校本课程《水——生命之源.ppt

水生命之源 一、水组成元素的发现 卡文迪什（17311810）出身于英国贵族家庭。家 里几代都是做大官的。但他却性情孤僻，不喜交际。他 小时就表示，长大了不愿做官，而决心当一名科学家。 他长大后为了集中精力搞科研，甚至终身未娶。 卡文迪许一生中对化学的研究取得了5个最著名的成 就：一、氢气的性质；二、碳酸气与水的关系；三、水的 组成；四、硝酸的组成；五、空气中惰性气体的存在。其 中“水是氢氧化合物”的重大发现，就是由于卡文迪许在化 学试验时具有那种严谨认真的科研态度，才在偶然之中成 功的。 卡文迪许最初是研究空气的，经过研究他指出，除了 平常的空气外，还有其他不同种类的气体，如比一般空气 重的固定空气（即二氧化碳）等等。 后来，他又研究了氢，并且实验证明氢这种气体不仅 能够燃烧，而且拿2倍体积的空气和它混合，放在火的近旁 ，立刻就会产生爆炸。一次，卡文迪许又用电火来爆发氢 与空气的混合体时，偶然发现器具中凝集着许多小水点， 严谨认真的卡文迪许并没有放过实验中的这一微小现象。 他反复地进行研究和实验，结果发现这些小水点是氢氧化 合物，即氢二氧一（H2O）。 在他先前有个科学家叫柏利斯力，也做过同卡文迪许 一样的化学试验，也曾偶然发现器具中凝集着许多小水珠 。但他自以为是器具没有擦干所致，对这种现象忽略过去 了，因此而失去了一次重大发现的机会。 水组成元素的发现，为化学史开辟了新纪元。因为水的 用途很广，凡是化学变化，无不是靠水的帮助而做成功的。 化学界从知道了水的真正性质后，才知道了水和其他物质化 合的道理。 卡文迪许1781年发现了水的分子式，但他非常慎重，没 有匆忙发表，直到他死后才有人替他发表出来。 二、水分子的结构和性质 键角：104.5 水分子是V形分子、极性分子 摩尔质量：18.0153g/mol 密度：水0.998g/cm3（20度） 在3.98时最大，为1g/cm3 0时，密度为0.99987103kg/m3 冰0.9167g/cm3 熔点：0度 273.15k 沸点：100度373.15k（1标准大气压下） 比热：4.184J/（g.K） 物理性质： 在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界，纯水 是非常罕见的，纯水可以用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得 ，当然，这也是相对意义上纯水，不可能绝对没有杂质。 4的水不管降温还是升温它的体积都会 膨胀，而且冰的密度反而比水的小，这是为什 么呢？由于氢原子有较强的正电荷，而氧原子 有较强的负电荷，因此水分子具有很强的极性 ，能通过氢键结合成缔合分子，如以下结构式 （虚线表示氢键） OHOHOH H H H 液态水，除含有简单的水分子H2O外，同时还含 有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等，当温度在0水未结 冰时，大多数水分子以(H2O)3的缔合分子存在，当温 度升高到4（101kPa）时水分子多以(H2O)2缔合分 子存在，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4以上，一般物体热胀冷 缩的规律即占主导地位了。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，所以冰的密度反而比同温度的水小。 水的结构 冰的结构 水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的 物质。固态的水称为冰；气态叫水蒸气。水汽温度 高于374.2时，气态水便不能通过加压转化为液态 水。 水具有很大的内聚力和表面张力，除汞以外， 水的表面张力最大，并能产生较明显的毛细现象和 吸附现象。 水本身也是良好的溶剂，大部分无机化合物可 溶于水。 水分子之间由于存在氢键而使得水的熔沸点比同 主族其它元素的氢化物熔沸点高。 即：H2S 、 化学性质： 简式：H2O H+ + OH- 因此，水溶液中一定同时存在着H+ + OH- 思考2：H2O、H3O+、OH-都是含有10个电 子的粒子，你还知道哪些粒子是含有10个 电子的？ 