论:氢气中的 氢 和氧气中的 氧 是从水中产生的，所以水是由 氢和氧组成的。 二、水的重要性质颜色无色沸点100气味无味凝固点0状态常温下液态水的异常现象一定质量4时体积最小水结成冰时体积膨胀。4时水的密度最大，4以下时，水热缩冷胀； 4以上时，水热胀冷缩。纯净的水是不良导体、水是一种良好的溶剂、水电解能生成氢气和氧气等。氧气能助燃,但不会燃烧;氢气能燃烧,是一种高能、洁净的燃料，燃烧产物为水，其密度小，可制氢气球。1、如果水不存在着热缩冷胀的反常现象，世界会出现什么样的情景？（1）冬天的自来水管不会出现爆裂（2）可以用水制作水温度

16、计（3）江河结冰会从水底开始，鱼类将无法正常生存 2、成语“冰山一角”的含义？是否符合科学道理？形容一些不良的事物只显露出很小的一部分,还有大部分未为人知.其科学道理：因为冰的密度比水的密度要小，所以冰浮在水面上，但冰山露出水面部分只为其总体积的1/10，大部分浸没在水下。3、冰川的形成过程及“泰坦尼克号”沉没的原因 (1)降下来的雪 (2)晴天也不会融化 (3)上面又再积雪(4)由于积雪的重量，把下层的雪压成冰(5)如此形成的冰会往低处移(6)到海岸时前端的冰破裂被推挤出海，形成冰山。 地球上的两极和一些高山地区，长年都是白雪皑皑，穿着一件冰雪“外衣”。在两极地区，由于那里得到的太阳热量少，

17、气候终年严寒，一年四季都堆积着冰雪；在高山地区，由于那里地势高，空气稀薄不保暖，也有大面积的冰雪覆盖。这些冰雪是以冰川的形式在贮存和运动着。海上漂浮的冰山其实是南极大陆冰盖破裂后，进入海洋的巨大冰块。南极大陆中间高，四周低像一个盾。数万年不化的积雪在它上面覆盖了数千米厚的冰盖。冰盖自身的巨大压力使它们不断地向四周的大陆边缘运动。在海边，这些冰渐渐伸入水中，叫作陆缘冰。当它们伸入水中过多时，由于水的浮力，它们会折断，成为一块漂浮在海上的巨冰。这就形成了冰山。冰山的形状主要有桌形和角锥形两种，大的能保持2-10年寿命，冰山对于航海是十分危险的，过去人们只能凭眼睛观察它们，现在可以用雷达来监测。分裂

18、的冰块有时可达100多公里范围，是一种宝贵的淡水资源，但目前尚没有利用的方法。 练习 1.电解水时生成了 氢气 和 氧气 ，说明水是由 氢和氧 组成的。电解水的变化的 文字表达式为: 水 氢气+氧气 。 2.标准状况下，水的沸点是 100 ，凝固点是 0 。 3.我们平时喝的矿泉水清澈透明，喝起来有一种甘甜的滋味，因此矿泉水是纯净水。这句话对吗? 答 这句话是错误的。因为物质是否纯净，要从是否只含有一种物质，还是含有多种物质去分析。我们平时喝的矿泉水中含有多种矿物质，因此它含有多种物质，应该不是纯净物，而是混合物。 4.下列对水的性质的描述中，错误的是 ( B ) A.水通常情况下是无色无味的

19、 B.纯净的水略带甜味 C.1个标准大气压下，水的沸点是100 D.通常情况下，-10时水是固态5.一只烧杯中盛有100克水，测得不同温度下的体积如图11所示，从实验中可以得出的结论是 相同质量的水4时体积最小 。1、关于电解水的实验，下列描述正确的是（ ）（A）阳极产生的是一种可燃性的气体（B）阴极产生的气体的体积是正极气体的2倍（C）阴极产生的气体可使带火星的木条复燃（D）该实验证明了水是由氢气和氧气组成的 6.任何物质都有热胀冷缩的特点，而水在这方面却有一种异常现象，这就是 当温度低于4时，水的体积是膨胀的(即反膨胀现象)，结成冰体积更大 。 深化提高 7.你曾把饮料放到冰箱(或冰柜)中

