水的生活化学
Live Chemistry of Water
? 水与日常生活
? 水的净化与优化
? 饮料
? 水资源的开发与利用
1 水与日常生活
地球形成的初期，大规模的火山爆发释放出
大量挥发性气体，这些气体的主要成分是水蒸气
(约占 75％以上 )、二氧化碳、氮和其它微量气体。
水蒸气凝结为液态的水汇聚在地壳表面的低洼处，
便形成了现今地球上的海洋和天然湖泊。对于活
的有机体的生存来说，水是关键性的，人不吃饭
可以活两个多月，而不喝水只能活几天。
1.1 活的有机体中水的分布与生物学功能
有机体 含水量 (％ ) 有机体 含水量 (％ )
海生无脊椎动物 97 鱼 82
人胎儿 (1月 ) 93 瘦肉 76
成年人体 70 水果 80
细胞原生质 80 蔬菜 89
体液 95 黄瓜 95
神经组织 84 土豆 75
哺乳类动物 65 陆地草类植物 80～ 90
牛奶 88 乳酪 35
人体中水的分布
细胞中的水
占体重的 40％
细胞外的液体占体重的 15％
血浆 中的水占体重的 5％
水有许多生物学上的功能
① 水在消化和新陈代谢的化学反应中起着很大用,
水通过血液将营养和氧气输送到细胞，并从细胞
中把废物带走。
没有水，我们将被自己体内的废物毒杀。
② 水有保持溶解状态的钠和钾的能力，这对传送
电脉冲使肌肉和神经活跃是不可缺少的，因此，水在
体液和细胞的酸碱平衡上起着主要作用。
③ 人体内到处无时不在进行的化学反应所释放的
热，在调节体温始终保持在 37℃ 中水起着主要作用。
④ 我们体内的水同时又是一个减震器，脑有液体
（大部分是水）包围着，它可免受震荡，同样人体的
骨骼、关节、器官和神经也有液体润滑，使我们在固
体的世界中生活时，身体不致因必须承受无数震荡而
受到伤害。
水就象自然界中的溪流和潮汐一样，流入、流过
而又流出。
那流动、润滑、温暖、消热的水，那溶解着又携
带着滋养我们的各种分子 (或离子 )的水，才是生命得
以生存的源泉。
趣题讨论：想想看饮水够量吗？
水有许多生物学上的功能, 对于人的生存来说, 水的
作用仅次于空气 。 然而大多数人都不知道自己每天应该
喝多少量的水, 事实上我们当中有许多人都在脱水状态
下生存着 。 水有许多生物学上功能, 如果饮水不够量,
那么人体的生理机能的每一部分都有可能受损害 。 现实
生活中就有许多人由于喝水不足量而导致脂肪堆积, 肌
肉松弛, 消化和其它器官功能下降, 体内毒素增加, 肌
肉和关节疼痛, 水的滞留量增加等等 。
人只有感到口渴了, 才会去喝水 。
那么人为什么会感到口渴呢？ 原来人体组织液中钠
离子浓度的正常值为 137毫摩尔 /升, 当体液中钠浓度比
正常值高 2毫摩尔 /升时, 就会有一种化学信号流经脑的
饮水中枢, 再由脑中枢向口和喉发出一种信号, 此时口
和喉的神经组织就会使我们感到口渴, 于是我们开始喝
水, 并使钠离子浓度恢复到正常值, 这样渴就解了 。
那么我们每天究竟需喝多少量水呢？这里有一个简
单的公式可以用于估算：一个不需剧烈运动的健康人，
每天的饮水量约为每公斤体重 33毫升水；而对于一个运
动员来说，每天的饮水量约是健康人的 4/3倍。这样，一
个健康人每天至少需要喝 8~10杯水，每杯水约 230毫升。
体胖者每超出理想体重 11公斤，就应该比正常的健康人
多喝一杯水。
O
1.2 水的结构和特性
H H
0.096 nm
105°
?-
?＋
水的结构（水蒸气中）
氧原子的电负性比氢原子的电负性大，每个 O－ H共
价键都是极性的，而水分子的, V”形结构使得整个分子
呈现极性，其中氧分子在负极一端，氢原子在正极一端 。
在水中，氢和氧的电负性之差很大，使得 H2O中的
成键电子显著偏离氢原子，因此 H2O分子中体积很小的氢
原子几乎就象赤裸裸的质子，这种氢原子就能被另一个分
子内的氧原子所吸引，即形成氢键。
氢键才决定了水具有异常特性，如高的熔点与沸点，
高的气化热、溶化热与比热等。
氢原子
氧原子
水分子中氢键的形成
化合物 分子量 熔点 熔解热 沸点 蒸发热 偶极矩
(℃ ) (kJ.mol-1) （ ℃ ） (kJ.mol-1) (dB)
H2O 18 0.0 6.02 100 40.67 1.84
H2S 34 -85.5 2.38 -60.3 18.66 1.10
H2Se 81 -65.7 2.51 -41.3 19.33 0.4
H2Te 130 -51 4.18 -2.2 23.22 <0.2
表 4-2 水及同水结构类似的物质特性
水的熔点 0℃ 和沸点 100℃ 在常温附近，用一般的加
热或泠却方法就很容易实现，因此人类常常利用水的固、
液、气三态变化来转换能量。
水的高气化热,高比热 —— 调节有机体的体温
水的高熔化热,冬季冰的形成和春天冰的熔化都很
缓慢,春天冰熔化时不会发生灾难性洪水
水能储存大量的太阳能，这对当地的气候具有调节
作用。
冰中的水分子内
O—H 键长 0.099 nm，增大
键角 109 ° 30’，四面体角，增大
冰晶体结构：键长比液态和气态水大，键角也大
（四面体角） —— 分子间保持着较大的空隙，使得冰的
密度小于液态水，天然水体在冬季能形成表面冰盖，并
起到绝热作用，对于地球上生物进化有极大作用。
水凝结成冰晶体时膨胀可以破坏或杀死细胞，因此
在日常生活泠冻食品时，泠冻速度越快，冰晶体形成得
越少，食品细胞结构损坏得越少。
—— 速冻食品
趣题讨论 2：奇异的二聚水？
20世纪 60年代末, 太平洋中部赤道附近的一个圣诞岛
上出现一种奇特的现象：天空阳光灿烂, 但太阳光却疲
软无力, 弱不灼人, 仿佛在清澈透明大气中有一道神秘
的屏障阻挡了太阳光灼人的热气, 神秘屏障 —— 二聚水 。
水蒸气不能吸收太阳光中的红外线, 而由两个水分子靠
氢键形成的水分子即二聚水, 它绕氢键旋转所需的能量
恰好是红外线光子的能量, 二聚水分子的运动吸收太阳光
中的红外线, 使得天空中灿烂的太阳光显得疲软无力 。 生
活空间中二聚水的含量极其低微, 而赤道海洋上空的潮湿,
炎热环境为二聚水的产生提供了有利的条件 。
二聚水这种能够吸收红外线的奇异作用有朝一日将被
人类用于调节气候 。
趣题讨论 3：为什么人的正常体温是 37℃？
正常体温口温为 37℃, 直肠温度约高 0.6℃, 腋下温度
约低 0.5℃, 而皮肤的温度则与气温有关 。 1天之内, 体温
可波动 1℃, 早晨 4～ 6点钟最低, 晚上 6～ 8点钟最高 。
当人裸体处于 12℃ 至 67℃ 气温下, 仍可保持体内温度
恒定在 37℃ 。 水在人体内犹如一个大的蓄热器, 当人体
过热时, 控制体温的中枢神经发出出汗指令, 刺激汗腺出
汗带走体内大量的气化热；同 时抑制下丘脑后部的交感神
经 中枢, 消除皮肤内血管的收缩, 促使皮肤迅速散热 。
外界寒泠时, 体内的水分起保温作用, 同时由于人体过
泠, 血管收缩, 出汗停止, 下丘脑发出寒颤, 促进去甲
肾上腺素和肾上腺素的分泌, 使细胞加快代谢速度产生
热量 。 在体温自我调节过程中, 水的高气化热和高比热
起重要作用 。
2 水的净化
2.1 水污染
CO2 ＋ H2O ??? H2CO3
来自腐烂的树叶 来自雨水 碳酸弱酸性溶液
暂时硬水的形成
H2CO3 ＋ CaCO3 ???Ca(HCO3)2
石灰石 暂时硬度
地下含铁化合物的沉积物使得某些矿泉水中含离子,
离子与热水作用生成水合氢氧化铁：
Fe3+(aq) + 3 H2O ??? Fe(OH)3? + 3 H+(aq)
浴缸或衣服上一种难以去除的铁锈斑迹的形成：
水污染主要来自农场, 生活下水道, 工业排放水以
及酸雨等 。 据称, 目前全世界每年约有 4200多亿立方米
的污水排入江河湖海, 污染了 55000亿立方米的淡水,
占全球径流量的 14％ 以上, 水资源受到严重的污染 。
食物链是水的另一个污染源。低级生物被高级生物食
用，食者与被食者之间一个环节一个环节地逐级相连，构
成链状的系列，即称食物链。
食物链的一种突出的特性就是富集作用。某些重金属
元素或其它有毒物质在水中的浓度并不高，但食物链的选
择性富集作用使得这些毒物可能达到很高的浓度，从而产
生有害于机体的作用。
例如,DDT(二氯二苯代三氯乙烷 ) 及其多数同类物均
有持久性杀虫能力，它不在环境内降解，而在脂肪组织内
的溶解度却很高，因此容易在食物链内富集。 大气中的
杀虫剂 DDT的浓度只有 0.000003 ppm，而降落在海水中，
在浮游生物体内浓度将富集达到 0.04 ppm，小鲦鱼吞食后