答：CH4、NH3、HF、NH4+、Na+、Mg2+、 Al3+等 2H2O 2H2+O2 一定条件 寻找低温催化剂应是研究的方向 三、字典释义： 象形文。甲骨文字形。中间 像水脉，两旁似流水。“水”是汉 字的一个部首。从水的字，或表 示江河或水利名称，或表示水的 流动，或水的性质状态。本义： 以雨的形式从云端降下的液体， 无色无味且透明，形成河流、湖 泊和海洋，分子式为 H2O，是 一切生物体的主要成分。 水字的甲骨文 1.同本义 water 水，准也。说文 水，准也。准，平也。天下莫平于水。释名 积阴之寒气为水。淮南子天文 五行一曰水。书洪范 去来江口守空船，绕船月明江水寒。唐 白居易 琵琶行(并序) 水曰清涤。礼记曲礼 冰，水为之，而寒于水。荀子劝学 刘豫州王室之胄，英才盖世，众士慕仰，若水之归 海。宋 司马光资治通鉴 君子之交淡如水薛仁贵 王茂生 2.特指河流 river 在水之湄。诗？秦风？蒹葭 又如：水口(渡口)；水汊(河的支流)；水志( 记载河道水系的书籍)；水牒(指记述河道水系 的文献)；水谷(山间河沟)；水尾(江河的末端) ；水老鼠(专在船上偷窃的贼)；水事(关于江河 水利的事宜)；水禁(有关河川方面的禁令)；水 会(河流汇合处) 3.泛指一切水域 waters 水府幽深，寡人暗昧，夫子不远千里，将 有为乎？唐李朝威柳毅传 刘备、周瑜水陆并进。宋司马光资 治通鉴 又如：水陆(佛教中的水陆道场)；水泊(湖泽) ；水居(居住于水乡)；水隍(水沟)；水王(海的 别称)；水伯(传说中的水神；大河流)；水宿(水 上宿夜；水中住宿)；水脉(水路，地下的伏流) ；水潦(因雨水过多而积在田地里的水或流于地 面的水) 4.汁、液的通称 liquid。 如：水礼(果饵等礼物)；水果糖(掺用果 汁制成的糖果)；墨水；口水；泪水； 药水；汽水. 5.大水；水灾 flood 故尧 禹有九年之水，汤有七年之旱。汉 ？晁错论贵粟疏 曰：天地有法乎？曰：水旱疾疫，即天地调 剂之法也。清洪亮吉治平篇 又如：水备(防止水患的设施)；水墉(防洪墙) 凡平原出水为大水。左传桓公元年 6.指水军 troops fight on the waters 诸人徒见操书言水步八十万而各恐慑 。宋？司马光资治通鉴 7.水族 Shui nationality。中国少 数民族之一，居住在贵州省 8.姓 9.病名，即水肿。水肿主要表现为水液代谢障 碍，故名。出素问？平人气象论：“颈脉动 ，喘疾咳，曰水。目裹微肿如卧蚕起之状，曰 水。”又：“足胫肿曰水。” 10.网络新用 水是论坛上没有太大价值的帖子的总称， 每一篇这样的帖子都被称为“水帖”，发水帖的 行为称为“灌水”，某些跟帖多而且都是水帖的 帖子称为“水楼”，经常占着位置不说话叫“潜水 ”。 四、水循环 生物圈可以分为水圈，大气圈，岩石圈。水在以 上几个区域作如下循环： 1.从海洋或其他水体中也可以从动植物体内蒸发进入空 气； 2.从天空中下沉进入海洋，从陆地径流进入海洋； 3.大多数水蒸气从海洋蒸发又返回海洋，但是风将水蒸 气刮走穿过陆地从陆地径流流回海洋。降水有如下几 种形式：最普通的是降雨，冰雹，雾和露水。浓缩的 水可以反射阳光形成彩虹。 五、水的影响 1、对气候的影响 水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量 的60%，保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和 积累热量，使气温不致过高；在冬季则能缓慢地释放热量，使 气温不致过低。 海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云，云中的水通过 降水落下来变成雨，冬天则变成雪。落于地表上的水渗入地下 形成地下水；地下水又从地层里冒出来，形成泉水，经过小溪 、江河汇入大海。形成一个水循环。 雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气 候中，季风带来了丰富的水气，形成明显的干湿两季。 此外，在自然界中，由于不同的气候条件，水还会以冰雹、 雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。 