化学水的思维导图
《化学水的思维导图》
一、水的组成与结构
1.1 宏观组成
1.2 微观结构
- 分子结构：V型结构
- 键角：104.5°
- O-H键：极性共价键
- 影响物理性质：沸点、熔点、表面张力、粘度
二、水的物理性质
2.1 常温常压下的状态
2.2 密度
2.3 熔点与沸点
- 熔点：0℃
- 沸点：100℃
- 注意：由于氢键的存在，沸点比预期高
2.4 其他物理性质
- 表面张力：较高
- 粘度：相对较高
- 热容：较大（比热容较大，用于降温散热）
- 良溶剂：溶解许多离子化合物和极性共价化合物
三、水的化学性质
3.1 与金属反应
- 活泼金属（如Na、Ca、K）：常温下剧烈反应，生成氢气和金属氢氧化物
- 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
- 较活泼金属（如Mg、Al）：加热条件下反应，生成氢气和金属氧化物或氢氧化物
- Mg + 2H₂O(g) → Mg(OH)₂ + H₂↑ (加热)
- 弱金属（如Fe）：高温下反应，生成金属氧化物和氢气
- 3Fe + 4H₂O(g) → Fe₃O₄ + 4H₂↑ (高温)
3.2 与非金属反应
- 与活泼非金属反应（如F₂）：剧烈反应，生成HF和O₂
- 2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂
- Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO (可逆反应，光照促进)
- C + H₂O(g) → CO + H₂↑ (高温)
3.3 与氧化物反应
- 与碱性氧化物反应（如Na₂O、CaO）：生成对应的碱
- Na₂O + H₂O → 2NaOH
- CaO + H₂O → Ca(OH)₂
- 与酸性氧化物反应（如CO₂、SO₂、SO₃）：生成对应的酸
- CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ (可逆反应)
- SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃ (可逆反应)
- SO₃ + H₂O → H₂SO₄
3.4 水的电解
- 条件：直流电
- 产物：氢气和氧气
- 化学方程式：2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑ (电解)
- 体积比：V(H₂) : V(O₂) = 2 : 1
- 注意：加入少量酸或碱以增强导电性
3.5 水的电离
- 自我电离：H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ (可逆反应)
- 离子积常数：Kw = [H⁺]·[OH⁻]
- 温度影响：温度升高，Kw增大
3.6 水解反应
- 盐的水解：盐中的弱离子与水电离出的H⁺或OH⁻结合，生成弱电解质的反应
四、水的重要性与用途
4.1 生命之源
4.2 工业用途
- 溶剂：溶解各种物质
- 冷却剂：吸收热量
- 反应物：参与化学反应
- 清洗剂：清洁设备和产品
4.3 农业用途
4.4 日常生活
五、水的污染与保护
5.1 水污染来源
5.2 水污染类型
5.3 水的净化方法
- 沉淀：除去不溶性杂质
- 过滤：除去不溶性固体颗粒
- 吸附：活性炭吸附色素和异味
- 蒸馏：获得纯水
- 消毒：杀死细菌和病毒（如氯气、臭氧）
- 离子交换：除去水中的离子
5.4 水资源保护
六、特殊的水
6.1 重水 (D₂O)
- 氘的氧化物
- 物理性质：密度大，熔点、沸点略高于普通水
- 化学性质：与普通水相似，但反应速率较慢
- 应用：核反应堆中的慢化剂
6.2 冰
- 水的固态形式
- 密度：小于水（0.92 g/cm³），因此冰漂浮在水面上
- 晶体结构：氢键形成规则排列的晶格
6.3 矿泉水
6.4 纯净水