可以富集到 1 ppm，取食小鲦鱼的海鸥竟使 DDT浓度达到
75 ppm。对于原有浓度来说,DDT已经 富集 了约 2500万
倍以上。
汞 (Hg)在食物链中的富集现象如图 4－ 8所示。全世界每
年大约开采 10,000 吨汞，大约有 5000 吨汞被流失掉。汞
在细菌的作用下会生成有机汞 (如二甲基汞 )，二甲基汞的
毒性比汞强，更容易富集于脑部并在其中长期滞留。当脑
中二甲基汞浓度达到 5 ppm 时，便产生汞中毒症状，达到
12 ppm 时可以致死。
浓度
陆地 捕食鸟 人类
大鱼
水 小鱼
小水生动物
细菌
泥浆 水中 Hg(CH3)2
细菌
Hg
图 4－ 7 食物链中汞的富集 ppb ? 十亿分之一
0.1ppb
5 ppb5
25 ppb
50 ppb
500 ppb
1 ppm
类 型 实 例
1 耗氧废物 人和动物排出的废物, 腐烂的动植物
2 传染体 细菌和病菌
3 淤泥 大地被侵蚀所形成悬浮矿物质颗粒
4 工业肥料 硝酸盐, 磷酸盐
5 有机产物 酚类化合物, 有机农药, 有机酸碱,
洗涤剂, 取代苯类化合物, 多氯联苯
和稠环芳烃
6 无机有毒物品 Hg,Cd2+,CN－, As,Cr2O72－
7 热污染 工业用泠却水
8 放射性物质 铀矿开采, 选矿和精炼废水, 人工放
射性废水, 核爆炸产物
表 4－ 4 水污染物的类型
（ 1）洗涤剂
ABS：支链烷基苯磺酸盐
不能被生物所降解，即细菌不能将这种有机阴离子
分解为简单的物质，因此它将永远停留在水中，使得河
道和污水处理池泡沫堆积如山。
LAS：直链烷基苯磺酸盐
容易被需氧细菌所降解的洗涤剂 ——新一代洗涤剂。
化学家对这个洗涤剂的结构进行了修改。
（ 2）杀虫剂
1939年化学家发现了一种杀虫剂 DDT。 它对多种
致病害虫与昆虫都非常有效, 被广泛用来扑灭以虱和
蚊为媒介的流行病如斑疹伤寒和疟疾, 它流入到江河
湖海里 。 DDT及其多数同类物有持久性杀虫作用, 它
不能很迅速地被动物代谢, 其半衰期约为 8年 。 DDT易
在食物链内富集, 给某些食肉动物如鹰及鹗带来了灾
难：影响鸟体内调节钙代谢的分子, 使得鸟下的蛋很
容易破碎, 幼鸟成活率急剧下降, 某些地方的鹰, 鹗
几乎完全灭绝 。
（ 3）有毒微量元素
环境中有些元素，即使浓度很低时对生命形态也具有
毒性，尤其是重金属元素。重金属元素污染有以下特点：
(a) 在天然水中只要有微量浓度即可产生毒性；
(b) 不能被微生物降解，相反可在微生物作用下转化
为金属有机化合物产生更大的毒性；
(c) 在人体内某些器官内蓄积，导致慢性中毒；
(d) 可经过食物链途径富集。
一旦进入环境就难以净化。
表 4-5 有毒微量元素的主要来源及对人体的危害性
元 素 主要来源 对人体的危害性
铅 含铅汽油、涂料,低水平恶心、贫血、神经炎 (头晕、
工业废水 头疼、烦躁、失眠、记忆力衰退 )、
肾炎、大剂量造成脑损伤。
汞 电化学工业,低水平手足麻痹，神经紊乱，大剂
有机汞杀菌剂 量有机汞造成脑损伤，并可致死。
镉 电镀废水、铜,饮用 0.1毫克 /升水引起贫血、肝病
锌、铅矿的开采 以致死亡，骨骼变异症。
与加工
铍 煤炭燃烧，核燃 即使低水平，长期接触可造成肺部
料加工，某些火 损伤，也可致死。
箭燃料
对人体的危害性
砷 煤炭燃烧，磷酸盐的 慢性中毒如肝、肾炎，神经麻痹
杂质，硫化矿的加工 和皮肤溃疡，大剂量引起肠胃的
工业废水 失常致死，少量也可能致癌。
铬 电镀、染色、制革,肠胃粘膜炎、致癌，摄入量达每
照相材料、颜料等 公斤体重 2.5毫克时发生毒物性肾
工业废水 炎及尿毒症致死。
铜 矿山排水，电化学 每日 100毫克引起腹痛、呕吐，
工业废水 长期过量造成肝硬化 。
生活或工业废物最严重的影响是增加天然水源的生化
耗氧量 (BOD)，因为需氧细菌利用氧气使污水里的复杂有
机物降解成为简单物质的过程中，降低了水中的溶氧量。
我国饮用水源符合饮用水卫生标准的仅占 10％，基本符合
的约占 20％，不符合的高达 70％。在一些饮用地下水的城
市里,90％的地下水受到不同程度的污染。全国 532条河
流中已有 436条河流受到不同程度的污染，湖泊受污染达
到高富营养化水平 的占全部湖泊的 63.6％，人口密集地区
的湖泊与水库几乎全部受到污染。
趣题讨论 4-4：水质与人体健康
1953年年底在日本的水俁村，发生了一种以特异性神
经障碍为主的怪病。最初发生这种怪病的是一名小女孩，
她手足拘挛，怪声叫喊而死。 当时人们根本就搞不清这
是怎么一回事，在她的死亡诊断书上只好写上, 小儿麻痹,
的死亡原因。 这种病的发病非常缓慢，没有前驱症状，
也没有发热，有时会在喝酒后发作。 患者一开始四肢末
端有痛麻感觉，接着不能紧握东西，甚至不能系上或解开
纽扣,走路不能跑，而且容易绊跤,说话也会变得娇
声娇气,此外患者还出现视物不清, 耳朵发背, 吞饮困难
等现象 。 1953年发这种怪病的共有 116人, 其中 43人死亡 。
到 1956年 5月, 水俁地区发生了更多类似上述症状的
怪病, 人们便开始怀疑这是一种污染病, 同时开始追查这
种怪病的病因 。 经过多方面的共同努力, 人们终于发现,
这种病的元凶是一家氯乙烯工厂 （ 在生产过程中使用氯化
亚汞作为催化剂 ） 排放的污水中的甲基汞, 甲基汞污染
了鱼, 贝, 使该污水流过的河道里的鱼, 贝的含汞量高达
9 ppm ~ 24 ppm，人们大量食用被污染的鱼、贝，从而
导致甲基汞中毒（汞中毒死亡者的肝脏中含汞高达
20ppm ~ 70.5 ppm）。
后来这种病被命名为, 水俁病, 。
在我国福建省清流县的高坂村，过去，总共有 10户人
家,49口人，其中男性 20人，女性 29人，他们都是 1965年
泉州兴建, 惠女水库, 时迁入的，在落户的 20多年间，全
村出生的婴儿全部都是女婴。最有趣的是 1975 年全村连生
7 个女婴，村民们哭笑不得，人们戏称, 七仙女, 下凡。
高坂村一就成了远近闻名的, 女儿村, 。无独有偶，在英
国威尔士北部有一个名叫达姆威士村镇，有一段时间内出
生的婴儿也全都是女孩。这到底是怎么回事呢？
科学家们对当地的土壤、水质、食物进行了取样分
析，同时对村民的身体进行了全面检查，终于找到了原
因。原来这个村庄的水源已被金属镉 (Cd)严重污染，使
得这里的村民体内镉的含量大大超过了正常人体内镉的
含量，即镉中毒。
为什么饮水中镉的含量特别高就会只生女不生男呢？
科学家们通过实验证实：在猪和老鼠的饲料中加入一定
量的镉，结果其子代雄性出生率下降，而雌性出生率则
明显上升。
水质中汞的污染会对人类健康带来危害，而重金属
镉的污染也会危害人类。
2.2 水的净化
① 悬浮物的清除
水停留在贮存池或通过一连串沉降槽中自然沉降 ——
沉积。
非常小淤泥 胶状悬浮体（稳定分散 ）
胶凝方法 天然水中的自然胶体大多数带有负电荷
带正电荷胶体 同时聚沉
常用的胶凝剂
? 明矾, [KAl(SO4)2, 12H2O或 K2SO4,Al2(SO4)3,24H2O
Al2(SO4)3(aq) ?? 2Al 3+ (aq) ＋ 3SO42-(aq)
2Al3+(aq) ＋ H2O ?? Al (OH) 2+(aq) ＋ H+ (aq)
Al (OH) 2+(aq) ＋ H2O ?? Al (OH) 2+(aq) ＋ H + (aq)
Al(OH)2+ (aq) ＋ H2O ?? Al(OH)3(s) ＋ H + (aq)
?[Al(OH)3]mnAl 3+,(3n/2-x)SO42-? 2x-,x SO42-
一般用量为 0.001～ 0.02％
? 水合硫酸铝, Al2(SO4)3.18H2O
有效剂量为 20～ 100mg/L
pH = 5.5以下时，表现为碱性：
Al(OH)3 ＋ 3H + (aq) ?? Al 3+ (aq) ＋ 3H2O
pH值在 7.5以上时，为酸性，有偏铝酸根 AlO2－ 生成：
Al(OH)3 ＋ OH－ (aq) ?? AlO2－ (aq) ＋ 2H2O
pH值近中性时使用。
? 碱性氯化铝 (PAC),[Al2(OH)nCl6-n]m n＝ 1～ 5,m?10
不仅能清除水中的悬浮物，显著降低水中粘土类杂
质，还能吸附水中微生物并使之沉降 。
新型胶凝剂有效剂量为 0.005～ 0.01％。
? 铁盐有机胶凝剂, Fe(OH)3 胶体
pH>6，铁离子与水中腐植酸反应生成溶于水的有色
化合物 。
? 高分子胶凝剂如聚丙烯酰胺,
[ CH2— CH ]n
?
