水的化学结构

水的化学结构水（化学式为H2O），是由氢、氧两种元素组成的无机物，无毒，可饮用。在常温常压下为无色无味的透明液体，被称为人类生命的源泉，是维持生命的重要物质，也叫氧化氢。水是地球上最常见的物质之一，地球表面约有71%被水覆盖。它是包括无机化合、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。它在空气中含量虽少，但却是空气的重要组分。纯水导电性十分微弱，属于极弱的电解质。日常生活中的水由于溶解了其他电解质而有较多的阴阳离子，才有较为明显的导电性。2022年9月，中国科学家发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水。理化性质水在常温下为无色、无味、无臭的液体。水在3.98℃时密度最大（999.97kg/m³，近似计算中常取1000kg/m³）。固态水（冰）的密度（916.8kg/m³）比液态水的密度（999.84kg/m³）小，所以冰能漂浮在水面上。水结冰时，体积略有增加。在标准大气压（101.325kPa）下，纯水的沸点为100℃，凝固点为0℃。纯水的理论电导率为σ＝0.055μS/cm。水的比热容大，c＝75.3J/(mol·K)，所以能很好地起到调节温度的作用。水的标准生成焓很高，ΔfHmΘ＝-285.8kJ/mol，所以热稳定性好。在2000K的高温下，其离解不足百分之一。常温下，水的离子积常数Kw＝1.00×10-14。水分子的结构水分子是极性的，即水分子的正负电荷中心不重合（见图片），这使得水成为一种很好的溶剂。很多常见气体可以溶解在水中，如氨气、二氧化硫、二氧化碳、二氧化氮等，这些气体的溶解度与温度、压力、气相分压等因素有关。生理意义水是人体正常代谢所必需的物质，正常情况下身体每天要通过皮肤、内脏、肺以及肾脏排出1.5L左右的水，以保证毒素从体内排出。儿童体内有80%的水，老人体内则有50％~60%，正常中年人体内则有70%的水。水在机体内有许多重要功能：（1）水是细胞原生质的重要组分；（2）水在体内起溶媒作用，溶解多种电解质；（3）水在体内起运输作用，可以传递营养物质、代谢废物和内分泌物质（如激素）等；（4）水有较高热导性和比热，可作为“载热体”在体内和皮肤表面间传递热量，有助于人体调节体温。水总硬度定义及其分类水总硬度指的是水中钙离子、镁离子的总量，是衡量自来水是否符合标准的依据，主要可以分为暂时硬度和永久硬度两大类。暂时硬度是指水中的钙镁离子以碳酸盐的形式存在，遇热就会形成碳酸盐沉淀，最终被除去；而永久硬度则是指水中钙镁离子主要以硫酸盐、硝酸盐等形式存在，性质稳定，不易除去。测定意义水硬度是评价水质的一个重要标准，对于饮用水以及工业用水有着很重要的影响。水硬度过高可能会形成水垢，影响产品质量。因此，为确定水质以及进行水的相关处理，要对水中钙镁离子进行测定，即水总硬度的测试。水总硬度的监测分析是水质检测的重要工作之一，不仅影响到水的质量，还会影响到人们生产以及生活的安全。在科技快速发展的今天，更多的检测技术的应用，提高了水总质量检测的准确性，保障了水质的安全以及使用质量。注意问题（1）溶液pH值问题测试中溶液的pH值在一定程度上会影响到金属钙镁离子与EDTA生成络合物的稳定性。pH过低，将会使络合物的稳定性降低；pH过高，则水中钙镁离子将不能与EDTA反应。因此，在进行水总硬度测试之前必须要确定使用溶液的pH值，以保证实验的顺利进行。（2）滴定溶液的温度问题水总硬度检测时滴定溶液的温度对检测结果有着很大的影响，温度过低就会造成反应速度过慢，滴定过量；溶液温度过高就会使测试溶液中有效物质变质，影响钙镁离子与EDTA的反应过程。最终影响到水总硬度的检测。（3）缓冲溶液的问题EDTA具有弱酸性，其反应过程受到溶液pH值的影响，因此，要将缓冲溶液加入到滴定溶液中，保持适合的pH值，保证测试的顺利进行。（4）铬黑T的问题铬黑T是一种常见的金属离子指示剂，用于滴定检测过程中与钙镁离子进行置换作用，有明显的颜色变化，可以准确的测出水的质量问题。铬黑T指示剂的配制可以分为两类，一类是固体指示剂，另一类则是液体指示剂。（5）滴定时间及速度问题水总硬度测试中，每次滴定必须要按照规定的零刻度开始，这样可以保证读数都在滴管的同一个位置上，减少读数的误差。在碱性溶液中，铬黑T会随着时间的流逝而被氧化，影响最后反应结果。因此，要保证其在五分钟之内完成反应，测出结果。但是，也要注意滴定的时候速度不要过快，否则可能导致溶液粘在滴定管壁上，影响读数的误差。（6）溶液中二氧化碳的问题溶液中可能含有碳酸氢根等物质，当其浓度过大时，就会使反应效果提前，影响测试结果。因此应该适当加入盐酸，将其中和反应掉，使溶液呈现中性。还要注意，不要将滴定溶液放置时间过长，其极易与空气中的二氧化碳反应，出现返红现象。解决办法水总硬度的检测受到环境因素的影响，如果在滴定过程中发现没有出现终点色，有可能是铁离子、铜离子以及锰离子等的干扰，它们与指示剂形成更加稳定的络合物，导致EDTA不能把金属离子置换出来，就会影响水总质量的测定。（1）铁离子在水总硬度测试中，铁的含量过高，就会干扰到测试的结果。相应的解决办法就是要在加入缓冲溶液之前加入三乙醇胺，加快滴定速度，将铁离子屏蔽。或者也可以利用沉淀过滤的方法来除去铁离子，减少测试的误差。（2）铜离子在水总质量的测试中，若是水样中存在铜离子，将会出现指示剂封闭的现象，导致测试结果不清晰。相应的解决方法之一就是在加入缓冲溶液之前加入氰化钾，使之与铜离子反应从而消除铜离子的干扰，但是要注意氰化钾的剧毒性，尽量减少使用；另一种方法就是加入硫化钠，也是使其与铜离子反应，形成硫化铜沉淀，将其过滤掉。（3）铝离子若是水样中存在铝离子，在其作用下，可能会吸附指示剂，导致终点色出现时间延长，影响水硬度的测试。而解决办法可以参考铁离子的解决办法，使水总硬度测试顺利进行。（4）水样总碱度水总硬度检测中，如果水样滴定终点变蓝，但是又很快的变回紫色，则证明水的碱性很大，主要是由于钙镁离子造成的，相应的解决办法就是可以在检测之前将盐酸酸化煮沸，可以去除一定的碱性，之后需要将氢氧化钠与之融合至中性，再继续检测将会发现滴定终