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水 - 生命之源

水 - 生命之源. 水又是一种有限的资源，不仅为维持地球上一切生命所必须，而且对人类社会具有生死攸关的重要意义。. 08 化学与水资源. 主要内容 08-1 水的结构、性质和用途 08-2 天然水体系 08-3 常见的饮用水 08-4 水源与地方病 08-5 水资源对人体 和社会的影响. 08-1 水的结构、性质和用途. H 2 O Central atom O 8 O: 1s 2 2s 2 2p 4. 2s 2 2p 4. sp 3 Hybrid orbital (two lone pair electrons).

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水 - 生命之源

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  1. 水-生命之源 水又是一种有限的资源，不仅为维持地球上一切生命所必须，而且对人类社会具有生死攸关的重要意义。 08 化学与水资源

  2. 主要内容 08-1 水的结构、性质和用途 08-2 天然水体系 08-3 常见的饮用水 08-4 水源与地方病 08-5 水资源对人体 和社会的影响

  3. 08-1 水的结构、性质和用途 H2O Central atom O8O: 1s22s22p4 2s22p4 sp3 Hybrid orbital (twolone pairelectrons)

  4. 水的特性 作用 性质 特点 g，l，s 提供生命介质，流动性 状态 热容 非常大 良好传热介质，调节环境和有机体体温 非常大 溶解热 使水处于稳定的液态，调节水温 蒸发热 对水蒸气的大气物理性质有意义 非常大 密度 3.98℃最大 水体冰冻始于表面，控制温度分布，保护水生物 表面张力 非常大 控制液滴等表面现象 水合作用 污染物的良好溶剂和载带体 广泛 离解 提供中性介质 弱 透明度 高 透过可见光和紫外线，发生光合作用

  5. 水的理化性质 1.水的形态、冰点、沸点：  纯净的水是无色、无味、无臭的透明液体。 沸点：1atm下，水的沸点为100℃。 凝固点： 1atm下，水的凝固点为0℃。 2.水的比热容：单位质量的水升高1℃所吸收的热量。 水的比热为4.2×103焦/克·℃。3.水的汽化热：一定温度下单位质量的水完全变成同温度的气态 水所需的热量。（水从液态转变为气态的过程叫做汽 化，水表面的汽化现象叫做蒸发）。 4.冰（固态水）的溶解热：单位质量的冰在熔点时（0℃）完全溶 解为同温度的水所需的热量。

  6. Autoionization of Water H2O(l) + H2O(l)==H3O+ (aq) + OH-(aq) Kw = [H3O+][OH-] Where Kw is the equilibrium constant for water (unitless) , is called ion product of water or autoionization equilibrium constant. At 25℃, Kw = [H3O+][OH -] = 1.0 ×10 -14 5.水的密度：1atm，温度为4℃时，水的密度为最大（1g/cm3）， 当温度低于或高于4℃时，其密度均小于1g/cm3。6.水的硬度：水的硬度是指水中含有的钙、镁离子的总量。 单位：mmol/L 7. pH值：pH值是指水的酸碱度，表示水中H+和OH-的含量比例 范围为0-14。人体对pH值的反应非常敏感，人体血液 的pH值为7.36-7.44。    8.范德华力和氢键：水是极性分子，水分子间存在作用力。9.水的表面张力：水表面存在着一种力，使水的表面有收缩的 趋势，这种力叫做表面张力。 10.水的离子积Kw：水为极弱电解质，其温度越高， Kw越大。

  7. 水的用途： 水是生命之源，这句话人人皆知。但水与生命到底是怎样的一种关系呢？许多人也是知其然而不知其所以然。 没有水就没有地球上的生命。从这个意义上讲，水无愧于生命之源。 现代营养学认为，按生理功能分，人体内有三大营养物质：

  8. 水的生理功能 （1）构成细胞组织 水是细胞组织的组成成分。生物体内的水大部分与蛋白质 结合形成胶体，使组织细胞具有一定的形态、硬度和弹性。 水是构成细胞胶原质的重要成分，失掉水，细胞的胶态就 无法维持，各种代谢也无法进行。（2）参与物质代谢　 水是生物体内代谢物质的主要溶剂。水的溶解力强，营养 物质的吸收和输送、多种活性物质(酶、激素和维生素)的转运、 代谢产物的排除，没有水的参与就不能完成。（3）促进生化反应水是促进代谢反应的物质，生物的氧化和酶促反应都有水 参加。生物体内的消化、吸收、分解、合成、氧化还原以及细 胞呼吸过程等都有水的参与。