CONH2
? 分子量都很高，主链很长，所生成的絮状体比无机胶凝
剂所形成的絮状体的沉降速度快，可提高胶凝沉淀设备
处理能力。
? 过滤：透过铺设在几层逐级加粗的碎石层上的沙层后，
使沉淀物逐渐沉积在沙子上形成一个薄层，从而达到
水的净化。
反冲 恢复滤料的净水能力
② 吸附与离子交换
? 活性炭吸附（颗粒状 ）：大量孔隙，比表面积高 。
? 作用：痕量氯或其它氧化剂,微生物,去味、去臭和
去除其它杂质。
2Cl2(aq) ＋ C(s) ＋ H2O ? CO2(aq) ＋ 4H+(aq) ＋ 4Cl-(aq)
? 特点：除氯能力非常大，去除水中有机物的能力有限
? 再生,1000℃ 高温
? 曝气法去除水中某些臭味杂质，如 H2S等。
? 离子交换树脂
一种不溶于水的具有网络结构的固体颗粒状高分子
共聚物，它能够从水中吸附某种阳离子或者阴离子，而
把本身所含的另外一种带有相同电荷的离子交换下，并
放出到水中去。
? 简单模型, 带电荷的海绵状,三维 空间网状结构 。
? 带有碱性交换基团：阳离子交换树脂
R≡NX R-NH2 R=NH R ≡ N
R ≡NH4+OH- R-NH3+OH- R=NH2+OH- R ≡NH+OH-
季铵基 伯胺基 仲胺基 叔胺基
(强碱 ) (弱碱 )
? 带有酸性交换基团：阴离子交换树脂
R－ SO3H R－ CH2SO3H R－ PO3H R－ COOH R－ OH
磺酸基 次甲基磺酸基 膦酸基 羧酸基 酚基
(强酸 ) (弱酸 )
2Na+… 沸石 ＋ Ca2+ ?? 2Na+ ＋ Ca2+… 沸石
硬水 软水
离子交换法去除水中的离子即可制得纯水 ——去离子水
第一柱,M+(aq)＋ HR(s) ?? MR(s) ＋ H+(aq)
第二柱,X-(aq) ＋ R?OH(s) ?? R?X(s) ＋ OH-(aq)
H+(aq) ＋ OH-(aq) ?? H2O
总反应：
M+ + X-+ HR(s) + R?OH(s) ?? MR(s) +R?X(s) + H2O
? 再生：用浓盐酸淋洗第一柱,H＋ 离子取代 金属离子。
用氢氧化钠溶液淋洗第二柱, OH-取代阴离子,
? 特点：去离子水的电导仅为普通蒸馏水电导的 1/10 。
趣题讨论 4-5：石头具有保健功能吗？
你见过形状如饭团一样, 质地十分疏松的石头吗？
它的俗名叫作做, 麦饭石, 因其具有保健功能, 被誉
为, 保健石头, 。 它是我国特有的瑰宝, 分布在我国
北部和中部地区, 尤其以内蒙古自治区奈曼旗平顶山
的麦饭石的质量为最优, 其储量估计约 1700万吨 。
麦饭石为什么具有保健功能呢？ 原来麦饭石中含有
59种元素, 其中 18种元素是人体所必需的微量元素,
如钾, 钠, 钙, 镁, 硅, 铝, 铁, 锌, 铜锰等元素,
这些天然营养元素对改善人体进状况具有一定的作用 。
当采用麦饭石处理水时, 它能吸附水中的有机物和无
机物, 与水中离子进行离子交换, 除去水中对人体健康有
害的物质, 如铬, 镉, 铅, 汞, 氰化物等, 同时释放出对
人体健康有益的微量元素, 从而发挥出保健功能 。
用麦饭石水制成的酒, 醋, 酱油, 可口饮料等有味道
好, 杂质少等优点；用麦饭石浸出液制成的化妆品不含铅,
汞, 砷等有害物质, 而它所含的微量元素能促进皮肤血液
循环, 调节新陈代谢, 提高皮肤弹性, 使皮肤丰满而富有
活力, 从而延缓皮肤衰老, 增进皮肤的健美等 。 因此, 麦
饭石被誉为, 保健石头, 不足为奇 。
③ 蒸馏与反渗透法
蒸馏：古老的方法, 太阳能蒸馏器的蒸馏技术 。
反渗透：通过反渗透膜把水 (溶剂 )从溶液中分离出来的
一种方法 。
应用,海水淡化, 硬水软化以及维生素, 抗菌素等的
浓缩等 。
渗透,水透过半透膜向溶液方向迁移的现象 。
动力 —— 渗透压
反渗透：溶液上方外加压力大于水的渗透压, 水从溶
液中向纯水方向迁移, 此过程称为反渗透 。
? 关键技术：一种强度足以经受所需高压同时又不能让
盐水中离子透过的薄膜 (半透膜 )。
? 膜材料的特点：对水的渗透性大, 对水中的各种溶质
渗透性小并易于成膜等 。
? 半透膜：高分子材料 —— 醋酸纤维素, 芳香聚酰胺
及其共聚物, 磺化聚苯醚, 磺化聚砜等 。
? 制备方法：以高氯酸镁 [Mg(ClO4)2]和水的溶胀剂加到
以丙酮为溶剂的醋酸纤维素溶液中, 混合
均匀制成膜溶液, 再将膜溶液进行加压过
滤, 静置脱泡之后, 在成膜机上制备的 。
? 膜的构造及特性
? 醋酸纤维素膜：不对称膜, 膜的厚度为 100?m左右,
膜分为两层 。
? 表面是致密层：一般为 0.2～ 0.8?m厚, 其微孔的孔
径小于 0.005?m,孔隙率 12％ 。
? 下面为支持层：其孔径为 0.04?m左右, 孔隙率为 60％ 。
? 膜的特性：
膜表面的致密层的微孔非常小, 选择性吸附水分子,
排斥水中溶质分子 (如盐, 细菌等 )及颗粒；
另一面是厚而孔径较大的多孔层, 水能顺利透过 。
? 效果
? 一价离子的去除率在 90％ 以上；
? 二价离子的去除率在 95％ 以上 。
将近 95％ Na+,98％ 以上的 Ca2+和 Mg2+,95％ Cl-，
S 和 P 的去除率可达 99 ％ 以上 。
? 分子量大于 150 的化合物均易去除 。
④ 消毒：氯消毒, 臭氧消毒和紫外线消毒 。
? 氯消毒
Cl2 ＋ H2O ＝ HOCl ＋ H+ ＋ Cl-
次氯酸
HOCl ＝ H+ ＋ OCl-
次氯酸根
消毒机理,HOCl是中性分子，扩散到带负
电的细菌表面，穿透细菌的细胞膜而进入细
菌内部，氯原子的氧化作用破坏了细菌某些
酶系统，从而导致细菌死亡。
? 去除水中剧毒的氰化物 (CN - 离子 ):
10OH- + 2CN- + 5Cl2?? N2＋ 2HCO3 - + 10Cl-+ 4H2O
? 加氯前或后, 加入少量氨或铵盐, 即生成氯胺：
NH3 ＋ HOCl ＝ NH2Cl ＋ H2O 一氯胺
NH3 ＋ 2HOCl ＝ NHCl2 ＋ 2H2O 二氯胺
或 NH2Cl ＋ HOCl ＝ NHCl2 ＋ H2O
NH3 ＋ 3HOCl ＝ NCl3 ＋ 3H2O 三氯胺
或 NH2Cl ＋ 2HOCl ＝ NCl3 ＋ 2H2O
? 氯胺在水中缓慢分解释放出 HOCl分子
? 漂白粉常用氧氯化钙, CaOCl2。 消毒作用是它能与水
反应生成次氯酸 (HOCl)：
CaOCl2 ＋ 2 H2O ＝ Ca（ OH） 2 ＋ 2 HOCl ＋ CaCl2
1～ 2 ％ 水溶液
? 水中的漂白粉味实际上是氯酚的气味, 它在浓度仅为
十亿分之一时就能被感知 。
? 次氯酸钠 在水中分解生成次氯酸而起消毒作用：
NaOCl ＋ H2O ＝ HOCl ＋ NaOH
? 臭氧 (O3)消毒：
特别强烈的氧化剂, 杀菌作用比氯快 15～ 30倍, 臭
氧不仅杀菌效果好, 而且可除去水臭还能降低水色, 以
及 Fe / Mn等 。
? 制臭氧方法：
高压放电
3O2 ?????? 2O3
或紫外线
? 所需设备较复杂, 基建费用大, 成本较高 。
紫外线杀菌机理是：微生物的蛋白质和核酸吸收紫
外光能量, 导致蛋白质变性而引起微生物 （ 细菌等 ） 死
亡 。
光波长为 490-140nm时具有杀菌能力, 最佳 260nm
紫外线消毒时间短, 杀菌力强, 易控制, 没有持续
时间能力, 灯管寿命短, 成本高 。
城市水处理厂, 其生产过程包括沉淀, 胶凝, 过滤
,曝 气, 消毒等 。 若要生产饮料用水或纯水需再采用离
子交换法或反渗透法 。
2.3 水的优化
矿泉水来自地下 迟缓循环带, 存在于流动的深部地
区约 500 ～ 600 米深处, 有 大构造破坏 时达 1000 ～ 2000
米 (热水 ),它经过复杂的动力作用, 岩层中的盐分以很
慢的速度被冲刷溶解, 水的成分能长期保持恒定, 它是
淤泥沉积到岩层成岩作用各阶段的残留水, 或者是渗透
到岩层裂隙和孔隙中去的 封存水 。 因此矿泉水是被 自然
界矿物质所优化的水 。
碳酸氢盐型, HCO3-的毫摩尔数大于 25％, 这一类
又可分钠质泉 (Na>25%毫摩尔 ),钙质泉 (Ca>12.5％ 毫摩
尔 ),镁质泉 (Mg>12.5％ 毫摩尔 )。
氯化物型, Cl的毫摩尔数大于 25％, 可分为钠质泉
,钙质泉, 镁质泉 。
硫酸盐型, SO4的毫摩尔数大于 25％, 可分为钠质泉
(Na>50％ 毫摩尔 ),钙质泉 (Ca>25％ 毫摩尔 )和镁质泉
(Mg>25％ 毫摩尔 )。
成分复杂的矿泉水, 又可分为氯化物碳酸盐性泉,
硫酸盐碳酸盐泉和氯化物硫酸盐泉 。
含生物活性离子的矿泉水,Fe >10mg/L,As：
1mg/L,Br,25mg/L,I,10mg/L,Li,5mg/L。
含气体的矿泉水，可分为碳酸水（含游离 CO2）
、硫化氢水（含游离 H2S）和放射性水（含氡）。
? 人工矿泉水是用优质泉水或地下水进行人工矿化而
制得的 。 人工矿泉水的生产方法有两种 。
(1)直接溶化法, 即在天然水中添加碳酸氢钠, 氯化
钙, 氯化镁等无机盐类, 再充以二氧化碳；
(2)二氧化碳浸蚀法, 即在压力下使含 CO2的原料水作