2、对地理的影响 地球表面有71%被水覆盖，从空中来看，地球是个 蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤，冲淤河道，搬运泥沙， 营造平原，改变地表形态。 地球表层水体构成了水圈，包括海洋、河流、湖泊 、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入 海洋的水带有一定的盐分，加上常年的积累和蒸发作用 ，海和大洋里的水都是咸水，不能被直接饮用。某些湖 泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美 的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大 的咸水湖。 地球上水的体积大约有 1 360 000 000 立方公 里。海洋占了1 320 000 000立方公里(或97.2%)； 冰川和冰盖占了25 000 000立方公里(或1.8%)；地 下水占了13 000 000立方公里(或者0.9%)；湖泊， 内陆海，和河里的淡水占了250 000 立方公里(或 0.02%)；大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了 13 000立方公里(或0.001%)。 2、对地理的影响 3、对生命的影响 地球上的生命最初是在水中出现的。水是所有 生物体的重要组成部分。人体中水占70%；而 水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植 被等水生生物。 水有利于体内化学反应的进行，在生物体内还 起到运输物质的作用。 水对于维持生物体温度 的稳定起很大作用。 六、水的种类 1、软水与硬水 软水：凡不含或含有少量钙、镁离子的水称为软水，反之 称为硬水。如果是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，系暂时硬水 （煮沸暂时性硬水，分解的碳酸氢钙，生成的不溶性碳酸盐而 沉淀，水由硬水变成软水）；如果是由含有钙、镁的硫酸盐或 氯化物引起的，系永久性硬水，经煮沸后不能去除。以上两种 硬度合称为总硬度。 依照水的总硬度值大致划分，总硬度0- 30ppm称为软水，总硬度60ppm以上称为硬水，高品质的饮 用水不超过25ppm，高品质的软水总硬度在10ppm以下。在 天然水中，远离城市未受污染的雨水、雪水属于软水；泉水、 溪水、江河水、水库水，多属于暂时性硬水，部分地下水属于 高硬度水。 2、硬水的利弊 硬水有许多缺点：1.和肥皂反应时产生不溶性的 沉淀，降低洗涤效果。（利用这点也可以区分硬水和 软水）2.工业上，钙盐镁盐的沉淀会造成锅垢，妨碍 热传导，严重时还会导致锅炉爆炸。由于硬水问题， 工业上每年因设备、管线的维修和更换要耗资数千万 元。3.硬水的饮用还会对人体健康与日常生活造成一 定的影响。没有经常饮硬水的人偶尔饮硬水，会造成 肠胃功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水烹调鱼 肉、蔬菜，会因不易煮熟而破坏或降低食物的营养价 值；用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值 ；用硬水做豆腐不仅会使产量降低、而且影响豆腐的 营养成分。 2、硬水的利弊 那么硬水毫无是处了吗？不对，否则怎么会有那么多 的人买矿泉水喝呢 。原来钙和镁都是生命必需元素 中的宏量金属元素。科学家和医学家们调查发现，人 的某些心血管疾病，如高血压和动脉硬化性心脏病的 死亡率，与饮水的硬度成反比，水质硬度低，死亡率 反而高。其实，长期饮用过硬或者过软的水都不利与 人体健康。我国规定：饮用水的硬度不得超过25度 。 3、重水与超重水 重水的化学分子式为D2O，每个重水分子由两个 氘原子和一个氧原子构成。重水在天然水中占不到万 分之二，通过电解水得到的重水比黄金还昂贵。重水 可以用来做原子反应堆的减速剂和载热剂。 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。 氘化水的化学分子式为HDO，每个分子中含一个 氢原子、一个氘原子和一个氧原子。用途不大。 七、水的利用和水资源现状 随着社会经济的发展，人类对水资源的需求量不断 增大。