第四单元 自然界的水思维导图

这是一篇关于初三化学第四单元自然界的水思维导图，包含水与天然水、自来水厂净化步骤、常用的净水方法、硬水和软水等。

水的净化

• 纯水与天然水
  • 纯水：无色、无臭、清澈透明，不含杂质，是纯净物、化合物。如蒸馏水
  • 天然水：不溶性杂质使其呈浑浊，可溶性杂质可能使其由气味或颜色，是混合物。如河水、湖水，海水等
• 自来水厂净化步骤
  • 取：从水库中取水
  • 加：加絮凝剂（主要是明矾），使悬浮的小颗粒杂质被吸附凝聚（化学反应+物理反应）
    • 在水进入反应沉淀池之前要向水中加入絮凝剂。 常用的絮凝剂有明矾（十二水硫酸铝钾），十二水硫酸铝钾在溶于水后会和水反应，生成氢氧化铝，氢氧化铝是一种絮状沉淀，会悬浮在水中。 由于氢氧化铝有比较大的表面积，所以很容易吸附水中的悬浮杂质。 水中的悬浮杂质被氢氧化铝吸附后，其颗粒会由小变大，直至其所受重力大于其所受的浮力之时，杂质会与明矾一起沉淀下来。 由明矾变成氢氧化铝的过程是一个化学变化过程，但是氢氧化铝吸附悬浮杂质的过程是一个物理变化过程。
  • 沉：在反应沉淀池中沉降分离
  • 滤：将反应沉淀池中的水通入过滤池中，进一步除去不溶性杂质
  • 吸：再将水引入活性炭吸附池，除去水中的臭味、色素和残留的颗粒较小的不溶性杂质
    • 木炭具有疏松多孔的结构
  • 投：投药杀菌消毒（常用通入氯气的方法），杀菌后的水就是可以饮用的自来水，通过配水泵供给用户 - 氯气与水发生化学反应
• 常用的净水方法
  • 沉淀
    • 静置沉淀
      • 利用重力作用使水中较大颗粒的不溶性杂质自然沉降
    • 吸附沉淀
      • 加入絮凝剂（如明矾），利用其溶于水后生成胶状物吸附悬浮的小颗粒，使其聚集在一起形成较大颗粒而沉降下来
  • 过滤
    • 把液体和不溶于该液体的固体物质分开，除去水中的不溶性杂质
  • 吸附
    • 利用活性炭的吸附作用（物理变化），除去不溶性杂质、部分可溶性杂质， 还可以除去水中的色素和异味。
  • 蒸馏
    • 利用混合物中各成分的沸点不同将其分离，除去水中可溶性杂质
  • 注意：用蒸馏法得到的水为纯净物，其他三种得到的是混合物
• 硬水和软水
  • 定义
    • 硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水，这样的水在加热或长期放置的情况下，易使水壶或盛水的器具产生水垢
    • 软水：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水
  • 区分方法
    • 加热法：加热或长久放置后有水垢产生的水是硬水
    • 加肥皂水法
      • 硬水：泡沫少（浮渣多）
      • 软水：泡沫多（浮渣少）
  • 硬水软化方法
    • 生活中通过煮沸，使Ca/Mg离子形成新的化合物沉淀达到软化的目的
    • 实验室里常用蒸馏的方法将硬水转化为纯净水
    • 工业上和科学实验中还用到离子交换法等
  • 注意
    • 过滤不能降低水的硬度