用于碳酸碱土金属盐, 使其转化为碳酸氢盐溶解于水中
,含碳酸氢根阴离子的矿泉水属于营养学上的, 碱性饮
料, 。
用麦饭石也可制得优质矿泉水 。
磁化水：水在磁力线的作用下, 原先缔合的水分子
团发生解离变成单个水分子, 这种水与生物细胞内的水
十分接近, 有很大亲合性, 能被动植物细胞吸收, 因而
被称为, 活性水, 。 长期饮用磁化水, 对肾结石, 甲状
腺机能失调, 高血压等数十种棘手的疾病都有显著疗效
。
趣题讨论 4-6：水越纯越好吗？
近年来, 人们对饮用水要求越来越高, 蒸馏水, 纯
水, 太空水正式成为商品, 进入千家万户 。 但将纯水作
为基本的饮用水的做法是不科学的 。 天然水在自然界循
环过程中, 始终与大气, 土壤, 岩石等相接触, 致使天
然水中溶解或悬浮着各种各样的, 杂质,, 如钙, 镁,
钾, 钠, 铁, 锰, 碳, 氨, 硅, 铝, 磷及其他化合物,
还生活着许多微生物 (如各种菌类 ),天然水中的, 杂质
” 有许多是人体所必需的微量元素 。
水是人体获得微量元素的主要来源之一 。 人们如果
长期以纯水作为饮用水, 不仅无法从水体中获得人体所
需要的微量元素, 而且还会带走体内本身所含有的微量
元素, 这样就不利于健康, 因此饮用水并非越纯越好,
我们还是应该提倡多喝清洁的天然水 。 富含微量元素的
泉水还能用于治疗疾病 。
在我国内蒙古锡林部勒盟草原有一个泉水疗养院,
那里的泉水无色透明, 澄清不含异物, 有辣, 酸, 涩等
味道, 好像, 啤酒, 一样, 因此有人称它为, 啤酒泉,
。
“啤酒泉, 地处草原, 5公里以内无污染源, 它含有溴
,碘, 锌, 钼等 18种对人体健康必不可少的微量元素
和好些药物的主要成分, 它对胃, 肝, 眼等疾病以及
高血压病, 心脏病, 关节炎和贫血等有特殊疗效, 尤
其对消化系统的疾病有显著疗效 。
传说茶叶作为饮料始于公元 2737年前的 神农时代,
有, 神农尝百草, 日遭七十二毒, 得茶而解之, 之说 。
中华民族在茶的培育, 制造, 品饮, 应用, 及对茶文化
的形成和发展上, 为人类文明史留下了绚丽光辉的一页
。 茶仍是世界三大饮料之一, 全世界有 50多个国家种茶
,饮茶则遍及全球 。
3 饮料
茶是生活的享受, 健身的饮料, 友谊的纽带 。
O
OH
OH
O H
茶多酚（儿茶素）的结构式
茶叶含有 400多种化合物，最主要的有效成分为咖啡碱
，多酚类化合物（儿茶素、黄酮、花青素及酚酸类物质
等）、维生素（ B,C,A,E,K，高级绿茶中 Vc含量
高达 0.5％）,矿质元素（ P,K,Ca,Mg,Mn,Al,S,F,Se
等）、多糖类化合物,以及 25种不同的氨基酸。
茶多酚具有防止血管硬化, 降低血脂, 消炎抑菌,
防辐射, 抗癌变等多种功效 。
功效 作用机理
兴奋提神 茶叶中的咖啡碱等化合物能促进肾上腺体垂
体的活动，诱导儿茶酚胺的生物合成，从而
加快心血管系统的作用和效能。
利尿和解除疲劳 咖啡碱、可可碱以及芳香油的综合作用可以
提高尿液从肾脏中滤出率，由于茶的利尿作
用，使人体组织中的乳酸逐渐排出体外，从
而减少肌肉的疲劳感觉。
助消化作用 咖啡碱可以增强消化道 动，有助于食物消
化。多酚类化合物更能减少胃溃疡出血，保
护消化系统，发挥正常的消化功能。
功效 作用机理
消毒灭菌作用
儿茶素类化合物对伤寒杆菌，副伤寒杆菌，
葡萄球菌，金黄色链球菌，痢疾杆菌等多种
病原菌都有明显的抑制作用。
降血脂
抗动脉粥样硬化
绿茶具有降低血液中胆固醇的作用，还有软
化血管的功效。
降低血压
儿茶素类化合物对血管紧张素 I转化酶活性
有明显抑制作用，并能使血管壁松弛，增加
血管的有效直径，从而使血压下降。
降低血糖 茶叶中的复合多糖，儿茶素类化合物具有类
似胰岛素的作用，有明显的降糖效果。
抗衰老、抗癌变、
清除自由基
维生素 C、维生素 E具有增强抵抗力，延缓
衰老的作用，儿茶素类化合物具有明显的抗
氧化活性，可以消除自由基，阻断致癌物亚
硝胺的合成。
健齿防龋作用 多酚类化合物可以杀死齿缝中龋齿细菌，氟
化合物更具有健齿防龋作用。
明目作用 维生素 C可以防止白内障，维生素 A可预防
夜盲症。
对重金属毒
害的解毒作用
对水中的镉、钴、铜、镍、铅等重金属具有
非常彻底的吸附效果，茶汁能使汞离子沉淀。
茶对防辐射伤害, 减轻吸烟对人体的毒害, 预防体
内结石, 防止各种维生素缺乏等方面都具有明显而神奇
的作用 。
低温速溶茶晶来替代原有的茶叶 。
茶叶中有效活性成分作为医疗, 饮料, 保健品, 食
品添加剂等方面的主要原料, 其市场前景十分广阔 。
3.2 汽水
溶解 ?过滤 ?配制 ?精滤 ?混合 ?泠却 ?加气 ?装瓶 ?
CO2
检查 ?成品
① 桔子汽水 (芬达 )
原料 白砂糖 柠檬酸 糖精 苯甲酸钠 柑桔酱 桔子香精 水
配方 /kg 100 1.4 0.1 0.15 2 1.5 余量
含气量：容积倍数 1.5～ 2.5
② 可乐饮料
原料 白砂糖 苯甲酸钠 可口香精 可乐色素 水
配方 /kg 115 0.17 0.67 0.3 余量
含气量：容积倍数 3.5～ 4
③ 白柠檬汽水
原料 白砂糖 柠檬酸 苯甲酸钠 柠檬香精 水
配方 /kg 90-120 1.25-3.1 0.15 0.75-1.5 余量
含气量：容积倍数 3.5～ 4
CO2的作用：
（ a） 清凉作用
H2CO3 ＝ CO2? ＋ H2O CO2 逸出把热带出来；
（ b） 阻碍微生物生长, 延长货架寿命；
（ c） 突出香味, CO2逸出时能带出香味；
（ d） 有舒服的刹口感, 产生特殊风味 。
趣题讨论 4-8：神秘的可口可乐
100多年以前, 美国有个名叫约翰 ·斯蒂斯 ·彭伯顿的制
药公司老板, 总想创造一直有提神, 解乏, 治头痛功效
的药用糖浆 。 1886年 5月的一天, 彭伯顿躲在实验室里
又开始设计着新的配方, 他将几种能提神, 止渴, 清心
的药剂糖浆混合在一起, 然后放入一些可乐果, 古柯叶
和一种从南美洲植物的提取物, 再加入少量咖啡因, 糖
,磷酸, 搅拌后意外地得到了诱人的墨绿色混合剂, 而
且其味道相当好, 这就是最早的, 可口可乐, 饮料了 。
现在世界上每天要喝掉几亿瓶可口可乐, 然而知道
可口可乐这一秘方的人据说还不超过 10个 。 其实它的 99
％ 以上配料是碳酸水, 糖, 磷酸, 咖啡因, 焦糖药剂少
量的古柯叶和可乐果的提取物 。 可口可乐饮料是几种物
质的混合物, 可能还包含了很复杂的化学反应 。
3.3 果汁
果汁型汽水, 指含 2.5％ 及 2.5％ 以上天然果汁的碳
酸饮料 。
果味型汽水是以食用香精为主要赋香剂的碳酸饮料 (
包括 2.5％ 以下的天然果汁的饮料 )。
3.4 豆奶
必需氨基酸 豆奶 牛奶 理想
异亮氨酸 5.3 6.3 4.0
亮氨酸 8.8 10.0 7.0
赖氨酸 6.5 8.1 5.5
蛋氨酸＋胱氨酸 2.5 3.5 3.5
苯品氨酸＋酪氨酸 8.0 10.3 6.0
苏氨酸 4.9 4.5 4.0
色氨酸 1.3 1.4 1.0
颉氨酸 5.0 6.9 5.0
4 水资源开发与利用
存在形式 水量 (10 9 m 3) 占总水量比例 /％
海洋 1320 000 000 97.3
大气 13 000 0.001
淡水湖 125 000 0.009
盐湖和内海 104 000 0.008
河流 1250 0.0001
地下水 8 350 000 0.61
土壤水和渗流水 67 000 0.005
冰冠和冰川 29 200 000 2.14
总计 1360 000 000 100
地球上水的分布
水大部分分布于海洋, 海水是一种稀电解质溶液 。
海水中各种离子的含量 (g/kg海水 )
离子 含量 离子 含量 离子 含量
Cl- 19.35 Ca2+ 0.41 H2BO3- 0.027
Na+ 10.76 K+ 0.40 Sr2+ 0.008
SO42- 2.71 HCO3-,CO32- 0.106 F- 0.001
Mg2+ 1.29 Br- 0.067 总离子 35.129
淡水湖, 咸水湖, 盐湖的总溶盐浓度比海水低得多,
所含主要离子与海水并不相同, 最常见的阳离子是 Ca2+
而不是 Na+,最常见的阴离子是 HCO3-而不是 Cl-。
4.2 我国的水资源特点
河川径流量约 2.6万亿米 3,地下水资源约 0.7万亿米
3,扣除重复部分, 总水资源约 2.7万亿米 3,仅次于巴西
,前苏联, 加拿大, 美国和印尼, 居世界第六位 。
人均占水量仅 2670米 3/人, 是世界人均占水量的 1/4;
耕地亩均占水量仅 1752米 3/亩, 只有世界人均占水量的
2/3左右, 水资源并不丰富,加之时空分配不均, 水资源
可用量的比重较小 。
南方, 长江, 珠江, 东南沿海和西南沿海等流域,
年径流量占全国 82％, 耕地面积只占 38％, 人口约占全
国 54％ 。
水资源特点：南方水多, 耕地少, 北方水少, 耕地
多, 矿产资源又丰富, 水土资源组合极不平衡, 北方地
区水资源严重缺乏 。
北方, 淮河, 黄河, 海滦河, 东北和西北内陆诸河,
年径流量只占全国的 18％, 而耕地面积却占 62％, 人口
