【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第二章、氧和氢  

§2-14水的性质

【01】水和空气一样，也是人们不可缺少的一种物质。自然界里存在的水叫做天然水，例如海水、河水、井水、雨水等。天然水一般都是不纯净的，它或多或少溶解有某些可溶性的杂质，有时还悬浮有固体的杂质如污泥、砂粒、动植物的残渣以及某些病原菌等。

【02】在小学自然课里我们已经学过一些有关水的知识，这里着重研究水的性质。

山笺|| 水资源现存情况

        地球水约占地球表面的71%，主要分为海洋水、湖泊水、河流水、地下水、大气水、生物水。而总储量约为1.39×10¹⁸m³，其中海水占96.5%，陆地咸水占0.97%，淡水只占2.53%。

        海水中含有80多种化学元素，含量前八分别为氧、氢、氯、钠、镁、硫、钙、钾。

        中国水资源总量为2.8×10¹²m³，居世界第6位，但人均只有2300m³，约为世界人均水量的1/4，且分布不均，南丰北缺。

水的物理性质

【03】纯净的水（实验室里用的蒸馏水是比较纯净的）是无色、无味、无嗅的透明液体。在1大气压下，水在100℃时沸腾，0℃时凝固成冰。在4℃时水的比重是1，即此时1毫升的水重1克，在高于或低于4℃时，它的比重都比1小。冬天河水表面遇冷结冰，因为冰的比重比水小，能浮在水面上，下层河水由于和冷空气相隔绝，不易冻结到底，这对保存鱼类的生命具有重大意义。水是一切固体和液体物质中比热最大的一种物质。【比热就是1克物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量的卡数（卡是热量的单位）。水的比热是1，即1克水温度升高（或降低）1℃需要吸收（或放出）1卡的热量。】水的这种性质，对调节气温，起着巨大的作用。例如在沿海一带，白天虽然受到太阳的照射，但因水的比热特别大，海水温度升高时要吸收大量的热，因此气温不会升得太高；到了晚上，海水温度降低，又放出大量的热，使气温不致降得太低。

【04】水有很好的溶解性，大多数物质都能或多或少地溶解在水里。动植物一般都只能吸取溶解在水里的养料，因此，它是动植物生长不可缺少的一种物质。

水的化学性质

1、水的分解

【05】水是由氢、氧两种元素组成的一种性质比较稳定的化合物。在水分子里，氢原子和氧原子的结合十分牢固。即使把水加热到1000℃以上的高温，也只能有极少量的发生分解。但是，它在电流作用下，却比较容易分解，并在两个电极上分别放出氢气和氧气【山语||  正极氧气；负极氢气】，这在§1-5里已经初步介绍过了。

【06】利用图2-18的装置，可以收集水分解后放出的氢气和氧气。

【07】在玻璃缸内盛水【为了增加水的导电能力，可以在水里加入少量硫酸】约2/3。另用铁架台固定住两个有刻度的试管，试管里盛满着水，倒立在玻璃缸里。在试管口处各有铂片一小块（作为电极），用导线把铂片和蓄电池的两极相连。当导线接通后，不久就可看到铂片上有气泡不断产生，试管里的水随着排出。经过一定时间后，可以看到一只试管里的气体体积正好是另一只试管里的两倍。

【08】用手指按住试管管口，从玻璃缸内取出，倒转，把带有余烬的木条移近气体体积较少的那只试管口时，木条重又燃烧起来，这说明试管里的气体是氧气。把燃着的木条移近气体体积较多的那只试管口时，气体就燃烧起来，这说明试管里的气体是氢气。【山语|| 氢气是一种无色无臭无毒难溶于水的气体，密度比空气小。相同条件下，氢气是最轻的气体。氢气具有可燃性，纯净的氢气在空气中燃烧时，产生淡蓝色火焰，燃烧生成水，因此属于理想清洁高能能源。但混有一定量空气或氧气的氢气遇明火可能会发生爆炸】

【09】这个实验的结果指出：水分解时，产生的氢气和氧气的体积比是2：1。

【10】根据气体的比重，可以把体积换算成重量，这样就可以算出氢气和氧气的重量比。已知氢气每升约重0.090克，氧气每升重1.429克。因此2体积氢气和1体积氧气的重量比是：（2×0.09）:（1×1.429）=0.18:1.429=1:7.94（约1：8）。

【11】这就是说，水分解时，每产生1分重量的氢气，同时必定产生8分重量的氧气。对任何纯净的水来说，这个比值总是固定不变的。【山语|| 氢气在氧气中燃烧后又会重新生成水】【山注|| 点燃氢气前一定要检验氢气的纯度。用拇指堵住集满氢气的试管口，试管口靠近火焰，移开拇指。若发出尖锐爆鸣声，证明氢气不纯，否则较纯。】

2、水和金属或非金属的反应

【12】某些化学性质比较活泼的金属（如钠、钙等），在常温下就能和水发生反应。例如钠和水发生反应的化学方程式是：

【山注，B站专栏公式代码\begin{eqnarray} && \ce{2Na +2H2O=2NaOH +H2}\\&&\small钠\quad\quad\quad水\quad\quad氢氧化钠\quad氢气\end{eqnarray} 】

【13】另外还有些单质（如铁、镁、锌、碳等），在加热条件下也能和水发生反应。例如炽热的铁、炭和水蒸气的反应，这在前面讲到氢气的工业制法（§2-10）时都已研究过了。

习题2-14

1、水是最容易获得的物质之一，为什么实验室里不利用它来制取氢气或氧气？

【山答】实验装置复杂，且携带不便，并且制取过程繁琐。

2、为什么说天然水往往是不纯净的？ 

【山答】天然水在自然界或多或少会溶解些可溶性杂质，甚至还有固体杂质以及某些病原菌等。

3、水有哪些重要的化学性质？

【山答】水在高温或通电状态下会分解为氢和氧。水在常温下与钠钙等活泼金属发生反应；在一定条件下可与铁、碳等一些金属或非金属产生反应。

4、多少克水分解后，可以得到氢气2.24升（1升氢气重0.09克）？【山答】1.81g

5、27克水完全分解后能得到氢气和氧气各多少克？【山答】3g；24g。