过滤与蒸馏

• 过滤
  • 所用仪器
    • 铁架台（带铁圈）、玻璃棒、烧杯、漏斗（滤纸）
  • 适用范围
    • 过滤是除去液体中混有的不溶性固体杂质的一种方法
      • 过滤不能降低水的硬度
  • 操作注意事项
    • 一贴二低三靠
    • 玻璃棒的作用：引流，防止液体溅出
    • 过滤仅除去了水中的不溶性杂质，因此过滤后的水不是纯净水
  • 滤液仍然浑浊的可能原因
    • 滤纸破损
    • 液面超过滤纸边缘
    • 漏斗或烧杯不干净等
  • 简易净水装置
    • 小卵石：除去较大颗粒杂质
    • 石英砂：除去较小颗粒杂质
    • 活性炭：吸附色素和异味
    • 蓬松棉：除去难溶性杂质
    • 顺序不能颠倒；它不能降低水的硬度，过滤后的水属于混合物
• 蒸馏
  • 原理
    • 给液体加热，使它变为蒸气，再使蒸气冷凝成液体的方法。
    • 通过蒸馏，可以把沸点不同的物质从混合物中分离出来，也可以把挥发性液体与溶解在液体中的不挥发性杂质分离开来，达到分离和提纯的目的。
  • 蒸馏装置
  • 注意事项
    • 蒸馏烧瓶中所盛液体不能少于其容积的1/3，也不能多于其容积的2/3
    • 蒸馏烧瓶下面应垫上陶土网，以防受热不均炸裂蒸馏烧瓶
    • 蒸馏烧瓶内应加入几粒沸石（或碎瓷片），使蒸馏平稳进行，以防加热时暴沸。
    • 温度计的水银球应对着蒸馏烧瓶的支管口处，因为蒸馏时需控制的温度是出口蒸气的温度
    • 冷却水的流向应跟蒸气的流向相反，这种逆流冷却可以达到最好的冷却效果
    • 制取蒸馏水的简易装置中导气管很长，可使水蒸气达到很好的冷却效果
    • 弃去开始馏出的部分液体，因为里面可能含有低沸点杂质和仪器表面的杂质

水的组成

• 从氢气燃烧 探究水的组成
  • 氢气的性质
    • 物理性质
      • 难溶于水
      • 无臭
      • 无色
      • 气体
      • 密度比空气小，是最轻的气体
    • 化学性质
      • 具有可燃性
      • 文字表达式：氢气+氧气--(点燃)-->水
      • 实验现象：烧杯内有水雾生成，烧杯变烫； 氢气在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
      • 实验结论：氢气具有可燃性；水由氢元素和氧元素组成
    • 注意事项
      • 混有一定量空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸。 所以应该用氦气（密度也很小，但化学性质稳定）来填充气球
      • 氢气密度特别小，同样条件下，空气密度是氢气密度的14.5倍
  • 氢气的验纯方法
    • 操作步骤：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，并向下靠近火焰，移开拇指点火。
    • 结论：发出尖锐的爆鸣声，说明氢气不纯；声音很小或发出“噗”的一声，说明氢气较纯。
  • 氢气的用途
    • 充灌探空气球 --- 密度最小的气体
    • 作高能燃料 --- 可燃性，最大优点是无污染
• 从水的电解 探究水的组成
  • 实验现象
    • 通电后两电极上开始产生气泡。通电一段时间后，两个玻璃管内收集了一些气体，与正极相连的玻璃管内的气体体积小，与负极相连的玻璃管内的气体体积大，体积大约比为1:2，质量比（氧气：氢气）是8:1
  • 气体的校验
    • 正极：用燃着的木条接近液面下降较少的玻璃管尖嘴处，打开活塞，发现木条燃烧更旺，证明是氧气。
    • 负极：用燃着的木条接近液面下降较多的玻璃管嘴尖处，打开活塞，发现该气体能够燃烧，火焰呈淡蓝色，证明是氢气。
  • 文字表达式
    • 水---(通电)--->氢气+氧气
  • 实验结论
    • 水是由氢元素和氧元素组成的化合物
  • 实验推论
    • 水分子是由氢原子和氧原子构成的
    • 电解水生成氢气和氧气的质量比为1:8
    • 验证了在化学反应中分子可分，而原子不可再分
  • 误差分析
    • 现象：实验中负极与正极产生气体的体积比往往大于2:1
    • 原因
      • 氧气在水中的溶解度比氢气大
      • 氧气易于电解装置的电极发生氧化反应而被消耗
  • 微观角度理解水的电解
    • 当水分子分解时，分成了氧原子与氢原子，每2个氢原子结合成一个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；每2个氧原子结合成1个氧分子，很多氧分子聚集成氧气。
  • 知识点
    • 纯水几乎不导电