占 40％,尤其是海滦河和淮河地区,水量只占全国 4％,
而人口和耕地面积都占全国 27％ 。
降水量在时程分配上极不均匀, 大部分地区处于季
风气候区, 降水量主要受季风气候的强弱和进退影响,
导致降水量年际变化大, 年内分配又高度集中 。 许多地
区雨水过分集中, 形成汛期大量排水, 非汛期严重缺水,
水资源总量中的可利用率较小, 某些地区旱涝频繁 。
500多个城市中,有 300多个缺水,100多个严重缺水 。
4.3 水资源开发与利用
① 水资源的合理利用
② 海水淡化
i 蒸馏法
ii 凝固法, 海水喷入一个真空容器, 海水的蒸发,
并形成冰晶 。
iii 离子交换技术
iv 反渗透法
v 电渗析法
离子交换半透膜：阳离子交换膜只容许阳离子透过
而排斥阴离子, 而阴离子交换膜只容许阴离子透过而排
斥阳离子 。
把阳离子膜和阴离子膜间隔排成若干间隔, 在两侧
电极上通入直流电, 在电场推动作用下工作, 就构成电
渗析器 。
从含盐量 35000毫克 /升的海水可直接淡化到含盐量
500毫克 /升以下,从咸水处理变成淡水的应用更为普遍 。
③ 水力资源的开发
海洋能资源利用：波浪能, 潮汐能, 海洋热能, 海
流能及盐度差能等的利用 。
对水污染不加控制, 或者控制不力, 将严重威胁中
华民族 13亿人口的生存 。
水－生命的源泉, 请节约用水 。
Live Chemistry of Water
? 水与日常生活
? 水的净化与优化
? 饮料
? 水资源的开发与利用
1 水与日常生活
地球形成的初期，大规模的火山爆发释放出
大量挥发性气体，这些气体的主要成分是水蒸气
(约占 75％以上 )、二氧化碳、氮和其它微量气体。
水蒸气凝结为液态的水汇聚在地壳表面的低洼处，
便形成了现今地球上的海洋和天然湖泊。对于活
的有机体的生存来说，水是关键性的，人不吃饭
可以活两个多月，而不喝水只能活几天。
1.1 活的有机体中水的分布与生物学功能
有机体 含水量 (％ ) 有机体 含水量 (％ )
海生无脊椎动物 97 鱼 82
人胎儿 (1月 ) 93 瘦肉 76
成年人体 70 水果 80
细胞原生质 80 蔬菜 89
体液 95 黄瓜 95
神经组织 84 土豆 75
哺乳类动物 65 陆地草类植物 80～ 90
牛奶 88 乳酪 35
人体中水的分布
细胞中的水
占体重的 40％
细胞外的液体占体重的 15％
血浆 中的水占体重的 5％
水有许多生物学上的功能
① 水在消化和新陈代谢的化学反应中起着很大用,
水通过血液将营养和氧气输送到细胞，并从细胞
中把废物带走。
没有水，我们将被自己体内的废物毒杀。
② 水有保持溶解状态的钠和钾的能力，这对传送
电脉冲使肌肉和神经活跃是不可缺少的，因此，水在
体液和细胞的酸碱平衡上起着主要作用。
③ 人体内到处无时不在进行的化学反应所释放的
热，在调节体温始终保持在 37℃ 中水起着主要作用。
④ 我们体内的水同时又是一个减震器，脑有液体
（大部分是水）包围着，它可免受震荡，同样人体的
骨骼、关节、器官和神经也有液体润滑，使我们在固
体的世界中生活时，身体不致因必须承受无数震荡而
受到伤害。
水就象自然界中的溪流和潮汐一样，流入、流过
而又流出。
那流动、润滑、温暖、消热的水，那溶解着又携
带着滋养我们的各种分子 (或离子 )的水，才是生命得
以生存的源泉。
趣题讨论：想想看饮水够量吗？
水有许多生物学上的功能, 对于人的生存来说, 水的
作用仅次于空气 。 然而大多数人都不知道自己每天应该
喝多少量的水, 事实上我们当中有许多人都在脱水状态
下生存着 。 水有许多生物学上功能, 如果饮水不够量,
那么人体的生理机能的每一部分都有可能受损害 。 现实
生活中就有许多人由于喝水不足量而导致脂肪堆积, 肌
肉松弛, 消化和其它器官功能下降, 体内毒素增加, 肌
肉和关节疼痛, 水的滞留量增加等等 。
人只有感到口渴了, 才会去喝水 。
那么人为什么会感到口渴呢？ 原来人体组织液中钠
离子浓度的正常值为 137毫摩尔 /升, 当体液中钠浓度比
正常值高 2毫摩尔 /升时, 就会有一种化学信号流经脑的
饮水中枢, 再由脑中枢向口和喉发出一种信号, 此时口
和喉的神经组织就会使我们感到口渴, 于是我们开始喝
水, 并使钠离子浓度恢复到正常值, 这样渴就解了 。
那么我们每天究竟需喝多少量水呢？这里有一个简
单的公式可以用于估算：一个不需剧烈运动的健康人，
每天的饮水量约为每公斤体重 33毫升水；而对于一个运
动员来说，每天的饮水量约是健康人的 4/3倍。这样，一
个健康人每天至少需要喝 8~10杯水，每杯水约 230毫升。
体胖者每超出理想体重 11公斤，就应该比正常的健康人
多喝一杯水。
O
1.2 水的结构和特性
H H
0.096 nm
105°
?-
?＋
水的结构（水蒸气中）
氧原子的电负性比氢原子的电负性大，每个 O－ H共
价键都是极性的，而水分子的, V”形结构使得整个分子
呈现极性，其中氧分子在负极一端，氢原子在正极一端 。
在水中，氢和氧的电负性之差很大，使得 H2O中的
成键电子显著偏离氢原子，因此 H2O分子中体积很小的氢
原子几乎就象赤裸裸的质子，这种氢原子就能被另一个分
子内的氧原子所吸引，即形成氢键。
氢键才决定了水具有异常特性，如高的熔点与沸点，
高的气化热、溶化热与比热等。
氢原子
氧原子
水分子中氢键的形成
化合物 分子量 熔点 熔解热 沸点 蒸发热 偶极矩
(℃ ) (kJ.mol-1) （ ℃ ） (kJ.mol-1) (dB)
H2O 18 0.0 6.02 100 40.67 1.84
H2S 34 -85.5 2.38 -60.3 18.66 1.10
H2Se 81 -65.7 2.51 -41.3 19.33 0.4
H2Te 130 -51 4.18 -2.2 23.22 <0.2
表 4-2 水及同水结构类似的物质特性
水的熔点 0℃ 和沸点 100℃ 在常温附近，用一般的加
热或泠却方法就很容易实现，因此人类常常利用水的固、
液、气三态变化来转换能量。
水的高气化热,高比热 —— 调节有机体的体温
水的高熔化热,冬季冰的形成和春天冰的熔化都很
缓慢,春天冰熔化时不会发生灾难性洪水
水能储存大量的太阳能，这对当地的气候具有调节
作用。
冰中的水分子内
O—H 键长 0.099 nm，增大
键角 109 ° 30’，四面体角，增大
冰晶体结构：键长比液态和气态水大，键角也大
（四面体角） —— 分子间保持着较大的空隙，使得冰的
密度小于液态水，天然水体在冬季能形成表面冰盖，并
起到绝热作用，对于地球上生物进化有极大作用。
水凝结成冰晶体时膨胀可以破坏或杀死细胞，因此
在日常生活泠冻食品时，泠冻速度越快，冰晶体形成得
越少，食品细胞结构损坏得越少。
—— 速冻食品
趣题讨论 2：奇异的二聚水？
20世纪 60年代末, 太平洋中部赤道附近的一个圣诞岛
上出现一种奇特的现象：天空阳光灿烂, 但太阳光却疲
软无力, 弱不灼人, 仿佛在清澈透明大气中有一道神秘
的屏障阻挡了太阳光灼人的热气, 神秘屏障 —— 二聚水 。
水蒸气不能吸收太阳光中的红外线, 而由两个水分子靠
氢键形成的水分子即二聚水, 它绕氢键旋转所需的能量
恰好是红外线光子的能量, 二聚水分子的运动吸收太阳光
中的红外线, 使得天空中灿烂的太阳光显得疲软无力 。 生
活空间中二聚水的含量极其低微, 而赤道海洋上空的潮湿,
炎热环境为二聚水的产生提供了有利的条件 。
二聚水这种能够吸收红外线的奇异作用有朝一日将被
人类用于调节气候 。
趣题讨论 3：为什么人的正常体温是 37℃？
正常体温口温为 37℃, 直肠温度约高 0.6℃, 腋下温度
约低 0.5℃, 而皮肤的温度则与气温有关 。 1天之内, 体温
可波动 1℃, 早晨 4～ 6点钟最低, 晚上 6～ 8点钟最高 。
当人裸体处于 12℃ 至 67℃ 气温下, 仍可保持体内温度
恒定在 37℃ 。 水在人体内犹如一个大的蓄热器, 当人体
过热时, 控制体温的中枢神经发出出汗指令, 刺激汗腺出
汗带走体内大量的气化热；同 时抑制下丘脑后部的交感神
经 中枢, 消除皮肤内血管的收缩, 促使皮肤迅速散热 。
外界寒泠时, 体内的水分起保温作用, 同时由于人体过
泠, 血管收缩, 出汗停止, 下丘脑发出寒颤, 促进去甲
肾上腺素和肾上腺素的分泌, 使细胞加快代谢速度产生
热量 。 在体温自我调节过程中, 水的高气化热和高比热
起重要作用 。
2 水的净化
2.1 水污染
CO2 ＋ H2O ??? H2CO3
来自腐烂的树叶 来自雨水 碳酸弱酸性溶液
暂时硬水的形成
H2CO3 ＋ CaCO3 ???Ca(HCO3)2
石灰石 暂时硬度
地下含铁化合物的沉积物使得某些矿泉水中含离子,
离子与热水作用生成水合氢氧化铁：
Fe3+(aq) + 3 H2O ??? Fe(OH)3? + 3 H+(aq)
浴缸或衣服上一种难以去除的铁锈斑迹的形成：
水污染主要来自农场, 生活下水道, 工业排放水以
及酸雨等 。 据称, 目前全世界每年约有 4200多亿立方米
的污水排入江河湖海, 污染了 55000亿立方米的淡水,
占全球径流量的 14％ 以上, 水资源受到严重的污染 。
