水在中学化学中的多种作用是什么(水在中学化学中的多种作用)

导语：水在中学化学中的多种作用

人类的文明和发展与水有着极为密切的关系，人与水休戚相关。水在环境中占有特殊的地位，是一切生物赖以生存不可缺少的条件。在中学化学中水有多种角色，今归纳如下：

一、从电离平衡来认识水

水是一种弱电解质，存在着电离平衡：H2O=(可逆)H++OH-，温度、H+浓度、OH-浓度都将影响水的电离。

⒈ 温度：水的电离是一个吸热过程，因此升高温度，平衡向吸热方向移动，促进水的电离，则水的离子积常数也会增大。

⒉ 浓度

⑴ 抑制水的电离

在通常情况下，在水中加入酸、碱、以电离为主的酸式盐时，溶液中的H+浓度或OH-浓度增大，平衡向逆反应方向移动，从而抑制水的电离。

例：25℃时，pH＝4的盐酸溶液中，水电离出的H+浓度是多少？

解：C(H+)水＝C(OH-)水＝

Kw/C(H+)总＝10-14/10-4＝

10-10mol/L

⑵ 促进水的电离

一定温度下，在水中加入能水解的盐，盐电离出来的弱离子与水电离出的H+或OH-相合成弱电解质，使H+或OH-浓度减小，平衡向正反应方向移动，从而促进水的电离。

例：25℃时，pH＝11的CH3COONa溶液中，水电离出的H+浓度是多少？

分析：因CH3COONa电离出的CH3COO-与水电离出的H+结合生成弱电解质CH3COOH，H+浓度减小，水的电离平衡向正反应方向移动，则水电离出的OH-浓度增大，溶液呈碱性。

解：C(H+)水＝C(OH-)水＝

Kw/C(H+)总＝10-14/10-11

＝10-3mol/L

二、水在中学化学中的作用

1.作反应试剂

⑴ 作氧化剂

水中氢元素的化合价为＋1价，是氢元素的最高价态，与某些金属、非金属单质、还原性强的化合物等反应时化合价降低，得到电子，作氧化剂。

活泼金属钠与水的反应、电解饱和食盐水、金属铝与氢氧化钠溶液的反应等，在这些反应中水作为氧化剂起还原作用。如：

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

3Fe+4H2O(气)=(高温)Fe3O4+4H2

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2

+3H2↑

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

C+H2O(g)=(高温)H2+CO

NaH+H2O=NaOH+H2↑

⑵ 作还原剂

水中氧元素的化合价为－2价，是氧元素的最低价态，在氟气与水的反应中，化合价升高，失去电子，水作还原剂。

2F2+2H2O=4HF+O2

⑶ 既作氧化剂又作还原剂

在电解水的反应中，水既作为氧化剂又作为还原剂。

2H2O=(电解)H2↑+O2↑

⑷ 在氧化还原反应中既不作氧化剂也不作还原剂

氯气与水反应、过氧化钠与水反应等，在这些反应中水既不作氧化剂也不作还原剂。

Cl2+H2O=HCl+HClO

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4

⑸ 非氧化还原反应中既不作氧化剂也不作还原剂

① 金属氧化物、非金属氧化物与水反应，氨气溶于水等，在这些非氧化还原反应中水既不作氧化剂也不作还原剂。

CO2+H2O=H2CO3

NH3+H2O=NH3·H2O

Na2O+H2O=2NaOH

② 双水解反应 强酸弱碱盐的水解、强碱弱酸盐的水解等，在这些反应中水既不作氧化剂也不作还原剂。如：

2FeCl3+3Na2S+6H2O=2Fe(OH)3↓

+3H2S↑+6NaCl

2AlCl3+3Na2CO3+3H2O=

2Al(OH)3↓+3CO2↑+6NaCl

③ 双弱盐的水解反应

弱酸弱碱盐的水解反应中水既不作氧化剂也不作还原剂。如：

Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑

Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+

2NH3↑

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑

④ 有机物的水解反应

有机物中的卤代烃、酯类、二糖、多糖、蛋白质、油脂等能在一定条件下发生水解，在这些反应中水既不作为氧化剂也不作为还原剂。如：

CH3CH2Cl+H2O=CH3CH2OH+HCl

CH3COOCH2CH3+H2O=(H+或

OH-△)CH3COOH+CH3CH2OH

C12H22O11+H2O=(催化剂△)

............................C6H12O6+C6H12O6

蔗糖.........................葡萄糖 ........果糖

(C6H10O5)n+nH2O=(催化剂△)