  9. （4）维持体液平衡水是维持体液平衡的重要物质。水能稀释细胞内容物和体（4）维持体液平衡水是维持体液平衡的重要物质。水能稀释细胞内容物和体 液，保持体内矿物质的离子平衡以及物质在体内的正常代谢。 （5）调节机体温度水有调节体温的作用，水的比热大，热容量也大，蒸发热高， 热传导强。因此，水能以呼出潮气或以多汗形式起到调节体温的 作用。动物体内的水贮蓄较多热量，即使产热过多，也能被水吸收，机体温度保持平衡。（6）润滑器官，减缓磨损水具有润滑作用，通过体液的循环，还可加强各器官联系， 减少体内关节和器官间的磨擦和损伤，并可使器官运动灵活。

  10. 人体每天补充水2500ml 7天不喝水，人就得渴死？ 其原因在于：20天时间内，人可以通过肝脏储存的肝糖元和皮下脂肪为人体补充能量，因而不会饿死，但人体如果严重缺水，就会造成电解质紊乱、 血液浓缩和肝功能障碍，缺水7天，身体失去20%的水，就会被活活渴死。

  11. 08-2 天然水体系 地面水 地下水 大气水 雨 大气圈 雪 水蒸气 体液 天然水系 生物圈 细胞内液 生物聚合体中的结合水 地下水 岩石圈 岩浆水 陆水（泉、湖、河、川） 水圈 地面水 海水

  12. 天然水的化学组成 主要气体：O2、CO2、H2S 气体物质 微量气体：N2、CH4、He 天然水的组成 主要离子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、 Ca2+、 Na+、Mg2+ 、K+ 可溶 物质 生物生成物：NH4+、NO2-、HPO42-、Fe3+ 微量元素：Br-、I-、F-、Co、Ni、Cu、Ti 胶体物质： SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3 悬浮物质： 细菌，藻类，泥沙、黏土及其它不溶物

  13. 08-3 常见的饮用水 1.水的净化 除去悬浮物、灭菌 自然沉降加入沉降剂过滤离子交换法 日光或紫外线辐射 煮沸 氯化 加硫酸铜 除悬浮物 灭 菌

  14. 加入沉降剂─硫酸铝 Al2(SO4)3发生水解反应产生的胶状Al(OH)3，能吸附水中既不易沉降也不易过滤，呈细小胶状的悬浮物，并能使水中的大部分细菌缓慢沉降。 Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2SO4 强吸附能力

  15. 通氯气消毒： H2O + Cl2 → HClO + HCl HCl + O2 强氧化作用 使有机体氧化 杀灭细菌 漂白粉 Ca(ClO)2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2HClO HCl + O2 消毒作用、漂白作用

  16. 2.水的纯化：除去一些化学物质 ● 蒸馏法 根据各物质沸点的不 同，利用再冷凝来收集 不同温度时蒸发的蒸气， 可得到被分离的纯净物。 将水加热到沸腾，然后收集100℃蒸气所冷凝下来的水即为蒸馏水。

  17. Ca2+、Mg2+ ● 离子交换法 阳离子交换树脂： 与阳离子发生交换反应。 离子交换树脂 RSO3H 阴离子交换树脂： 与阴离子发生交换反应。 RN-OH Cl- 基本反应:RSO3H + Ca2+ → RSO3Ca + H+ RN-OH + Cl- → RN-Cl + OH- 树脂的再生：用酸和碱进行反交换，变为酸型和 羟基型，离子交换树脂可反复使用。

  18. 3. 硬水软化 硬水：含有较多Ca2+、Mg2+的水 软水：含有较少Ca2+、Mg2+的水 水的硬度表示：1L水里含有10mg CaO 称为1° 软水：＜8° 硬水：8～30° 最硬水：＞30°

  19. （1）水的硬度太高时，作为饮用水口感欠佳。（1）水的硬度太高时，作为饮用水口感欠佳。 用硬水烹调鱼肉、蔬菜，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。 硬水加热时，易产生白色水垢，附在加热容器上会延长加热时间，浪费能源。 和肥皂反应产生不溶性的沉淀，降低肥皂的去污能力，影响洗涤效果。 （2）不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”；水垢进入人体后，无法被吸收，是健康大敌。 （3）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。 对日常生活的影响对身体健康的影响对工业生产的影响 硬水危害

