八年級(jí)科學(xué)水的反膨脹現(xiàn)象及解釋

1、優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載水的反常膨脹及其微觀解釋在一般情況下，當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，物體的體積膨脹、密度減小，也就是通常所講的“熱脹冷縮 ”現(xiàn)象。然而水在由0溫度升高時(shí)， 出現(xiàn)了一種特殊的現(xiàn)象。人們通過實(shí)驗(yàn)得到了P t 曲線，即水的密度隨溫度變化的曲線。由圖可見，在溫度由 0上升到 4的過程中，水的密度逐漸加大；溫度由4繼續(xù)上升的合過程中，水的密度逐漸減?。凰?時(shí)的密度最大。水在0至 14 的范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出 “冷脹熱縮 ”的現(xiàn)象，稱為反常膨脹。水的反常膨脹現(xiàn)象可以用氫鍵、締合水分子理論予以解釋。物質(zhì)的密度由物質(zhì)內(nèi)分子的平均間距決定。對(duì)于水來說， 由于水中存在大量單個(gè)水分子，也存在多個(gè)水分子組合在一

2、起的締合水分子，而水分子締合后形成的締合水分子的分子平均間距變大，所以水的密度由水中締合水分子的數(shù)量、締合的單個(gè)水分子個(gè)數(shù)決定。具體地說，水的密度由水分子的締合作用、水分子的熱運(yùn)動(dòng)兩個(gè)因素決定。當(dāng)溫度升高時(shí)，水分子的熱運(yùn)動(dòng)加快、締合作用減弱；當(dāng)溫度降低時(shí)，水分子的熱運(yùn)動(dòng)減慢、締合作用加強(qiáng)。綜合考慮兩個(gè)因素的影響，便可得知水的密度變化規(guī)律。在水中，常溫下有大約50的單個(gè)水分子組合為締合水分子，其中雙分子締合水分子最穩(wěn)定。多個(gè)水分子組合時(shí)，除了呈六角形外（如雪花、窗花），還可能形成立體形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（屬六方晶系）。每一個(gè)水分子都通過氫鍵， 與周圍四個(gè)水分子組合在一起。邊緣的四個(gè)水分子也按照同樣的規(guī)律再

3、與其他的水分子組合，形成一個(gè)多分子的締合水分子。由圖可知， 締合水分子中， 每一個(gè)氧原子周圍都有 4 個(gè)氫原子， 其中兩個(gè)氫原子較近一些，與氧原子之間是共價(jià)鍵，組成水分子； 另外兩個(gè)氫原子屬于其他水分子，靠氫鍵與這個(gè)水分子組合在一起?？梢钥闯?，這種多個(gè)分子組合成的締合水分子中的水分于排列得比較松散，分子的間距比較大。 由于氫鍵具有一定的方向性， 因此在單個(gè)水分子組合為締合水分子后，水的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。一是締合水分子中的各單個(gè)分子排列有序，二是各分子間的距離變大。在液態(tài)水變成固態(tài)水時(shí)，即水凝固成冰、雪、霜時(shí)，呈現(xiàn)出締合水分子的形狀。此時(shí)，水分子的排列比較“松散 ”，雪、冰的密度比較小。將冰熔化成

4、水，締合水分子中的一些氫鍵斷裂，冰的晶體消失。0的水與 0的冰相比，締合水分子中的單個(gè)水分子數(shù)目減少， 分子的間距變小、 空隙減少， 所以 0 的水比0的冰密度大。 用倫琴射線照射 0 的水， 發(fā)現(xiàn)只有15的氫鍵斷裂，水中仍然存在有約85 的微小冰晶體（即大的締合水分子）。若繼續(xù)加熱0的水，隨著水溫度的升高，大的締合水分子逐漸瓦解，變?yōu)槿肿泳喓纤肿?、雙分子締合水分子或單個(gè)水分子。這些小的締合水分子或單個(gè)水分子，受氫鏈的影響較小，可以任意排列和運(yùn)動(dòng)，不必形成“縷空 ”結(jié)構(gòu)，而且單個(gè)水分子還可以 “嵌入 ”大的締合水分子中間。在水溫升高的過程中，一方面，締合數(shù)小的締合水分子、單個(gè)水分子在水中的