本世纪以来全世界淡水用量增长了8倍，其中农 业用水增长了7倍，城市用水增长了12倍，工业用水增 长了20倍，而且世界淡水用量以每年 5的速度递增。 目前世界上大约有90个国家，40的人口出现缺水危机 ，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有300万到400万人死 于和水有关的疾病。到2025年，水危机将蔓延到48个国 家，35亿人为水所困。水资源危机带来的生态系统恶化 和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。 七、水的利用和水资源现状 过去50年中，由水引发的冲突共507起，其中37起 有暴力性质，21起演变为军事冲突。专家警告：随着水 资源日益紧缺，水的争夺战将愈演愈烈。水资源的危机 已成为全世界关注的问题。世界气象组织1996年初指出 ：缺水是全世界城市面临的首要问题，估计到2050年， 世界2/3以上的人口将生活在城市，而全球有46的城市 人口缺水，必须平衡社会经济发展和城市淡水供应管理 二者之间的关系，进行水资源的储存 、输送和管理的大 规模工程建设。 七、水的利用和水资源现状 英国独立报称，世界上的大河正以令人担忧的 速度枯竭断流，给人类、动物及地球的未来造成毁灭性 的后果。雪上加霜的是，全世界最长的20条河流均遭到 大坝拦截。1/5的淡水鱼群已经或濒临绝迹。 2006年3月 16日，第四届世界水资源论坛在墨西哥开幕。联合国在 向大会提交的世界水资源发展报告中说，我们已严 重改变了全球河流的自然规律。 而同样出自联合国的一 项名为“综合评估世界淡水资源”的研究报告说：如果人 们继续像现在这样不加节制的话，30年后贫水人口数将 可能达到2/3。 七、水的利用和水资源现状 据媒体报道，一些第三世界国家城市中有60%的饮用水管道 蚀损严重，流失了许多水量。 联合国一项调查称，菲律宾首都马尼拉市供水管网的漏耗水 量已接近其总供水量的58%；在管理措施较好的新加坡，也存在 着8%的管网漏耗率；美、英两国管网漏耗率均为12%；中国这一 数字是20%。毫无疑问，淡水本应当是一种稀缺资源，然而，在 相当数量的国家和人群里，这个观念尚未真正形成。 据英国卫报在2月15日报道，虽然地球70的表面积是 水，然而只有3是淡水资源。其中，仅有1的淡水是人类可以 利用的，其余的大部分要么冰冻在地球的极地地区，要么深藏在 地下，难以开采。从20世纪40年代以来，人类对水的需求翻了两 番，并且还在无休止地增加。 断流的黄河 黄河山东滨州段干 枯几近断流 三峡大坝 七、水的利用和水资源现状 据统计，全世界人口的五分之一，即12亿人目前 得不到安全的饮用水，另有24亿人缺乏良好的卫生设 施。每年有500万人因此丧生，其中每15秒钟就有1名 儿童死亡。 在20世纪，世界上一半的湿地永远消失，而地下 水资源因受到污染或者被过度开采而枯竭殆尽。水资 源危机正威胁着世界上的每一个国家和地区。比如， 英国已经成为欧洲水资源危机最严重的国家。 工业生产和化工生产大量使用这种廉价的原料。 但未经处理的废水的任意排放就会造成水污染。为了 解决这一问题，污水的处理就变得十分必要。 南水北调工程资料图 八、世界国家水资源指标排序 1 .水资源量前10名 巴西、俄罗斯、美国、印尼、加拿大、中国、 孟加拉国、印度、委内瑞拉、哥伦比亚 2 .人均水资源量后10名 科威特、利比亚、新加坡、沙特阿拉伯、约旦 、也门共和国、以色列、突尼斯、阿尔及利亚 、布隆迪、 3 .用水量前10名 中国、美国、印度、巴基斯坦、俄罗斯、日本 、乌兹别克斯坦、墨西哥、埃及 八、世界国家水资源指标排序 4 .人均用水量前10名 土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、吉尔吉斯坦、塔吉克斯坦、 阿塞拜疆、巴基斯坦、美国、阿富汗 5 .人均年用水量后10名 所罗门群岛、海地、刚果共和国、赤道几内亚、几内亚比 绍、刚果、布隆迪、乌干达、中非共和国、贝宁 据统计，我国水资源总量为2.8万亿立方米，居世界第六 位。人均占有量2340立方米，仅为世界人均占有量的1 4，排在世界第109位，被列为世界13个贫水国家之一。 我国640多个城市中，缺水城市300多个，严重缺水城市 108个。 