食物链是水的另一个污染源。低级生物被高级生物食
用，食者与被食者之间一个环节一个环节地逐级相连，构
成链状的系列，即称食物链。
食物链的一种突出的特性就是富集作用。某些重金属
元素或其它有毒物质在水中的浓度并不高，但食物链的选
择性富集作用使得这些毒物可能达到很高的浓度，从而产
生有害于机体的作用。
例如,DDT(二氯二苯代三氯乙烷 ) 及其多数同类物均
有持久性杀虫能力，它不在环境内降解，而在脂肪组织内
的溶解度却很高，因此容易在食物链内富集。 大气中的
杀虫剂 DDT的浓度只有 0.000003 ppm，而降落在海水中，
在浮游生物体内浓度将富集达到 0.04 ppm，小鲦鱼吞食后
可以富集到 1 ppm，取食小鲦鱼的海鸥竟使 DDT浓度达到
75 ppm。对于原有浓度来说,DDT已经 富集 了约 2500万
倍以上。
汞 (Hg)在食物链中的富集现象如图 4－ 8所示。全世界每
年大约开采 10,000 吨汞，大约有 5000 吨汞被流失掉。汞
在细菌的作用下会生成有机汞 (如二甲基汞 )，二甲基汞的
毒性比汞强，更容易富集于脑部并在其中长期滞留。当脑
中二甲基汞浓度达到 5 ppm 时，便产生汞中毒症状，达到
12 ppm 时可以致死。
浓度
陆地 捕食鸟 人类
大鱼
水 小鱼
小水生动物
细菌
泥浆 水中 Hg(CH3)2
细菌
Hg
图 4－ 7 食物链中汞的富集 ppb ? 十亿分之一
0.1ppb
5 ppb5
25 ppb
50 ppb
500 ppb
1 ppm
类 型 实 例
1 耗氧废物 人和动物排出的废物, 腐烂的动植物
2 传染体 细菌和病菌
3 淤泥 大地被侵蚀所形成悬浮矿物质颗粒
4 工业肥料 硝酸盐, 磷酸盐
5 有机产物 酚类化合物, 有机农药, 有机酸碱,
洗涤剂, 取代苯类化合物, 多氯联苯
和稠环芳烃
6 无机有毒物品 Hg,Cd2+,CN－, As,Cr2O72－
7 热污染 工业用泠却水
8 放射性物质 铀矿开采, 选矿和精炼废水, 人工放
射性废水, 核爆炸产物
表 4－ 4 水污染物的类型
（ 1）洗涤剂
ABS：支链烷基苯磺酸盐
不能被生物所降解，即细菌不能将这种有机阴离子
分解为简单的物质，因此它将永远停留在水中，使得河
道和污水处理池泡沫堆积如山。
LAS：直链烷基苯磺酸盐
容易被需氧细菌所降解的洗涤剂 ——新一代洗涤剂。
化学家对这个洗涤剂的结构进行了修改。
（ 2）杀虫剂
1939年化学家发现了一种杀虫剂 DDT。 它对多种
致病害虫与昆虫都非常有效, 被广泛用来扑灭以虱和
蚊为媒介的流行病如斑疹伤寒和疟疾, 它流入到江河
湖海里 。 DDT及其多数同类物有持久性杀虫作用, 它
不能很迅速地被动物代谢, 其半衰期约为 8年 。 DDT易
在食物链内富集, 给某些食肉动物如鹰及鹗带来了灾
难：影响鸟体内调节钙代谢的分子, 使得鸟下的蛋很
容易破碎, 幼鸟成活率急剧下降, 某些地方的鹰, 鹗
几乎完全灭绝 。
（ 3）有毒微量元素
环境中有些元素，即使浓度很低时对生命形态也具有
毒性，尤其是重金属元素。重金属元素污染有以下特点：
(a) 在天然水中只要有微量浓度即可产生毒性；
(b) 不能被微生物降解，相反可在微生物作用下转化
为金属有机化合物产生更大的毒性；
(c) 在人体内某些器官内蓄积，导致慢性中毒；
(d) 可经过食物链途径富集。
一旦进入环境就难以净化。
表 4-5 有毒微量元素的主要来源及对人体的危害性
元 素 主要来源 对人体的危害性
铅 含铅汽油、涂料,低水平恶心、贫血、神经炎 (头晕、
工业废水 头疼、烦躁、失眠、记忆力衰退 )、
肾炎、大剂量造成脑损伤。
汞 电化学工业,低水平手足麻痹，神经紊乱，大剂
有机汞杀菌剂 量有机汞造成脑损伤，并可致死。
镉 电镀废水、铜,饮用 0.1毫克 /升水引起贫血、肝病
锌、铅矿的开采 以致死亡，骨骼变异症。
与加工
铍 煤炭燃烧，核燃 即使低水平，长期接触可造成肺部
料加工，某些火 损伤，也可致死。
箭燃料
对人体的危害性
砷 煤炭燃烧，磷酸盐的 慢性中毒如肝、肾炎，神经麻痹
杂质，硫化矿的加工 和皮肤溃疡，大剂量引起肠胃的
工业废水 失常致死，少量也可能致癌。
铬 电镀、染色、制革,肠胃粘膜炎、致癌，摄入量达每
照相材料、颜料等 公斤体重 2.5毫克时发生毒物性肾
工业废水 炎及尿毒症致死。
铜 矿山排水，电化学 每日 100毫克引起腹痛、呕吐，
工业废水 长期过量造成肝硬化 。
生活或工业废物最严重的影响是增加天然水源的生化
耗氧量 (BOD)，因为需氧细菌利用氧气使污水里的复杂有
机物降解成为简单物质的过程中，降低了水中的溶氧量。
我国饮用水源符合饮用水卫生标准的仅占 10％，基本符合
的约占 20％，不符合的高达 70％。在一些饮用地下水的城
市里,90％的地下水受到不同程度的污染。全国 532条河
流中已有 436条河流受到不同程度的污染，湖泊受污染达
到高富营养化水平 的占全部湖泊的 63.6％，人口密集地区
的湖泊与水库几乎全部受到污染。
趣题讨论 4-4：水质与人体健康
1953年年底在日本的水俁村，发生了一种以特异性神
经障碍为主的怪病。最初发生这种怪病的是一名小女孩，
她手足拘挛，怪声叫喊而死。 当时人们根本就搞不清这
是怎么一回事，在她的死亡诊断书上只好写上, 小儿麻痹,
的死亡原因。 这种病的发病非常缓慢，没有前驱症状，
也没有发热，有时会在喝酒后发作。 患者一开始四肢末
端有痛麻感觉，接着不能紧握东西，甚至不能系上或解开
纽扣,走路不能跑，而且容易绊跤,说话也会变得娇
声娇气,此外患者还出现视物不清, 耳朵发背, 吞饮困难
等现象 。 1953年发这种怪病的共有 116人, 其中 43人死亡 。
到 1956年 5月, 水俁地区发生了更多类似上述症状的
怪病, 人们便开始怀疑这是一种污染病, 同时开始追查这
种怪病的病因 。 经过多方面的共同努力, 人们终于发现,
这种病的元凶是一家氯乙烯工厂 （ 在生产过程中使用氯化
亚汞作为催化剂 ） 排放的污水中的甲基汞, 甲基汞污染
了鱼, 贝, 使该污水流过的河道里的鱼, 贝的含汞量高达
9 ppm ~ 24 ppm，人们大量食用被污染的鱼、贝，从而
导致甲基汞中毒（汞中毒死亡者的肝脏中含汞高达
20ppm ~ 70.5 ppm）。
后来这种病被命名为, 水俁病, 。
在我国福建省清流县的高坂村，过去，总共有 10户人
家,49口人，其中男性 20人，女性 29人，他们都是 1965年
泉州兴建, 惠女水库, 时迁入的，在落户的 20多年间，全
村出生的婴儿全部都是女婴。最有趣的是 1975 年全村连生
7 个女婴，村民们哭笑不得，人们戏称, 七仙女, 下凡。
高坂村一就成了远近闻名的, 女儿村, 。无独有偶，在英
国威尔士北部有一个名叫达姆威士村镇，有一段时间内出
生的婴儿也全都是女孩。这到底是怎么回事呢？
科学家们对当地的土壤、水质、食物进行了取样分
析，同时对村民的身体进行了全面检查，终于找到了原
因。原来这个村庄的水源已被金属镉 (Cd)严重污染，使
得这里的村民体内镉的含量大大超过了正常人体内镉的
含量，即镉中毒。
为什么饮水中镉的含量特别高就会只生女不生男呢？
科学家们通过实验证实：在猪和老鼠的饲料中加入一定
量的镉，结果其子代雄性出生率下降，而雌性出生率则
明显上升。
水质中汞的污染会对人类健康带来危害，而重金属
镉的污染也会危害人类。
2.2 水的净化
① 悬浮物的清除
水停留在贮存池或通过一连串沉降槽中自然沉降 ——
沉积。
非常小淤泥 胶状悬浮体（稳定分散 ）
胶凝方法 天然水中的自然胶体大多数带有负电荷
带正电荷胶体 同时聚沉
常用的胶凝剂
? 明矾, [KAl(SO4)2, 12H2O或 K2SO4,Al2(SO4)3,24H2O
Al2(SO4)3(aq) ?? 2Al 3+ (aq) ＋ 3SO42-(aq)
2Al3+(aq) ＋ H2O ?? Al (OH) 2+(aq) ＋ H+ (aq)
Al (OH) 2+(aq) ＋ H2O ?? Al (OH) 2+(aq) ＋ H + (aq)
Al(OH)2+ (aq) ＋ H2O ?? Al(OH)3(s) ＋ H + (aq)
?[Al(OH)3]mnAl 3+,(3n/2-x)SO42-? 2x-,x SO42-
一般用量为 0.001～ 0.02％
? 水合硫酸铝, Al2(SO4)3.18H2O
有效剂量为 20～ 100mg/L
pH = 5.5以下时，表现为碱性：
Al(OH)3 ＋ 3H + (aq) ?? Al 3+ (aq) ＋ 3H2O
pH值在 7.5以上时，为酸性，有偏铝酸根 AlO2－ 生成：
Al(OH)3 ＋ OH－ (aq) ?? AlO2－ (aq) ＋ 2H2O
pH值近中性时使用。
? 碱性氯化铝 (PAC),[Al2(OH)nCl6-n]m n＝ 1～ 5,m?10
不仅能清除水中的悬浮物，显著降低水中粘土类杂
质，还能吸附水中微生物并使之沉降 。
新型胶凝剂有效剂量为 0.005～ 0.01％。
? 铁盐有机胶凝剂, Fe(OH)3 胶体
pH>6，铁离子与水中腐植酸反应生成溶于水的有色
化合物 。
? 高分子胶凝剂如聚丙烯酰胺,
[ CH2— CH ]n
?