5、比例逐漸加大，水分子的堆集程度（或密集程度）逐漸加大，水的密度也隨之加大。另一方面在這個(gè)過程中，隨著溫度的升高，水分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，使得分子的平均距離加大，密度減小?？紤]水密度隨溫度變化的規(guī)律時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮兩種因素的影響。在水溫由 0升至 4的過程中，由締合水分子氫鍵斷裂引起水密度增大的作用，比由分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快引起水密度減小的作用更大，所以在這個(gè)過程中，水的密度隨溫度的增高而加大，為反常膨脹。水溫超過4時(shí)，同樣應(yīng)當(dāng)考慮締合水分子中的氫鍵斷裂、水分子運(yùn)動(dòng)速度加快這兩個(gè)因素，綜合分析它們對(duì)水密度的影響。由于在水溫比較高的時(shí)候，水中締合數(shù)大的締合水分子數(shù)目比較小，氫鍵斷裂所造成水密度增加的影

6、響較小，水密度的變化主要受分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快的影響， 所以在水溫由 4 繼續(xù)升高的過程中， 水的密度隨溫度升高而減小，即呈現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象。在 4時(shí)，水中雙分子締合水分子的比例最大，水分子的間距最小，水的密度最大。一杯清水是無色透明的，而有的池水、湖水、海水等為什么卻是淺藍(lán)色的呢？這是因?yàn)樗念伾c水層的厚薄有關(guān)的，無色透明只是對(duì)薄的水層而言。另外，水的顏色還跟光有關(guān)，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，經(jīng)過較長(zhǎng)的一段光路，再反射出來，在這一段路上，水吸收了一部分光，水吸收光的能力是從紅到紫逐漸減弱的，因此人們看水時(shí)，覺得是藍(lán)色的。優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載第一節(jié)水在哪里？一、地

7、球上水的組成及分布水的分類海洋水按積聚情況分類陸地水大氣水按咸度分類生物水:淡水咸水按狀態(tài)分液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水海洋水海洋河流、湖泊地球上的水陸地水土壤、沼澤冰川大氣水空氣生物水生物體海洋水96.53%陸地淡水2.53%湖泊咸水和地下咸水可被人們利用的淡水有冰川水68.69%地下淡水30.06%0.94%其他水體:江河水、淡水湖泊水、和淺層地下水1、你可以用哪些方法證明我們周圍的空氣中含有水？早晨的花草上的露水，是空氣中的水蒸氣遇冷液化而成的；從冰箱剛拿出來的冰棍周圍會(huì)冒煙，是空氣中的水蒸氣遇冷液化而成的。2、地球上有豐富的水 , 為什么我們還要提倡節(jié)約用水 ?）地球上的水，絕大多數(shù)是不能飲用的

8、咸水，淡水資源僅占全球總儲(chǔ)水量的2.53% ，而絕大部分淡水是目前無法利用的冰川和深層地下水。當(dāng)今人們比較容易利用的淡水是河流水、湖泊淡水及淺層地下水，其儲(chǔ)量約僅占全球淡水總儲(chǔ)量的 0. % 。 2）水污染嚴(yán)重 3）分布不均勻（地區(qū)、季節(jié)） （ 4）人口的劇增二、水與生命1.水是生物生存所需的最基本的物質(zhì)之一。長(zhǎng)期生存在不同水分條件下的生命體，為了適應(yīng)當(dāng)?shù)厮止┙o特點(diǎn)，往往會(huì)形成特定的行為特點(diǎn)和生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn).水的多少，影響著生物的分布。.水是生命有機(jī)體的重要組成部分。.生物的生命活動(dòng)離不開水。一個(gè)健康的成年人每天平均約需水2.5 升。1、水是生物存在所需的最基本的物質(zhì)之一。（ 1）、熱帶沙漠中

9、的仙人掌為何長(zhǎng)成這樣：有肥大的莖、小的葉刺(葉子退化 )，根系發(fā)達(dá)？生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)（ 2）、在自然界中，有些動(dòng)物不常飲水（如駱駝）是不是它們不需要水？如果需要水，它們又是如何得到水的？活在沙漠地區(qū)的駱駝，與其他生物一樣需要水他為了能適應(yīng)沙漠地區(qū)的生活，可以通過關(guān)閉汗腺來做到在較長(zhǎng)時(shí)間保持體內(nèi)的水分，并且通過嗅覺系統(tǒng)可以在數(shù)千米外“聞到 ”水源，也是生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。2、水的多少影響著生物的分布。優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載生物體的含水量名稱含水量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般動(dòng)物70 80 水母98 草本植物70 85 黃瓜95 植物的風(fēng)干種子15 以下而對(duì)于人來說，人體重量的三分之二以上都是水水源豐富，生物種

