电池用水基本知识

电池用水基本知识

水是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体。水是最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。

1水的来源

地球是太阳系八大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧，目前有几十种不同的水形成学说。有观点认为在地球形成初期，原始大气中的氢、氧化合成水，水蒸气逐步凝结下来并形成海洋；也有观点认为，形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。另外的观点认为，原始地壳中硅酸盐等物质受火山影响而发生反应、析出水分。也有观点认为，被地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源，甚至现在地球上的水还在不停增加。

2水的性质

水在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界，纯水是非常罕见的，水通常多是酸、碱、盐等物质的溶液，习惯上仍然把这种水溶液称为水。纯水可以用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得，当然，这也是相对意义上纯水，不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。固态的水称为冰；气态叫水蒸气。水汽温度高于374.2℃时，气态水便不能通过加压转化为液态水。

在20℃时，水的热导率为0.006J/s•cm•K，冰的热导率为0.023J/s•cm•K，在雪的密度为0.1×103kg/m3时，雪的热导率为0.00029J/s•cm•K。水的密度在3.98℃时最大，为1×103kg/m3，温度高于3.98℃时，水的密度随温度升高而减小，在0～3.98℃时，水不服从热胀冷缩的规律，密度随温度的升高而增加。水在0℃时，密度为0.99987×103kg/m3，冰在0℃时，密度为0.9167×103kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

水的热稳定性很强，水蒸气加热到2000K以上，也只有极少量离解为氢和氧，但水在通电的条件下会离解为氢气和水。具有很大的内聚力和表面张力，除汞以外，水的表面张力最大，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。纯水有极微弱的导电能力，但普通的水含有少量电解质而有导电能力。

水本身也是良好的溶剂，大部分无机化合物可溶于水，在-213.16℃，水分子会表现出现厌水性。

3水对地理的影响

地球表面有71%被水覆盖，从空中来看，地球是个蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤，冲淤河道，搬运泥沙，营造平原，改变地表形态。

地球表层水体构成了水圈，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分，加上常年的积累和蒸发作用，海和大洋里的水都是咸水，不能被直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大的咸水湖。

地球上水的体积大约有1360000000立方公里

海洋占了的1320000000立方公里(或97.2%)。

冰川和冰盖占了25000000立方公里(或1.8%)。

地下水占了13000000立方公里(或者0.9%)。

湖泊，内陆海，和河里的淡水占了250000立方公里(或0.02%)。

大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了13000立方公里(或0.001%)。

4水的种类

不同的学科对水有着一些不同的称呼：

根据水质的不同，可以分为：软水：硬度低于8度的水为软水。硬水：硬度高于8度的水为硬水。硬水会影响洗涤剂的效果，硬水加热会有较多的水垢。

饮用水根据氯化钠的含量，可以分为：淡水和咸水。

此外还有：生物水：在各种生命体系中存在的不同状态的水。

天然水：

土壤水：贮存于土壤内的水

地下水：贮存于地下的水

超纯水：纯度极高的水，多用于集成电路工业

结晶水：又称水合水。在结晶物质中，以化学键力与离子或分子相结合的、数量一定的水分子。

重水的化学分子式为D2O，每个重水分子由两个氘原子和一个氧原子构成。重水在天然水中占不到万分之二，通过电解水得到的重水比黄金还昂贵。重水可以用来做原子反应堆的减速剂和载热剂。

超重水的化学分子式为T2O，每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。超重水在天然水中极其稀少，其比例不到十亿分之一。超重水的制取成本比重水还要高上万倍。

氘化水的化学分子式为HDO，每个分子中含一个氢原子、一个氘原子和一个氧原子。用途不大。

因为硬度和含盐量可以表征水受矿物质污染的程度，因此一般按照这两个指标对水进行分类。

1）按硬度的大小可以将天然水分为极软水、软水、中等硬度水、硬水和极硬水五类。划分标准为硬度在1.0mmo/L以下的为极软水，在1.0mmo/L~3.0mmo/L之间的为软水，在3.0mmo/L~6.0mmo/L的为中等硬度水，在6.0mmo/L~9.0mmo/L的为硬水，大于9.0mmo/L的则为极硬水。

2）按含盐量的高低可以分为低含盐量水、中等含盐量水、较高含盐量水和高含盐量水四类。划分标准为含盐量小于200mg/L的为低含盐量水、含盐量在200mg/L~500mg/L之间的为中等含盐量水，含盐量在500mg/L~1000mg/L之间的为较高含盐量水，含盐量大于1000mg/L的为高含盐量水。

5地下水的分布

地下水按照深度划分，可分为表层地下水、层间水和深层地下水。表层地下水主要包括土壤水和潜水，是地层中不透水层以上的地下水。这部分地下水与外界环境的联系比较多；层间水是在不透水层以下的中层地下水，是由于降水和地表水经过长途渗流进入地下而形成的水层，通常称为地下水。深层地下水基本与外界隔绝，工业上一般不进行开采。在矿井、油田开采出的水，就属于深层水。