CONH2
? 分子量都很高，主链很长，所生成的絮状体比无机胶凝
剂所形成的絮状体的沉降速度快，可提高胶凝沉淀设备
处理能力。
? 过滤：透过铺设在几层逐级加粗的碎石层上的沙层后，
使沉淀物逐渐沉积在沙子上形成一个薄层，从而达到
水的净化。
反冲 恢复滤料的净水能力
② 吸附与离子交换
? 活性炭吸附（颗粒状 ）：大量孔隙，比表面积高 。
? 作用：痕量氯或其它氧化剂,微生物,去味、去臭和
去除其它杂质。
2Cl2(aq) ＋ C(s) ＋ H2O ? CO2(aq) ＋ 4H+(aq) ＋ 4Cl-(aq)
? 特点：除氯能力非常大，去除水中有机物的能力有限
? 再生,1000℃ 高温
? 曝气法去除水中某些臭味杂质，如 H2S等。
? 离子交换树脂
一种不溶于水的具有网络结构的固体颗粒状高分子
共聚物，它能够从水中吸附某种阳离子或者阴离子，而
把本身所含的另外一种带有相同电荷的离子交换下，并
放出到水中去。
? 简单模型, 带电荷的海绵状,三维 空间网状结构 。
? 带有碱性交换基团：阳离子交换树脂
R≡NX R-NH2 R=NH R ≡ N
R ≡NH4+OH- R-NH3+OH- R=NH2+OH- R ≡NH+OH-
季铵基 伯胺基 仲胺基 叔胺基
(强碱 ) (弱碱 )
? 带有酸性交换基团：阴离子交换树脂
R－ SO3H R－ CH2SO3H R－ PO3H R－ COOH R－ OH
磺酸基 次甲基磺酸基 膦酸基 羧酸基 酚基
(强酸 ) (弱酸 )
2Na+… 沸石 ＋ Ca2+ ?? 2Na+ ＋ Ca2+… 沸石
硬水 软水
离子交换法去除水中的离子即可制得纯水 ——去离子水
第一柱,M+(aq)＋ HR(s) ?? MR(s) ＋ H+(aq)
第二柱,X-(aq) ＋ R?OH(s) ?? R?X(s) ＋ OH-(aq)
H+(aq) ＋ OH-(aq) ?? H2O
总反应：
M+ + X-+ HR(s) + R?OH(s) ?? MR(s) +R?X(s) + H2O
? 再生：用浓盐酸淋洗第一柱,H＋ 离子取代 金属离子。
用氢氧化钠溶液淋洗第二柱, OH-取代阴离子,
? 特点：去离子水的电导仅为普通蒸馏水电导的 1/10 。
趣题讨论 4-5：石头具有保健功能吗？
你见过形状如饭团一样, 质地十分疏松的石头吗？
它的俗名叫作做, 麦饭石, 因其具有保健功能, 被誉
为, 保健石头, 。 它是我国特有的瑰宝, 分布在我国
北部和中部地区, 尤其以内蒙古自治区奈曼旗平顶山
的麦饭石的质量为最优, 其储量估计约 1700万吨 。
麦饭石为什么具有保健功能呢？ 原来麦饭石中含有
59种元素, 其中 18种元素是人体所必需的微量元素,
如钾, 钠, 钙, 镁, 硅, 铝, 铁, 锌, 铜锰等元素,
这些天然营养元素对改善人体进状况具有一定的作用 。
当采用麦饭石处理水时, 它能吸附水中的有机物和无
机物, 与水中离子进行离子交换, 除去水中对人体健康有
害的物质, 如铬, 镉, 铅, 汞, 氰化物等, 同时释放出对
人体健康有益的微量元素, 从而发挥出保健功能 。
用麦饭石水制成的酒, 醋, 酱油, 可口饮料等有味道
好, 杂质少等优点；用麦饭石浸出液制成的化妆品不含铅,
汞, 砷等有害物质, 而它所含的微量元素能促进皮肤血液
循环, 调节新陈代谢, 提高皮肤弹性, 使皮肤丰满而富有
活力, 从而延缓皮肤衰老, 增进皮肤的健美等 。 因此, 麦
饭石被誉为, 保健石头, 不足为奇 。
③ 蒸馏与反渗透法
蒸馏：古老的方法, 太阳能蒸馏器的蒸馏技术 。
反渗透：通过反渗透膜把水 (溶剂 )从溶液中分离出来的
一种方法 。
应用,海水淡化, 硬水软化以及维生素, 抗菌素等的
浓缩等 。
渗透,水透过半透膜向溶液方向迁移的现象 。
动力 —— 渗透压
反渗透：溶液上方外加压力大于水的渗透压, 水从溶
液中向纯水方向迁移, 此过程称为反渗透 。
? 关键技术：一种强度足以经受所需高压同时又不能让
盐水中离子透过的薄膜 (半透膜 )。
? 膜材料的特点：对水的渗透性大, 对水中的各种溶质
渗透性小并易于成膜等 。
? 半透膜：高分子材料 —— 醋酸纤维素, 芳香聚酰胺
及其共聚物, 磺化聚苯醚, 磺化聚砜等 。
? 制备方法：以高氯酸镁 [Mg(ClO4)2]和水的溶胀剂加到
以丙酮为溶剂的醋酸纤维素溶液中, 混合
均匀制成膜溶液, 再将膜溶液进行加压过
滤, 静置脱泡之后, 在成膜机上制备的 。
? 膜的构造及特性
? 醋酸纤维素膜：不对称膜, 膜的厚度为 100?m左右,
膜分为两层 。
? 表面是致密层：一般为 0.2～ 0.8?m厚, 其微孔的孔
径小于 0.005?m,孔隙率 12％ 。
? 下面为支持层：其孔径为 0.04?m左右, 孔隙率为 60％ 。
? 膜的特性：
膜表面的致密层的微孔非常小, 选择性吸附水分子,
排斥水中溶质分子 (如盐, 细菌等 )及颗粒；
另一面是厚而孔径较大的多孔层, 水能顺利透过 。
? 效果
? 一价离子的去除率在 90％ 以上；
? 二价离子的去除率在 95％ 以上 。
将近 95％ Na+,98％ 以上的 Ca2+和 Mg2+,95％ Cl-，
S 和 P 的去除率可达 99 ％ 以上 。
? 分子量大于 150 的化合物均易去除 。
④ 消毒：氯消毒, 臭氧消毒和紫外线消毒 。
? 氯消毒
Cl2 ＋ H2O ＝ HOCl ＋ H+ ＋ Cl-
次氯酸
HOCl ＝ H+ ＋ OCl-
次氯酸根
消毒机理,HOCl是中性分子，扩散到带负
电的细菌表面，穿透细菌的细胞膜而进入细
菌内部，氯原子的氧化作用破坏了细菌某些
酶系统，从而导致细菌死亡。
? 去除水中剧毒的氰化物 (CN - 离子 ):
10OH- + 2CN- + 5Cl2?? N2＋ 2HCO3 - + 10Cl-+ 4H2O
? 加氯前或后, 加入少量氨或铵盐, 即生成氯胺：
NH3 ＋ HOCl ＝ NH2Cl ＋ H2O 一氯胺
NH3 ＋ 2HOCl ＝ NHCl2 ＋ 2H2O 二氯胺
或 NH2Cl ＋ HOCl ＝ NHCl2 ＋ H2O
NH3 ＋ 3HOCl ＝ NCl3 ＋ 3H2O 三氯胺
或 NH2Cl ＋ 2HOCl ＝ NCl3 ＋ 2H2O
? 氯胺在水中缓慢分解释放出 HOCl分子
? 漂白粉常用氧氯化钙, CaOCl2。 消毒作用是它能与水
反应生成次氯酸 (HOCl)：
CaOCl2 ＋ 2 H2O ＝ Ca（ OH） 2 ＋ 2 HOCl ＋ CaCl2
1～ 2 ％ 水溶液
? 水中的漂白粉味实际上是氯酚的气味, 它在浓度仅为
十亿分之一时就能被感知 。
? 次氯酸钠 在水中分解生成次氯酸而起消毒作用：
NaOCl ＋ H2O ＝ HOCl ＋ NaOH
? 臭氧 (O3)消毒：
特别强烈的氧化剂, 杀菌作用比氯快 15～ 30倍, 臭
氧不仅杀菌效果好, 而且可除去水臭还能降低水色, 以
及 Fe / Mn等 。
? 制臭氧方法：
高压放电
3O2 ?????? 2O3
或紫外线
? 所需设备较复杂, 基建费用大, 成本较高 。
紫外线杀菌机理是：微生物的蛋白质和核酸吸收紫
外光能量, 导致蛋白质变性而引起微生物 （ 细菌等 ） 死
亡 。
光波长为 490-140nm时具有杀菌能力, 最佳 260nm
紫外线消毒时间短, 杀菌力强, 易控制, 没有持续
时间能力, 灯管寿命短, 成本高 。
城市水处理厂, 其生产过程包括沉淀, 胶凝, 过滤
,曝 气, 消毒等 。 若要生产饮料用水或纯水需再采用离
子交换法或反渗透法 。
2.3 水的优化
矿泉水来自地下 迟缓循环带, 存在于流动的深部地
区约 500 ～ 600 米深处, 有 大构造破坏 时达 1000 ～ 2000
米 (热水 ),它经过复杂的动力作用, 岩层中的盐分以很
慢的速度被冲刷溶解, 水的成分能长期保持恒定, 它是
淤泥沉积到岩层成岩作用各阶段的残留水, 或者是渗透
到岩层裂隙和孔隙中去的 封存水 。 因此矿泉水是被 自然
界矿物质所优化的水 。
碳酸氢盐型, HCO3-的毫摩尔数大于 25％, 这一类
又可分钠质泉 (Na>25%毫摩尔 ),钙质泉 (Ca>12.5％ 毫摩
尔 ),镁质泉 (Mg>12.5％ 毫摩尔 )。
氯化物型, Cl的毫摩尔数大于 25％, 可分为钠质泉
,钙质泉, 镁质泉 。
硫酸盐型, SO4的毫摩尔数大于 25％, 可分为钠质泉
(Na>50％ 毫摩尔 ),钙质泉 (Ca>25％ 毫摩尔 )和镁质泉
(Mg>25％ 毫摩尔 )。
成分复杂的矿泉水, 又可分为氯化物碳酸盐性泉,
硫酸盐碳酸盐泉和氯化物硫酸盐泉 。
含生物活性离子的矿泉水,Fe >10mg/L,As：
1mg/L,Br,25mg/L,I,10mg/L,Li,5mg/L。
含气体的矿泉水，可分为碳酸水（含游离 CO2）
、硫化氢水（含游离 H2S）和放射性水（含氡）。
? 人工矿泉水是用优质泉水或地下水进行人工矿化而
制得的 。 人工矿泉水的生产方法有两种 。
(1)直接溶化法, 即在天然水中添加碳酸氢钠, 氯化
钙, 氯化镁等无机盐类, 再充以二氧化碳；
(2)二氧化碳浸蚀法, 即在压力下使含 CO2的原料水作
用于碳酸碱土金属盐, 使其转化为碳酸氢盐溶解于水中
,含碳酸氢根阴离子的矿泉水属于营养学上的, 碱性饮
料, 。
用麦饭石也可制得优质矿泉水 。
磁化水：水在磁力线的作用下, 原先缔合的水分子
团发生解离变成单个水分子, 这种水与生物细胞内的水
十分接近, 有很大亲合性, 能被动植物细胞吸收, 因而
被称为, 活性水, 。 长期饮用磁化水, 对肾结石, 甲状
腺机能失调, 高血压等数十种棘手的疾病都有显著疗效
。
趣题讨论 4-6：水越纯越好吗？
近年来, 人们对饮用水要求越来越高, 蒸馏水, 纯
水, 太空水正式成为商品, 进入千家万户 。 但将纯水作
为基本的饮用水的做法是不科学的 。 天然水在自然界循