10、類繁多，缺水，植物稀疏，動(dòng)物散落。3、水是生命有機(jī)體的重要組成部分。4、生物的生命活動(dòng)離不開水。1）動(dòng)物和人體的各項(xiàng)生命活動(dòng)離不開水。如食物的消化在溶于水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送是血液離不開水、代謝產(chǎn)物的排出通過尿液離不開水。人可以一天不吃飯，但不能一天不喝水。（ 2）植物的生長(zhǎng)離不開水：植物通過根系吸收水份。水分進(jìn)入植物體，主要發(fā)揮三方面的作用：A. 光合作用需要水分。C. 通過葉表面的蒸騰，調(diào)節(jié)葉表面的溫度，避免葉面被太陽光灼傷。三、水的循環(huán)陸上內(nèi)循環(huán)：陸地大氣（ 1）、水循環(huán)的途徑小循環(huán)海上內(nèi)循環(huán)：海洋大氣大循環(huán)海陸間水循環(huán)：海洋陸地大氣2）水循環(huán)包括的環(huán)節(jié)：蒸發(fā)、蒸騰、水汽輸送、降水、地表徑流

11、、地下徑流等(3) 水循環(huán)的成因： 水的三態(tài)變化（內(nèi)因） ； 太陽照射、地球引力（外因）（ 4）水循環(huán)的概念：所謂水循環(huán)，就是在太陽光的照射下，地球上的水體，土壤和植物葉面的水分通過蒸發(fā)和蒸騰進(jìn)入大氣，通過氣流被輸送到其他地方。在一定條件下，水汽遇冷凝結(jié)成云致雨，又回到地面。在地球引力的作用下，降落在地表的水經(jīng)流動(dòng)匯集到江河湖海。在運(yùn)動(dòng)過程中，水又重新經(jīng)歷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降水和徑流等變化。（指海洋水、陸地水、大氣水之間的互相轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)）地球上主要水體的平均更新周期最快的是大氣水。更新最慢是冰川。地球上的水循環(huán)是指海洋水、陸地水和大氣水之間的相互轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)。1. 在水循環(huán)的過程中，海洋水體和陸

12、地水體是通過怎樣的途徑聯(lián)系起來的？海陸間水循環(huán)2.從水循環(huán)圖上看，地球上水循環(huán)的途徑是怎樣的？海上內(nèi)循環(huán)、陸上內(nèi)循環(huán)、海陸間循環(huán)2、水循環(huán)的重要性：水循環(huán)是地球上各水體間相互聯(lián)系的紐帶，使水圈成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)。通過水循環(huán)，使海洋源源不斷地向陸地供應(yīng)淡水，滋潤(rùn)著土地，哺育著生命。水循環(huán)簡(jiǎn)圖：凝結(jié)水汽輸送蒸發(fā)地表徑流入 滲江河匯聚降水海洋地下徑流水循環(huán)使地球上的淡水得以補(bǔ)充,是否可浪費(fèi)水資源?1.可利用的淡水僅占地球上全部淡水的0.3%.2. 淡水資源在時(shí)間和空間上分布不均.3.水資源的污染嚴(yán)重.1能使陸地上的水不斷得到補(bǔ)充，水資源得以再生的循環(huán)是（）A海上內(nèi)循環(huán)B海陸間循環(huán)C陸上內(nèi)循環(huán)D 大洋

13、循環(huán)3海洋水、陸地水和大氣水的劃分依據(jù)是（）A 水的物理性質(zhì)B水的化學(xué)性質(zhì)C水的空間分布1. 水和生命密不可分，有水的環(huán)境里才可能有生命。這是因?yàn)樗敲顒?dòng)也離不開水。2.在人體中水分占人體總重的2 3以上。3.地球上的水大部分以液態(tài)存在，另外一部分則是以D水汽含量多少生命有機(jī)體固態(tài)和氣態(tài)的重要組成部分；而且生物的存在。生優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載4.水循環(huán)的動(dòng)力是太陽光的照射。能給陸地上水得到補(bǔ)充的水循環(huán)是海陸間循環(huán)植物通過根，吸收土壤中的水分，主要由葉通過蒸騰作用將水散發(fā)到大氣第二節(jié)水的組成一、水的電解物理變化和化學(xué)變化的區(qū)別和聯(lián)系：物理變化化學(xué)變化。中成為氣態(tài)水定義沒有生成新的物質(zhì)的變化。生成