  20. 硬水软化的方法 暂时硬度 ① 加热法 水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起。 △ Ca(HCO3)2 CaCO3↓+ CO2↑+ H2O △ Mg(HCO3)2 MgCO3↓+ CO2↑+ H2O △ Mg(OH)2↓+ CO2↑ MgCO3 + H2O

  21. Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2=2CaCO3↓+ 2H2O Mg(HCO3)2+ 2Ca(OH)2= Mg(OH)2↓+ 2CaCO3+ 2H2O MgSO4+ Ca(OH)2= Mg(OH)2↓+CaSO4 MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+ CaCl2 永久硬度 ② 药剂软化法（石灰-苏打法） 水的硬度是由钙/镁的硫酸盐或氯化物等引起。 Step 1：水中加入适量石灰，可消除暂时硬度， 把由Mg2+所引起的硬水转化成Ca2+硬水。 消除暂时硬度 Mg2+→Ca2+硬度

  22. Step 2：再加入苏打Na2CO3， CaSO4、 CaCl2 → CaCO3 CaCO3↓+ Na2SO4 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3↓+ 2NaCl CaCl2+ Na2CO3

  23. 08-4 水源与地方病 某一地区的水中某些元素含量过高、 过低或比例失常而导致的疾病。 ● I与甲状腺肿 碘缺乏→甲状腺素缺乏→甲状腺组织增生肥大→甲状腺肿 多见于山区和远离海洋的地区。 预防措施： 加碘食盐；多食含碘丰富的海产品， 如海带、紫菜、虾米、海蜇等； • 思考题： • 目前加碘食盐中加入的主要物质是什么？ • KI (B) KIO3 (C) I2 (D) NaI (E) NaIO3

  24. 氟缺乏→患龋齿（斑釉病） ● F与龋齿 龋齿，是由于牙齿表面的残留食物在细菌作用下，发酵 产生酸性物质，导致牙釉质-羟磷灰石逐渐溶解，进而侵蚀牙 骨质、牙本质而形成的空洞。     研究发现氟具有独特的防蛀功能。首先，氟化物能够抑制 细菌代谢生长；其次，F-能增强牙釉质的抗酸能力，促进牙釉质的再矿化，使磷灰石沉积在蛀损部位起到再钙化作用。 适当地使用含氟牙膏也是降低龋齿病的措施之一。 Ca10(OH)2(PO4)6(s)+8H+ =10Ca2++6HPO42-+2H2O 当保护性的釉质层被削弱时，则会产生龋齿，其本质是 羟基磷灰石溶于细菌代谢产生的有机酸。因此防止龋齿 最好的方法是吃低糖的食物和坚持饭后立即刷牙。 牙齿主要成分：羟基磷灰石，F-可置换羟基形成氟磷灰石。 Ca10(PO4)6(OH)2 + 2F- = Ca10(PO4)6F2 + 2OH- 氟磷灰石比羟基磷灰石要稳定得多，对酸有抗腐蚀的能力。 经常使用含氟牙膏就可慢慢地使牙齿表面的一层釉质羟基 磷灰石转化为氟磷灰石，达到防止龋齿保护牙齿的目的。

  25. ● Se与克山病 地方性心肌病，1935年在黑龙江省克山县 发现，因而命名克山病。克山病是一种与环境 低硒关系密切的地方性心肌疾病。 饮用硒含量低水→心肌病变（克山病） 预防措施： 口服亚硒酸钠片对预防本病有效，可明显降低发病率； 此外，流行区推荐使用含硒食盐；农村使用含硒液浸过的种子种植；植物根部施加含硒肥料以提高农作物中含硒量。

  26. ● 硬水与尿结石 尿结石是泌尿系统各部位结石病的总称，是泌尿系统的常见病。 肾脏、输尿管或膀胱里长上了“石子”，不但会引起疼痛、 血尿、还会引起尿路感染。如果“石子”长期阻塞泌尿道， 造成肾积水，肾功能会受到损害。 尿结石主要由无机盐和有机盐以及酸组成，大部分为晶体状态；如草酸盐，磷酸盐，尿酸盐，胱氨酸等 硬水Ca2+、Mg2+等含量较高，若长期饮用， 人的尿钙增高，容易形成结石。 医学上常用加快排尿速率(即降低滤液停留时间)，加大尿量 (减少Ca2+、C2O42-的浓度)等防治尿结石。生活中多饮水， 也是防治尿结石的一种方法。