物质分类

• 单质和 化合物
  • 混合物-化合物
    • 混合物是由不同物质组成的
    • 化合物是由不同元素组成的一种物质
  • 无机化合物通常是指不含碳元素的化合物
  • 有机化合物都含有碳元素
    • 例外：CO,二氧化碳、碳酸和碳酸钙等属于无机化合物
    • 单质碳C既不属于有机化合物，也不属于无机化合物
• 氧化物
  • 定义：由两种元素组成的化合物中，其中一种元素的氧元素的叫做氧化物。
  • 氧化物的判断
    • 由两种元素组成
    • 其中一种元素必须是氧元素
    • 两个条件缺一不可
• 物质的 简单分类
  • 宏观
    • 纯净物(一种物质)
      • 单质(一种元素)
        • 金属单质
        • 非金属单质
        • 稀有气体单质
      • 化合物(多种元素)
        • 有机化合物
        • 无机化合物
    • 混合物(两种或两种以上物质)
  • 微观
    • 考察微观示意图来判断物质

化学式

• 定义：用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子叫化学式，如H₂O表示水
• 有些固态非金属不是由原子构成，不能用元素符号表示其化学式，如C60
• 初中阶段常见的气态非金属单质大多是双原子分子，例如O2
• 化学式的意义- 分子构成的物质
  • 宏观
    • 表示一种物质
    • 表示该物质由哪些元素组成
  • 微观
    • 表示该物质的一个分子
    • 表示构成物质的一个分子中所含元素的原子个数
  • 量的方面
    • 表示物质的相对分子质量
    • 表示物质中各元素的原子个数比
    • 表示各元素的质量比
• 化学式的意义- 原子构成的物质
  • 宏观
    • 表示该物质 - 铜
    • 表示该物质由什么元素组成 - 铜是由铜元素组成的
  • 微观
    • 表示该物质的一个原子 - 铜原子
• 化学式的意义- 离子构成的物质
  • 宏观
    • 表示一种物质 - 表示氯化钠这种物质
    • 表示该物质由哪些元素组成
  • 微观
    • 表示该物质由哪些离子构成
    • 表示各离子的个数比

化合价

• 意义
  • 元素之间相互化合时，其原子个数比都有确定的数值，化学式用“化合价”来表示原子间相互化合的数目。
• 规律
  • 化合物中正、负化合价的代数和等于0
  • 化合物中氢元素通常显+1价，氧元素通常显-2价，特例：与金属化合时，H显-1价，如NaH
  • 化合物中金属元素通常显正价；非金属元素通常显负价，有时也显正价
  • 在单质中，元素的化合价为0
  • 许多元素具有可变化合价
  • 原子团的化合价一定不为0 (原子团不是一种物质，故各元素化合价代数和不为0)
  • 同一种元素在同一种化合物中化合价也不一定相同
• 原子团
  • 作为一个整体参加化学反应，又叫根
• 应用
  • 根据化学式求元素的化合价
  • 根据化合价推求化合物的化学式
  • 都是利用化合物种各元素化合价的代数和为0
• 相对分子质量的计算 AmBn
  • 相对分子质量
    • 化学式中各原子的相对原子质量的总和，记为Mr
    • 公式：相对分子质量=A的相对原子质量X m + B的相对原子质量X n
  • 相对分子质量的计算模型
    • 计算物质组成元素的质量比
    • 计算物质中某元素的质量分数
    • 计算一定量化合物中某元素的质量
• 特别事项
  • 一般情况下，正价元素在前，负价元素在后，例外：氨气 NH3，甲烷CH4