因为层间地下水经过了深层过滤，而且贮存环境稳定，因此，其水质一般变化不大，其水质主要与地下的地质条件有关。总体来说，层间地下水有以下特征：水质稳定，透明，几乎没有悬浮物、有机物和细菌。由于地下水长期与石灰石、石膏、白云石、菱镁矿、硅酸盐和硅铝酸盐等矿物质接触，所以大量的Ca2+、Mg2+、Na+、Si等元素溶入水中，各种盐类、胶体硅、铁、CO2等含量一般比地表水高。大部分地下水的含盐量在100mg/L~5000mg/L之间。即文献介绍，某地井水的含盐量甚至高达167mmol/L。

天然水中的杂质种类很多，但在一般情况下，都是十几种元素所组成的一些常见各类化合物；只有少量的杂质以单质或者其它更为复杂的化合物形态存在于水中。杂质在水中有各种存在形态，因为同一分散体系的杂质其处理工艺往往相同，所以在水处理中常用杂质的分散体系对杂质进行分类。分散体系是以杂质颗粒大小为基础建立的，按照杂质的颗粒半径由大到小将杂质分为悬浮物、胶体和溶解物质三部分。

6与水相关的化学反应

水的电离与溶液pH值

水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离:H2O+H2O↔H3O++OH-通常H3O+简写为H+

水的离子积Kw=[H+][OH-]

25度时，Kw=1×10-14

pH=－log10([H+])

pH<7，溶液为酸性，pH=7，溶液为中性，pH>7，溶液为碱性。

能溶于水的酸性氧化物或碱性氧化物都能与水反应，生成相应的含氧酸或碱。酸和碱发生中和反应生成盐和水。水在电流的作用下能够分解成氢气和氧气。碱金属和水接触会发生燃烧。

在催化剂的作用下，无机物和有机物能够与水进行水解反应：

有机物的水解：有机物分子中的某种原子或原子团被水分子的氢原子或羟基(-OH)代换，例如乙酸甲酯的水解：

无机物的水解：通常是盐的水解，例如弱酸盐乙酸钠与水中的H+结合成弱酸，使溶液呈碱性：

此外，水本身也可以作为催化剂。

水中的主要溶解物质包括无机盐和气体两类。

无机盐溶于水后会发生电离而形成离子态的杂质，包括阳离子和阴离子。常见的阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Al3+等，阴离子有Cl-、F-等。

常见的气体杂质包括O2、CO2、H2S、SO2、NH3等。

天然水中主要的离子来源于水流经的地层、土壤等溶解的某些矿物质，如石灰石、石膏（钙离子、碳酸根、硫酸根离子来源之一），白云石、菱镁矿（是镁离子的主要来源之一）；还有某些钠盐矿、钾盐矿（是钠离子、钾离子的主要来源）以及土壤中富含的铝化合物和硅化合物（是铝和硅的主要来源之一）。

在天然水中，特别是低含盐量的淡水中，含量最大的常常是碳酸盐。碳酸是由二氧化碳与水化合生成的，碳酸的电离平衡是天然中最重要的平衡之一。

地表水的CO2主要来自水体或者泥土中所含有机物的分解和氧化。因为土壤中存在着有机物（生物）的呼吸作用，所以土壤水中的CO2浓度要比大气中的浓度高出几百倍。地下水中的二氧化碳主要来源于地层深处碳酸盐类进行的化学反应，典型的化学反应式是：Ca(HCO3)2=Ca2++2CO2↑+2H2O

水中的二氧化碳来自大气的溶解是错误的，因为大气中CO2的体积分率只有0.03%~0.04%，在水中的溶解度仅为0.5mg/L~1mg/L。而天然水中的CO2含量一般是几十到几百mg/L，因此，水中的CO2不可能来自大气的溶解，相反水中过饱和的CO2会释放到大气中。二氧化碳溶于水后形成碳酸，碳酸是二元酸，在水中可以形成两种酸根，碳酸在水中有以下形式：

1）溶于水的二氧化碳分子；通常写作CO2(aq)；

2）碳酸分子；即H2CO3

3）碳酸氢根；

4）碳酸根；

6工业纯水的纯度：

各种方法所的精制水的电导率及电阻率（25℃）

精制方法--电导率（μs/cm）--电阻率Ω.cm

普通蒸馏水--10μs/cm--100000Ω.cm(0.1MΩ)

玻璃容器一次蒸馏--2μs/cm--500000Ω.cm(0.5MΩ)

玻璃容器三次蒸馏--1μs/cm--1000000Ω.cm(1MΩ)

石英容器三次蒸馏--0.5μs/cm--2000000Ω.cm(2MΩ)

石英容器二十八次蒸馏--0.063μs/cm--16000000Ω.cm(16MΩ)

各种纯水电导率（25℃）

水质比较--电导率（μs/cm）--所对应的含盐量mg/l

纯水--≤10μs/cm--2--5mg/l

非常纯水--≤1μs/cm--0.2-0.5mg/l

高（超）纯水--≤0.1μs/cm--0.01-0.02mg/l

理论纯水--≤0.0546μs/cm--0.00mg/l