............................ ....nC6H12O6

淀粉.........................葡萄糖

⒉ 作催化剂

有些物质在干燥条件下不易发生反应，当混有少量的水蒸气后反应极易进行。例如：硫化氢与二氧化硫的反应、过氧化钠与二氧化碳的反应、“滴水生烟”实验等，在以上反应中，水是催化剂，加快了反应速率。如:

Zn+I2=(水)ZnI2

⒊ 作配位体

在“硫酸四氨合铜(Ⅱ）的制备和性质”实验中，取一定量的硫酸铜晶体，用水溶解，并逐滴加入浓氨水，开始生成浅蓝色碱式硫酸铜沉淀，Cu2(OH)2SO4 ,再滴加浓氨水，搅拌至沉淀全部溶解，变为深蓝色溶液。反应的化学方程式为：

CuSO4+4NH3+H20=

Cu(NH3)4SO4·H2O。

在Cu(NH3)4SO4·H2O中，水起配位作用。

⒋ 作溶剂

水除可以参与以上一些反应外，它还是生产、生活中最常见、重要的溶剂。水具有良好的溶解性能，这是基于水分子的两种特性：

⑴ 水分子具有其他分子不具备的高度配位能力，即它以同样的方式对电子对接受体（阳离子，路易斯酸）及电子对给予体（阴离子，路易斯碱）具有配位能力。在第一种情况下，水分子的阴性氧原子是电子对给予体；第二种情况下，水分子的阳性氢原子是电子对接受体。因此，在溶解过程中，释放出高的水合作用能，它能补偿许多物质的晶格能（固体时）或汽化能（液体时。）

⑵ 根据水分子的偶极矩，水在所有溶剂中具有最高的介电常数(e= 81)，因此水中所有离子间的吸引力是真空中的1/80。

水的溶解性可用于：①配制溶液及稀释溶液；②测定固体的溶解度；③做喷泉实验。

⒌ 介质作用

高锰酸钾是一种强的氧化剂，它可以氧化许多物质，但反应的介质不同，还原产物也不同。高锰酸钾在酸性、碱性（碱的浓度较大）和中性介质中与亚硫酸盐作用，分别被还原成 Mn2+ 、MnO42-和Mn02。在这些反应中，水起的是介质作用。

⒍ 排水集气

在气体的制取实验中，对那些难溶于水的气体（如氧气、氢气、氮气、一氧化氮、乙炔等），往往是采用排水集气法收集。若气体在水中有一定的溶解度，则可在水中加入相应的盐形成饱和溶液来降低其溶解度，如用排饱和食盐水的方法收集氯气，用排饱和碳酸氢钠溶液的方法收集二氧化碳。

⒎ 作洗气剂

在气体的制取实验中需要获得纯净的气体，而实验室中制取的气体中往往混有杂质。对于混合气体中易溶于水的杂质气体可用水进行洗气。例如，实验室制取的氢气中常因反应物盐酸的挥发而使H2中混有HCl气体杂质。此时，可将这种混合气体通入装有水的洗气瓶，把其中的杂质气体HCl除掉。

⒏ 检测气体通入的速率

除了可用水作洗气剂，除去混合气体中易溶于水的气体物质外，同时也可通过观察气泡逸出的速率来检测气体通入的速率。

⒐ 排水量气

气体的量取可利用水来测量产生的难溶于水的气体的体积。这种量取气体的装置有2种：一是可利用量筒排水法收集气体，直接在量筒中读出气体的体积； 二是利用量筒收集排出的水，此时水的体积即为该温度、压强下所产生的气体体积。

读取液体体积时要注意以下2点：①调节容器，使容器、量筒内的液面相平；②视线要与液面的凹面最低点相切。

⒑ 储存气体

对那些水溶性不大或不溶于水的气体可通过气压原理控制水进、出储气装置，从而实现气体从制气装置流进、流出储气装置的目的。这是实验室中储气装置的使用原理。甲瓶内充满溶液，当气体通入甲瓶时将溶液压入乙瓶，关闭活塞,便可将气体保存起来。使用的时候，打开活塞，乙瓶中的溶液回落到甲瓶中，将气体赶出。

若气体能溶于水，可在集气瓶内水面上加一层有机溶剂，如苯、四氯化碳或油等。

⒒ 作检漏剂

对那些需要控制液体反应物体积的定量实验或者是使用有活塞（或开关）结构的仪器和装置，为了减少实验误差，实验前必须用水检验所用仪器（如容量瓶、酸式滴定管等）是否漏液。

在装置的气密性检查中，也常用水来检验气体发生装置的气密性。这种气密性的检验就是利用装置体系内压强与大气压所存在的压力差来实现的，这种压力差通过导管使导管内流动着的水形成一段水柱（水柱的存在就证明了装置体系内外存在压力差）。