  27. ● Cd与骨痛病 因受镉污染危害而产生的人体病症，主要表现 为镉对骨中钙的置换使骨质软化、发生骨折，患者 全身骨节疼痛难忍，最早发现于日本富山县神通川 流域一带。 饮用镉含量高的水 → 骨软化病 骨骼畸形、疼痛难忍、呼吸受限 市场上究竟有没有镉超标的大米？老百姓一日三餐吃饭是不是存在着“骨痛病”的风险？南京农业大学几年前曾对多个市售稻米样品进行了随机的抽样调查，结果表明，抽查中的10%左右的市售大米出现镉超标。 日常生活中我们无法从肉眼上来识别哪种大米镉污染超标，但只要在购买大米的时候，多选择不同产地、不同品牌的稻米品种，同时广泛地摄取其他的营养物质，多吃一些海产品、豆类等含锌较高的食物，都可以降低患病的风险。 骨痛病发病的主要原因是当地居民长期饮用受镉污染的河水，并食用此水灌溉的含镉稻米，致使镉在体内蓄积而造成肾损害，进而导致骨软症。

  28. ● Mg2+、SO42-与伽师病 伽师病是一种综合性地方病，表现出多症侯和多体征的特点：女性不孕，男性不育，长期稀便，肝肿大，季节性低血钾等， 因在新疆伽师县一带比较典型而得名。 伽师病与当地饮用水水质密切相关。因河水流经红色岩层地区后溶解了大量的硫酸盐和氯化物，饮用水SO42- 、Mg2+等含量高 （高硫酸盐、高镁、高钠、高钙、低锰、低锌和低钾等） →生物体内电解质代谢紊乱、蛋白质及微量元素吸收减少 →肝大、早衰、低血钾、底血压、底血糖等症状。 机体摄入大量的硫酸盐可导致慢性腹泻；过量的钠、镁、钙可引起电解质紊乱，抑制锰、锌等元素的吸收，抑制各种酶的活性，从而使机体代谢产生多方面的障碍；缺锰、缺锌会直接影响生殖功能，而缺钾可能是导致不孕症的另一个重要原因。 通过引入优质水，伽师病的各种症状才得以缓解，直到消失。

  29. Hg与水俣病 • 水俣病是汞引起的神经系统疾病， • 因发现于日本水俣湾而得名。 1950年，日本的水俣镇发生了一些怪事：鸟儿在飞翔中突然掉到海里；猫发疯似地抽筋，步态不稳，犹如醉酒，最后跳海自杀；这种病症最初出现在猫身 上，被称为“猫舞蹈症”、“自杀猫” 。随后不久，猫的怪病似乎传染给了人，镇上有人也患上了这种怪病。开始口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、耳聋眼瞎、神经失常，在大喊大叫中死去。因当时无法确诊此病，故以地名把这种怪病叫“水俣病” 。 20世纪50年代初期，日本化工厂向水俣湾排放未经处理的含汞污水，致使沿岸居民患病。患者手足协调失常，步行困难、运动障碍、弱智、听力及言语障碍、肢端麻木、感觉障碍、视野缩小；重者出现神经错乱、思觉失调、痉挛、发疯、直至死亡 。

  30. 净化水资源 预防地方病 1. 写出与下列疾病有关的化学元素： 水俁病，骨痛病，大脖子病，斑釉病，克山病，伽师病 , , , , , ,

  31. 2. 碘缺乏病最严重的危害是（ ） A.甲状腺肿大 B. 克汀病 C. 智力损害 D. 甲亢 3. 最经济、方便、安全的补碘方式是（ ） A. 碘油丸 B. 碘盐 C. 碘茶 D. 碘化钾 4. 碘缺乏病防治宣传日定在每年的（ ） A. 3月24日 B. 5月15日 C. 9月12日 D. 5月5日 5. 补碘措施有那些？ 6. 那些人不宜吃碘盐？

  32. 08-5 水资源对人体 和社会的影响 water

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