14、新的物質(zhì)的變化。區(qū)別依據(jù)有沒有產(chǎn)生新的物質(zhì)舉例狀態(tài)、形狀等變化燃燒等1. 電解水的實(shí)驗(yàn)。(1) 在水電解器的玻璃管里注滿水，接通直流電；(2)可以觀察到 : 兩個(gè)電極上出現(xiàn)氣泡，兩玻璃管內(nèi)液面下降 ；(3)用點(diǎn)燃的火柴接觸液面下降較多( 即產(chǎn)生氣體體積較多) 的玻璃管尖嘴，慢慢打開活塞，觀察到氣體能燃燒( 火焰呈淡藍(lán)色，點(diǎn)燃時(shí)發(fā)出一聲輕微的爆鳴聲) ，這個(gè)玻璃管中產(chǎn)生的是氫氣；用帶火星木條接近液面下降較少的玻璃管尖端，慢慢打開活塞，觀察到帶火星的木條復(fù)燃，這是 氧氣；(4)產(chǎn)生氫氣的那個(gè)電極是負(fù)極，產(chǎn)生氧氣的那個(gè)電極是正 極；(5)通過精確實(shí)驗(yàn)測(cè)得電解水時(shí)，產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比是2:1 。

15、2.通電電解水的實(shí)驗(yàn)說明水在通電條件下，生成氫氣 和氧氣，這個(gè)過程的文字表達(dá)式為水氫氣+氧氣。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 : 氫氣中的氫和氧氣中的氧是從水中產(chǎn)生的，所以水是由氫和氧 組成的。二、水的重要性質(zhì)顏色無色沸點(diǎn)100氣味無味凝固點(diǎn)0狀態(tài)常溫下液水的異?，F(xiàn)一定質(zhì)量 4時(shí)體積最小 水結(jié)成冰時(shí)體積膨脹。4時(shí)水的密度最大，4以態(tài)象下時(shí)，水熱縮冷脹；4 以上時(shí)，水熱脹冷縮。純凈的水是不良導(dǎo)體、水是一種良好的溶劑、水電解能生成氫氣和氧氣等。氧氣能助燃, 但不會(huì)燃燒 ;氫氣能燃燒 , 是一種高能、潔凈的燃料，燃燒產(chǎn)物為水，其密度小，可制氫氣球。1、如果水不存在著熱縮冷脹的反?，F(xiàn)象，世界會(huì)出現(xiàn)什么樣的情景？（ 1

16、）冬天的自來水管不會(huì)出現(xiàn)爆裂（2）可以用水制作水溫度計(jì)（ 3）江河結(jié)冰會(huì)從水底開始，魚類將無法正常生存2、成語 “冰山一角 ”的含義？是否符合科學(xué)道理？形容一些不良的事物只顯露出很小的一部分,還有大部分未為人知.其科學(xué)道理：因?yàn)楸拿芏缺人拿芏纫?，所以冰浮在水面上，但冰山露出水面部分只為其總體積的1/10，大部分浸沒在水下。3、冰川的形成過程及 “泰坦尼克號(hào) ”沉沒的原因(1) 降下來的雪(2)晴天也不會(huì)融化(3)上面又再積雪 (4)由于積雪的重量，把下層的雪壓成冰(5) 如此形成的冰會(huì)往低處移 (6)到海岸時(shí)前端的冰破裂被推擠出海，形成冰山。地球上的兩極和一些高山地區(qū)，長(zhǎng)年都是白雪皚皚，

17、穿著一件冰雪“外衣”。在兩極地區(qū)，由于那里得到的太陽熱量少，氣候終年嚴(yán)寒，一年四季都堆積著冰雪；在高山地區(qū)，由于那里地勢(shì)高，空氣稀薄不保暖，也有大面積的冰雪覆蓋。這些冰雪是以冰川的形式在貯存和運(yùn)動(dòng)著。海上漂浮的冰山其實(shí)是南極大陸冰蓋破裂后，進(jìn)入海洋的巨大冰塊。南極大陸中間高，四周低像一個(gè)盾。數(shù)萬年不化的積雪在它上面覆蓋了數(shù)千米厚的冰蓋。冰蓋自身的巨大壓力使它們不斷地向四周的大陸邊緣運(yùn)動(dòng)。在海邊， 這些冰漸漸伸入水中，叫作陸緣冰。當(dāng)它們伸入水中過多時(shí)，由于水的浮力，它們會(huì)折斷，成為一塊漂浮在海上的巨冰。這就形成了冰山。 冰山的形狀主要有桌形和角錐形兩種，大的能保持2-10 年壽命， 冰山對(duì)于航海