⒓ 作检验剂

相似相溶原理指出，极性分子易溶于极性溶剂中，非极性（或弱极性）分子易溶于非极性（或弱极性）溶剂中。据此原理，可用水（极性分子）为溶剂来检验其他溶剂分子的极性。同理，也可用水检验气体的极性。

检验分液实验中哪层是水层，哪层是油层（有机层）时可用水来检验，即取少量上层或下层液体与水混合，若溶液分层说明所取液体是油层（有机层），反之为水层。

也可以水为试剂鉴别物质，如溴苯、苯、乙醇3种物质。还可利用物质与水反应产生的某些特殊效应来鉴别某些物质。如：利用物质的水溶性差异，可用水鉴别BaSO4和NaCl固体；利用物质溶于水产生的热效应，可用水鉴别CaO、NH4N03 和 NaCl 固体；利用物质溶于水溶液中某些离子所呈现的颜色差异，可用水鉴别CuSO4和 NaCl 固体。

⒔ 作分离剂

通常情况下，不溶于水的液态物质其密度有的大于水，有的小于水，其混合物可用水进行分离。如把制取硝基苯的液体倒入水中，液体分为3层。上层是苯，中间是溶有硝酸和硫酸的水层．底层为硝基苯，用分液漏斗进行分液可得到不同的物质。

⒕ 作冷凝（或冷却）剂

对那些受热易气化，沸点低于100℃，常温下为液态的物质常用水冷却其蒸气。如石油的分馏实验，需要用水冷却馏出物或挥发物，这种冷却往往是通过冷凝管中流动着的水来实现的。有时为冷却实验体系，也常用水作冷却剂，如结晶实验等。

⒖ 吸收尾气

对于水溶性较大的有害气体，在化学实验中可以用水作为其尾气吸收剂。如实验室制取氨气、氯化氢时可以将尾气通入水中。为防止倒吸，通常不能将导管直接插入液面下方。

⒗ 作洗涤剂

对过滤器上的沉淀要进行洗涤，以除去混合物中易溶于水的固体杂质。这种洗涤操作就是用水（蒸馏水）来完成的。方法是：在过滤器中倒入蒸馏水，直至蒸馏水浸没其中的沉淀，待过滤器中的水滤去之后，再重复几次这样的操作。例如除去硫酸钡沉淀中的氯化钠等，可根据二者水溶性的不同，用水进行洗涤 。

⒘ 作加热剂

把要加热的物质放在水中，通过给水加热达到给物质加热的目的。一般都把要反应的物质放在试管中，再把试管放在装有水的烧杯中，再在烧杯中插一根温度计控制反应温度。水浴加热的优点是受热均匀，避免了直接加热造成的加热过度剧烈与温度的不可控制，可以平稳地加热，但加热温度最高只能达到100℃。

⒙ 作水封

在化学实验室中，有些化学药品在空气中易变质或挥发出有害物质污染环境，如果这类物质不与水发生反应且密度比水大，则可用水来保存，以减少药品的损失或污染。例如：白磷、液溴、水银、二硫化碳等药物的保存，通常是向药品中加少量蒸馏水，通过用水覆盖药品而隔绝空气，防止药品氧化变质或减少挥发。

在苯制取的溴苯和硝基苯中，往往在实验后向产物中加入少量水进行封存，目的是为了减少反应产物的挥发，防止其污染空气；也可以使产物中残存的Br2和N02溶解在水中，减小有颜色的杂质对反应产物颜色的干扰。

⒚ 作粘附剂

在过滤实验中，用水润湿滤纸，使滤纸紧贴漏斗，以赶走滤纸与漏斗间的气泡，在NH4Cl与Ba(OH)2•8H20反应的实验中，把烧杯放在用水湿润过的玻璃片上面，由于反应吸热使水结冰，从而使烧杯与玻璃片粘附在一起。

⒛ 连接玻璃管

在化学实验中连接玻璃管和乳胶管（或橡皮管、橡胶塞等）时，由于干的玻璃管与乳胶管间的摩擦力较大，不易将乳胶管套到玻璃管上。因此，在进行这一操作时，可以先将玻璃管在水里蘸一下使玻璃管润湿，再稍用力就很容易把乳胶管套上。

总之，以上水的诸多应用主要是利用水的物理性质（如极性、比热、沸点、密度、润湿性等）、相关化学性质及物质与水作用产生的某些特殊反应，结合化学仪器的构造特点和物理学的气压原理的创造性成果。了解这些作用有利于全面了解水的用途，也有利于把分散的知识条理化。

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