自然界的水

• 爱护水资源
  • 节约用水
    • 工业上：循环用水等
    • 农业上：漫灌改成喷灌或滴灌
    • 生活中：一水多用
  • 防治水污染
    • 工业上：通过应用新技术、新工业减少污染物产生，同时处理工业废水使之符合排放标准
    • 农业上：提倡使用农家肥，合理使用农药和化肥
    • 生活中：生活污水集中处理再排放
• 水的净化
  • 净水方法
    • 沉淀、过滤、吸附、蒸馏
  • 常用净水剂
    • 明矾
      • 与水反应生成胶状物，吸附 悬浮的杂质而沉淀
    • 活性炭
      • 有疏松多孔的结构，吸附溶于水的异味和色素
  • 过滤操作
    • 一贴、二低、三靠，玻璃棒引流
  • 水的硬度
    • 软水
      • 不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水
    • 硬水
      • 定义：含有较多可溶性钙、镁化合物的水
      • 硬水危害：洗衣洗不净；锅炉内结垢，浪费材料，甚至引发爆炸等
      • 硬水软化：生活中加热煮沸，工业上蒸馏或其他方法
    • 硬水与软水的鉴别
      • 取样品，加肥皂水搅拌，观察现象
• 水的组成
  • 水的电解
    • 正极
      • 氧气（1体积），能使燃着的木条燃烧更旺
    • 负极
      • 氢气（2体积），能燃烧，产生淡蓝色的火焰
  • 结论
    • 水是由氢、氧两种元素组成的
  • 物质的分类
    • 纯净物
      • 单质
        • 由同种元素组成的纯净物
      • 化合物
        • 由不同做那个元素组成的纯净物 氧化物：含有两种元素，其中一种是氧元素
    • 混合物
• 化学式与化合价
  • 化学式
    • 定义：用元素符合和数字的组合表示物质组成的式子
    • 意义：表示这种物质、表示这种物质的元素组成、表示这种物质的一个分子、表示这种物质的分子构成（后两种是针对由分子构成的物质而言的）
    • 写法和读法：单质、化合物
    • 计算：计算相对分子质量、计算组成元素质量比、计算物质中某元素的质量分数
  • 化合价
    • 规律：单质中元素的化合价为零；化合物中各元素正、负化合价的代数和为零
    • 应用：书写化合物的化学式

单元考点

• 考点1 水资源的利用与保护
  • 水的电解实验及结论
  • 水的几种净化方法、原理及操作
  • 硬水与软水的鉴别及硬水软化的方法
  • 生产生活中的节水方法
  • 水体污染源及防治措施
• 考点2 物质的分类
  • 结合生活实际，给出实物图或微观结构示意图来考查纯净物与混合物
  • 考查获取信息以及将化学知识运用于生活实际的能力
• 考点3 化合价与化学式的关系
  • 根据最新社会热点或生产、生活实际设置体感背景进行考查
  • 利用化合物各元素正、负化合价的代数和为零来做
    • 根据元素的化合价，推断物质的化学式
    • 根据化合物的化学式判断组成元素的化合价
    • 检验化学式的正误
  • 熟记常见元素符号的书写及其化合价、常见原子团的书写及其化合价
• 考点4 化学符号周围数字的含义
  • 前面的数字只表示粒子（分子、原子、离子）的个数
  • 右下角的数字只表示一个粒子中某元素原子（或原子团）的个数
  • 右上角的数字只表示离子所带的电荷数
  • 通式：表示一个X离子带m个单位的正（或负）电荷
  • 正上方的数字只表示某物质中某元素（或原子团）的化合价。
  • 通式：Xm---表示一个Xm分子中X原子（或原子团）的个数为m
• 考点5 有关化学式的计算
  • 化学式
    • 求相对分子质量
      • 所有原子的相对原子质量之和
    • 求原子个数比
      • 各原子原子总数之比
    • 求 元素的质量比
      • 各元素的相对原子质量与原子个数乘机的比
  • 化合物中某元素的质量分数
  • 计算一定质量的物质中所含某元素的质量
• 考点6 运用平均值法巧妙解答化学式的计算
  • 利用质量分数平均值法