环过程中, 始终与大气, 土壤, 岩石等相接触, 致使天
然水中溶解或悬浮着各种各样的, 杂质,, 如钙, 镁,
钾, 钠, 铁, 锰, 碳, 氨, 硅, 铝, 磷及其他化合物,
还生活着许多微生物 (如各种菌类 ),天然水中的, 杂质
” 有许多是人体所必需的微量元素 。
水是人体获得微量元素的主要来源之一 。 人们如果
长期以纯水作为饮用水, 不仅无法从水体中获得人体所
需要的微量元素, 而且还会带走体内本身所含有的微量
元素, 这样就不利于健康, 因此饮用水并非越纯越好,
我们还是应该提倡多喝清洁的天然水 。 富含微量元素的
泉水还能用于治疗疾病 。
在我国内蒙古锡林部勒盟草原有一个泉水疗养院,
那里的泉水无色透明, 澄清不含异物, 有辣, 酸, 涩等
味道, 好像, 啤酒, 一样, 因此有人称它为, 啤酒泉,
。
“啤酒泉, 地处草原, 5公里以内无污染源, 它含有溴
,碘, 锌, 钼等 18种对人体健康必不可少的微量元素
和好些药物的主要成分, 它对胃, 肝, 眼等疾病以及
高血压病, 心脏病, 关节炎和贫血等有特殊疗效, 尤
其对消化系统的疾病有显著疗效 。
传说茶叶作为饮料始于公元 2737年前的 神农时代,
有, 神农尝百草, 日遭七十二毒, 得茶而解之, 之说 。
中华民族在茶的培育, 制造, 品饮, 应用, 及对茶文化
的形成和发展上, 为人类文明史留下了绚丽光辉的一页
。 茶仍是世界三大饮料之一, 全世界有 50多个国家种茶
,饮茶则遍及全球 。
3 饮料
茶是生活的享受, 健身的饮料, 友谊的纽带 。
O
OH
OH
O H
茶多酚（儿茶素）的结构式
茶叶含有 400多种化合物，最主要的有效成分为咖啡碱
，多酚类化合物（儿茶素、黄酮、花青素及酚酸类物质
等）、维生素（ B,C,A,E,K，高级绿茶中 Vc含量
高达 0.5％）,矿质元素（ P,K,Ca,Mg,Mn,Al,S,F,Se
等）、多糖类化合物,以及 25种不同的氨基酸。
茶多酚具有防止血管硬化, 降低血脂, 消炎抑菌,
防辐射, 抗癌变等多种功效 。
功效 作用机理
兴奋提神 茶叶中的咖啡碱等化合物能促进肾上腺体垂
体的活动，诱导儿茶酚胺的生物合成，从而
加快心血管系统的作用和效能。
利尿和解除疲劳 咖啡碱、可可碱以及芳香油的综合作用可以
提高尿液从肾脏中滤出率，由于茶的利尿作
用，使人体组织中的乳酸逐渐排出体外，从
而减少肌肉的疲劳感觉。
助消化作用 咖啡碱可以增强消化道 动，有助于食物消
化。多酚类化合物更能减少胃溃疡出血，保
护消化系统，发挥正常的消化功能。
功效 作用机理
消毒灭菌作用
儿茶素类化合物对伤寒杆菌，副伤寒杆菌，
葡萄球菌，金黄色链球菌，痢疾杆菌等多种
病原菌都有明显的抑制作用。
降血脂
抗动脉粥样硬化
绿茶具有降低血液中胆固醇的作用，还有软
化血管的功效。
降低血压
儿茶素类化合物对血管紧张素 I转化酶活性
有明显抑制作用，并能使血管壁松弛，增加
血管的有效直径，从而使血压下降。
降低血糖 茶叶中的复合多糖，儿茶素类化合物具有类
似胰岛素的作用，有明显的降糖效果。
抗衰老、抗癌变、
清除自由基
维生素 C、维生素 E具有增强抵抗力，延缓
衰老的作用，儿茶素类化合物具有明显的抗
氧化活性，可以消除自由基，阻断致癌物亚
硝胺的合成。
健齿防龋作用 多酚类化合物可以杀死齿缝中龋齿细菌，氟
化合物更具有健齿防龋作用。
明目作用 维生素 C可以防止白内障，维生素 A可预防
夜盲症。
对重金属毒
害的解毒作用
对水中的镉、钴、铜、镍、铅等重金属具有
非常彻底的吸附效果，茶汁能使汞离子沉淀。
茶对防辐射伤害, 减轻吸烟对人体的毒害, 预防体
内结石, 防止各种维生素缺乏等方面都具有明显而神奇
的作用 。
低温速溶茶晶来替代原有的茶叶 。
茶叶中有效活性成分作为医疗, 饮料, 保健品, 食
品添加剂等方面的主要原料, 其市场前景十分广阔 。
3.2 汽水
溶解 ?过滤 ?配制 ?精滤 ?混合 ?泠却 ?加气 ?装瓶 ?
CO2
检查 ?成品
① 桔子汽水 (芬达 )
原料 白砂糖 柠檬酸 糖精 苯甲酸钠 柑桔酱 桔子香精 水
配方 /kg 100 1.4 0.1 0.15 2 1.5 余量
含气量：容积倍数 1.5～ 2.5
② 可乐饮料
原料 白砂糖 苯甲酸钠 可口香精 可乐色素 水
配方 /kg 115 0.17 0.67 0.3 余量
含气量：容积倍数 3.5～ 4
③ 白柠檬汽水
原料 白砂糖 柠檬酸 苯甲酸钠 柠檬香精 水
配方 /kg 90-120 1.25-3.1 0.15 0.75-1.5 余量
含气量：容积倍数 3.5～ 4
CO2的作用：
（ a） 清凉作用
H2CO3 ＝ CO2? ＋ H2O CO2 逸出把热带出来；
（ b） 阻碍微生物生长, 延长货架寿命；
（ c） 突出香味, CO2逸出时能带出香味；
（ d） 有舒服的刹口感, 产生特殊风味 。
趣题讨论 4-8：神秘的可口可乐
100多年以前, 美国有个名叫约翰 ·斯蒂斯 ·彭伯顿的制
药公司老板, 总想创造一直有提神, 解乏, 治头痛功效
的药用糖浆 。 1886年 5月的一天, 彭伯顿躲在实验室里
又开始设计着新的配方, 他将几种能提神, 止渴, 清心
的药剂糖浆混合在一起, 然后放入一些可乐果, 古柯叶
和一种从南美洲植物的提取物, 再加入少量咖啡因, 糖
,磷酸, 搅拌后意外地得到了诱人的墨绿色混合剂, 而
且其味道相当好, 这就是最早的, 可口可乐, 饮料了 。
现在世界上每天要喝掉几亿瓶可口可乐, 然而知道
可口可乐这一秘方的人据说还不超过 10个 。 其实它的 99
％ 以上配料是碳酸水, 糖, 磷酸, 咖啡因, 焦糖药剂少
量的古柯叶和可乐果的提取物 。 可口可乐饮料是几种物
质的混合物, 可能还包含了很复杂的化学反应 。
3.3 果汁
果汁型汽水, 指含 2.5％ 及 2.5％ 以上天然果汁的碳
酸饮料 。
果味型汽水是以食用香精为主要赋香剂的碳酸饮料 (
包括 2.5％ 以下的天然果汁的饮料 )。
3.4 豆奶
必需氨基酸 豆奶 牛奶 理想
异亮氨酸 5.3 6.3 4.0
亮氨酸 8.8 10.0 7.0
赖氨酸 6.5 8.1 5.5
蛋氨酸＋胱氨酸 2.5 3.5 3.5
苯品氨酸＋酪氨酸 8.0 10.3 6.0
苏氨酸 4.9 4.5 4.0
色氨酸 1.3 1.4 1.0
颉氨酸 5.0 6.9 5.0
4 水资源开发与利用
存在形式 水量 (10 9 m 3) 占总水量比例 /％
海洋 1320 000 000 97.3
大气 13 000 0.001
淡水湖 125 000 0.009
盐湖和内海 104 000 0.008
河流 1250 0.0001
地下水 8 350 000 0.61
土壤水和渗流水 67 000 0.005
冰冠和冰川 29 200 000 2.14
总计 1360 000 000 100
地球上水的分布
水大部分分布于海洋, 海水是一种稀电解质溶液 。
海水中各种离子的含量 (g/kg海水 )
离子 含量 离子 含量 离子 含量
Cl- 19.35 Ca2+ 0.41 H2BO3- 0.027
Na+ 10.76 K+ 0.40 Sr2+ 0.008
SO42- 2.71 HCO3-,CO32- 0.106 F- 0.001
Mg2+ 1.29 Br- 0.067 总离子 35.129
淡水湖, 咸水湖, 盐湖的总溶盐浓度比海水低得多,
所含主要离子与海水并不相同, 最常见的阳离子是 Ca2+
而不是 Na+,最常见的阴离子是 HCO3-而不是 Cl-。
4.2 我国的水资源特点
河川径流量约 2.6万亿米 3,地下水资源约 0.7万亿米
3,扣除重复部分, 总水资源约 2.7万亿米 3,仅次于巴西
,前苏联, 加拿大, 美国和印尼, 居世界第六位 。
人均占水量仅 2670米 3/人, 是世界人均占水量的 1/4;
耕地亩均占水量仅 1752米 3/亩, 只有世界人均占水量的
2/3左右, 水资源并不丰富,加之时空分配不均, 水资源
可用量的比重较小 。
南方, 长江, 珠江, 东南沿海和西南沿海等流域,
年径流量占全国 82％, 耕地面积只占 38％, 人口约占全
国 54％ 。
水资源特点：南方水多, 耕地少, 北方水少, 耕地
多, 矿产资源又丰富, 水土资源组合极不平衡, 北方地
区水资源严重缺乏 。
北方, 淮河, 黄河, 海滦河, 东北和西北内陆诸河,
年径流量只占全国的 18％, 而耕地面积却占 62％, 人口
占 40％,尤其是海滦河和淮河地区,水量只占全国 4％,
而人口和耕地面积都占全国 27％ 。
降水量在时程分配上极不均匀, 大部分地区处于季
风气候区, 降水量主要受季风气候的强弱和进退影响,
导致降水量年际变化大, 年内分配又高度集中 。 许多地
区雨水过分集中, 形成汛期大量排水, 非汛期严重缺水,
水资源总量中的可利用率较小, 某些地区旱涝频繁 。
500多个城市中,有 300多个缺水,100多个严重缺水 。
4.3 水资源开发与利用
① 水资源的合理利用
② 海水淡化
i 蒸馏法
ii 凝固法, 海水喷入一个真空容器, 海水的蒸发,
并形成冰晶 。
iii 离子交换技术
iv 反渗透法
v 电渗析法
离子交换半透膜：阳离子交换膜只容许阳离子透过
而排斥阴离子, 而阴离子交换膜只容许阴离子透过而排
斥阳离子 。
把阳离子膜和阴离子膜间隔排成若干间隔, 在两侧
电极上通入直流电, 在电场推动作用下工作, 就构成电
渗析器 。
从含盐量 35000毫克 /升的海水可直接淡化到含盐量
500毫克 /升以下,从咸水处理变成淡水的应用更为普遍 。
③ 水力资源的开发
海洋能资源利用：波浪能, 潮汐能, 海洋热能, 海
流能及盐度差能等的利用 。
对水污染不加控制, 或者控制不力, 将严重威胁中
华民族 13亿人口的生存 。
水－生命的源泉, 请节约用水 。