18、是十分危險(xiǎn)的，過去人們只能憑眼睛觀察它們，現(xiàn)在可以用雷達(dá)來監(jiān)測(cè)。分裂的冰塊有時(shí)可達(dá)100 多公里范圍，是一種寶貴的淡水資源，優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載但目前尚沒有利用的方法。練習(xí)1.電解水時(shí)生成了氫氣和氧氣，說明水是由氫和氧組成的。電解水的變化的文字表達(dá)式為:水通電氫氣 +氧氣。2.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，水的沸點(diǎn)是100，凝固點(diǎn)是0。3.我們平時(shí)喝的礦泉水清澈透明，喝起來有一種甘甜的滋味，因此礦泉水是純凈水。這句話對(duì)嗎?答 這句話是錯(cuò)誤的。因?yàn)槲镔|(zhì)是否純凈，要從是否只含有一種物質(zhì)，還是含有多種物質(zhì)去分析。我們平時(shí)喝的礦泉水中含有多種礦物質(zhì)，因此它含有多種物質(zhì)，應(yīng)該不是純凈物，而是混合物。4. 下列對(duì)水的性質(zhì)的

19、描述中，錯(cuò)誤的是( B )A. 水通常情況下是無色無味的B. 純凈的水略帶甜味D.通常情況下， -10 時(shí)水是固態(tài)5. 一只燒杯中盛有100 克水，測(cè)得不同溫度下的體積如圖1 1 所示，從實(shí)驗(yàn)中可以得出的結(jié)論是水 4時(shí)體積最小。1、關(guān)于電解水的實(shí)驗(yàn)，下列描述正確的是（）（ A）陽極產(chǎn)生的是一種可燃性的氣體（B）陰極產(chǎn)生的氣體的體積是正極氣體的2 倍（ C）陰極產(chǎn)生的氣體可使帶火星的木條復(fù)燃（D）該實(shí)驗(yàn)證明了水是由氫氣和氧氣組成的相同質(zhì)量的6.任何物質(zhì)都有熱脹冷縮的特點(diǎn)，而水在這方面卻有一種異?，F(xiàn)象，這就是當(dāng)溫度低于脹的 (即反膨脹現(xiàn)象)，結(jié)成冰體積更大。深化提高 4時(shí)，水的體積是膨7. 你曾把

20、飲料放到冰箱 ( 或冰柜 ) 中冷凍過嗎 ?請(qǐng)你用科學(xué)探究的方法回答將一瓶可口可樂 ( 玻璃瓶盛放 ) 放入冰柜中可能出現(xiàn)的情況 :(1)提出問題 :將可口可樂瓶放入冰柜中冷凍將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?(2)建立假設(shè) :可口可樂瓶可能在冷凍過程中破裂。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) :將一盛滿可口可樂的玻璃瓶(密封 ) 放入冰柜，過一段時(shí)間取出觀察。(4)觀察到的現(xiàn)象 : 瓶子在可樂結(jié)冰后破裂。(5) 得出結(jié)論 : 可樂中的主要成分是水，水在結(jié)冰時(shí)體積膨脹，最后使瓶子破裂2、若電解水共收集到了48ml 的氣體，則得到了氧氣多少ml？3、理論上，電解水時(shí)生成的氫氣和氧氣的體積比為2：1，但實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)氫氣和氧氣的體積

21、比略大于2：1，針對(duì)這一發(fā)現(xiàn)，你認(rèn)為下列做法中不可取的是（）A 反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)查找原因B 實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與理論差不多，可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)已成功C 大膽提出假設(shè)：氧氣比氫氣易溶于水D 查找實(shí)驗(yàn)裝置是否漏氣6驅(qū)動(dòng)水循環(huán)過程的能量來自于A地球 B 太陽 C 雨D海洋7能反映水的化學(xué)性質(zhì)的變化是A水蒸發(fā)B 水沸騰C水電解D水結(jié)冰8電解水實(shí)驗(yàn)中，陰極、陽極產(chǎn)生氣體的體積比為A1：1B1：2C 2：1D1：4優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載4我們所說的水資源是指（）A海洋水B海洋水與陸地水C地下水D陸地上的淡水資源6以下可供我們直接利用的水是：河流水、埋藏較深的地下淡水、固體冰川河流水、固體冰川、土壤水河流水、固體冰川、淡水湖泊水河流水、淡水湖泊水、埋藏較淺的地下淡水9下列變化中屬于化學(xué)變化的是（A 自來水蒸餾得