九、淡水短缺问题与对策 地球上水总储量约为1.36x1018m3，但除去海洋等咸 水资源外，只有3%为淡水。淡水又主要以冰川和深层地 下水的形势存在，河流和湖泊中的淡水仅占世界总淡水 的0.3%。 世界气象组织于1996年初指出：缺水是全世界城市 面临的首要问题，估计到2050年，全球有46的城市人 口缺水。对于水资源稀少的地区来说，水已经超出生活 资源的范围，而成为战略资源，由于水资源的稀有性， 水战争爆发的可能性越来越高。 为让全世界都关心淡水资源短缺的问题，第47届联 合国大会确定每年3月22日为世界水日。 十、水的污染与人类健康 1、人类健康的第一大杀手 广东省清远市斜塘村是一个偏远而安静的小村 ，这个村落2002年被媒体报道之前，却一直有一个 关于死亡的预言像驱不散的魔咒笼罩了几十年：村里 的男人在壮年必将殒。据统计，50多年来有4户断绝 人丁，村里的男子不少壮年早逝，仅剩下孤儿寡母， 而活着的人多数有病在身。到2002年，村里只有7户 共38人仍驻守在这块祖宗留下的地方，已婚的12对 夫妇中，夫妇健全的仅4对，有的年刚30岁就丧偶。 而附近村子里的人都生活得十分健康。提起斜塘村， 当地人都会皱着眉把这个“不祥之地”称为“短命村”。 原来，斜塘村只有一口井，村里人都要靠井水为 生。就是从这口井中打出的水里，肉眼可见水中有沉 淀物，铁、锰、亚硝酸盐等的含量大大超过国家卫生 标准，其中亚硝酸盐超标3倍，锰超标6倍。 2003年3月中旬，韶关市南雄市水口镇水 口中学发生了一起因公厕污染学生饮用水井引 起的水源性伤寒暴发疫情，213名学生出现发 热、头痛、腹泻、畏寒等症状。 2003年9月11日至30日，韶关市始 兴县澄江镇澄江中学暴发细菌性痢疾疫 情，共有143名学生出现腹痛、腹泻症 状。在患病学生中检出痢疾杆菌，经检 测学校食堂饮用水和生活用水井水的细 菌总数、大肠杆菌均严重超过饮用水国 家卫生标准，是一起细菌污染饮用水引 起的肠道疾病暴发。 2003年9月26日至10月2日，东莞市 常平镇元江村润丰毛织厂先后发生发热、 腹泻病例69例。该厂食堂未取得卫生许 可证之下开业，管理混乱，6名厨工无健 康证明，使用自行处理的生活用水，水塔 污染严重，现场可见员工饮用未经煮沸的 水。 2、污染水致癌致畸致突变 斜塘村村民的遭遇并不仅仅是个案，广东省翁源 县的上坝村，严重超标的毒水污染给村民健康带来严 重损害，皮肤病、肝病、癌症等是该村高发病症。据 不完全统计，1986年至2001年上坝村共死亡人数250 人，其中50岁以下的有160人，占死亡人数的64； 因癌症死亡的有210人，占死亡人数的84，最小的 患癌症死者仅7岁。 世界卫生组织调查指出，人类疾病80与水有关 ，据统计，每年世界上有2500万名以上的儿童因饮用 被污染的水而死亡。有关资料显示，我国有24的人 饮用不良水质的水，约1000万人饮用高氟水，约 3000万人饮用高硬质水，5000万人饮用高氟化污水 ，而这些数据每年均呈上升趋势。 3、水里面各种污染物质对人体的损害吧： 氯氯化是水消毒必要的步骤；然而，过度氯 化会产生副产品，其中三氯甲烷，是已知的致癌物。 硝酸盐亚硝酸盐，是从肥料、污水、饲养场或 地质元素中渗入我们的饮用水的。超过百万分之十的 硝酸盐会使胎儿缺氧导致“蓝色婴孩综合症状”。它被 认为是对6个月到1岁孩子的直接威胁，也是对成人的 极大威胁。 铜是饮用水里通常发现的金属，铜如果过量不仅 会改变水的口味，弄脏瓷器和水槽，还会导致黄疸胰 腺炎，红血球中毒，食道问题和贫血症。 3、水里面各种污染物质对人体的损害吧： 铅过量会导致肾病、神经痛、麻风病等； 砷过量会导致神经炎、急性中毒甚至死亡等 镉过量会导致骨骼变形，腰背痛、中毒、红血球 病变等； 磷过量会导致有机磷中毒、呼吸困难等； 钙过量会导致结石症、痛风等； 汞过量会导致神经中毒症、精神紊乱、疯狂、痉 挛乃至死亡； 铬过量会导致肾脏慢性中毒、造成肾功能紊乱、 癌等。 大肠杆菌肠胃炎、腹泻、泌尿系感染、胆囊炎等 十一、健康饮水 1、过量饮水会对身体有危害。水是生命物质溶剂，也是生命 的营养物质，正常人每天需要2500毫升水。每天饮用水过多 者会增加膀胱癌的危险性。另一医学专家通过研究发现，饮水 过多会冲淡血液，使全身细胞的氧交换受到影响。特别是脑细 胞一旦缺氧，人就会变得迟钝。可见不是饮水越多越好。 饮水过多，会增加有关器官负担，