20、冷冻过吗?请你用科学探究的方法回答将一瓶可口可乐(玻璃瓶盛放)放入冰柜中可能出现的情况: (1)提出问题: 将可口可乐瓶放入冰柜中冷冻将会发生什么现象 ? (2)建立假设: 可口可乐瓶可能在冷冻过程中破裂 。 (3)实验设计: 将一盛满可口可乐的玻璃瓶(密封)放入冰柜，过一段时间取出观察 。 (4)观察到的现象: 瓶子在可乐结冰后破裂 。(5)得出结论: 可乐中的主要成分是水，水在结冰时体积膨胀，最后使瓶子破裂 2、若电解水共收集到了48ml的气体，则得到了氧气多少ml？3、理论上，电解水时生成的氢气和氧气的体积比为2：1，但实验所得的数据氢气和氧气的体积比略大于2：1，针对这一发现，你认为下

21、列做法中不可取的是（ ）A 反复多次实验查找原因B 实验所得数据与理论差不多，可认为实验已成功C 大胆提出假设：氧气比氢气易溶于水D 查找实验装置是否漏气6驱动水循环过程的能量来自于A地球 B太阳 C雨 D海洋7能反映水的化学性质的变化是A水蒸发 B水沸腾 C水电解 D水结冰8电解水实验中，阴极、阳极产生气体的体积比为A1：1 B1：2 C2：1 D1：4 4我们所说的水资源是指（）A海洋水 B海洋水与陆地水 C地下水 D陆地上的淡水资源6以下可供我们直接利用的水是：( )河流水、埋藏较深的地下淡水、固体冰川河流水、固体冰川、土壤水河流水、固体冰川、淡水湖泊水河流水、淡水湖泊水、埋藏较浅的地下

22、淡水9下列变化中属于化学变化的是（ ） A自来水蒸馏得到蒸馏水 B泥水过滤得到澄清的水C水电解得到氢气和氧气 D把糖溶解在水中得到糖水1下面关于水的组成的叙述中，正确的是 ( ) (A)水由氢气和氧气组成 (B)水由氢分子和氧原子组成 (C)水是由水分子组成的 (D)水是由水元素组成的2关于水的电解的叙述正确的是( ) (A)物理变化 (B)化学变化 (C)物理性质的表现 (D)产生的氧气体积较大3能使带火星的木条复燃的气体是 ( ) (A)氢气 (B)电解水实验中，与电源正极相连的电极上产生的气体 (C)空气 (D)电解水实验中，与电源负极相连的电极上产生的气体4氢气在氧气或空气中燃烧，在产

23、生水的同时还产生大量的热，所以 ( )(A)水中含有氢气(B)水中含有氢和氧元素(C)水中含有氧气(D)该变化是物理变化5关于水的下列四个变化中，要吸热的一组是( )固体熔化 液体汽化 气体液化液体凝固(A) (B)(C) (D)6在1.01 X 105 Pa条件下，水的沸点是、凝固点是。通常情况下，水是以状态存在的。 7判断下列说法是否正确： (1)水电解可以得到氢气和氧气，所以水中含有氢气和氧气。 ( ) (2)水可以蒸发成为氢气和氧气。 ( ) (3)水电解时水分子被破坏。 ( ) (4)水在电解前后，氢和氧的存在形态发生了变化。 ( ) 8怎样鉴别电解水所产生的氢气和氧气? 试描述鉴别时的操作过程和实验现象。9、在电解水实验中，插入正极的玻璃管和插入负极的玻璃管内汇集的气体体积比是 ，体积小的气体能使带火星的木条 ，其化学式是 ；体积大的气体能 ，发出 色火焰，其化学式是 。由于水在通电条件下分解成 和 ，证明水是由 和 组成的，该反应的符号表达式是 。7 / 7