学生研究性学习报告单

 

第二篇：化学研究性学习报告

                      水中的化学

水是生命之源，万物生灵与水息息相关。地表水、地下水、饮用水在我们现在的学科中也是耳熟能详。关于其中的化学大家也已在化学课上有所接触。可关于这些化学成分的具体情况，估计大家也不是十分了解。所以，我们组便以此为课题展开了些研究。主要以酒泉地区的工业重地——玉门为主体，并将其扩展至酒泉地区以至整个河西走廊。以下为我们的研究成果：

提纲：

①  对酒泉地区水体、水质的总体概括。

②  天然水化学成分的研究。

③  生产、生活用水化学成分的研究。

④  水与人体健康。

⑤  热门环境问题对河西走廊水的影响。

分析方式：

①  总体论述。

②  特地数据、资料。

③  数据、资料的分析。

④  疑点问题。

⑤  特别地方的特别指出。

⑥  总述。

一、         对酒泉地区水体、水质的总体概括：

为方便下文对水质的论述，这里引入国家对水质的一种划分标准：

（国标《地下水质量标准（GB/T1484—92）》）

   查阅部分水文资料整理得到，经综合评价，区内地下水水质的优劣与其水平分带性基本相同，即花海盆地的北山山前带为水质最差区，向南逐步好转。玉门市（现玉门老市区）、玉门镇（现玉门市）、昌马所处的赤金盆地、玉门盆地、昌马盆地属于可饮用或基本可饮用的地下水。花海盆地东南部以及石油河沿岸为可饮用或基本可饮用的地下水，其余地段则不宜饮用。引起水质变差的成份主要是硫酸盐、氯化物、氟化物；总硬度等。

地下水质与综合评价相符，愈向南水质越好，对北山附近水质较差处采查水样，采样水点中有七处为Ⅳ类水（较差水），有二十八处为Ⅴ类水（极差水），其余均为Ⅰ类、Ⅱ类水，可放心饮用及用于各种用途。其中，Ⅳ类水多含总固体、铁、硫酸盐等。Ⅴ类水主要成分有总硬度、总固体；硫酸盐、氯化物、硝酸盐、氟化物等，矿化度（g/L）从0.840——6.486不等。

关于地表水，在玉门境内的四条河流中，只有石油河在豆腐台以下流经工业市区，被上游河道排放的工业废水污染，水质由天然冰雪融水变成了劣Ⅳ类水（黑色水），经多方治理，至20##年以来，石油河水环境质量恢复其使用水体功能，上升为Ⅲ类水；其它河流水质均为天然的祁连山冰雪融水，是优质的农业灌溉水源。

特别提出，外人较为熟知的干海子（河西走廊的一个候鸟保护区）为Ⅴ类水，综合评价指数达到9.20，主要组分为：总硬度、总固体、硫酸盐、氯化物、氟化物。水化学类型主含：SO₄^2-、Cl^-、Mg²⁺、Na⁺等，矿化度达5.939（g/L）。

用于生活、生产用水的均为Ⅰ、Ⅱ类水，水中未含任何有毒成分，并未从资料中发现任何可致病物质。因为地下水的特性，该水质结果在未经大型工程或大型自然变革的情况下总体可保持几十年不变。

根据理论分析，酒泉地区的水质也十分优良，具体原因会在下个问题中提到。

二、         天然水化学成分的研究。

通过资料和采访，我们得到了天然水体中的主要化学成分，多含SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^2-、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等离子，少数含Fe²⁺、Fe³⁺以及固态铁。特别的是，我们发现了书上以及平时观念中没有想到的氟化物。以下是关于这些物质的分析：

酒泉地区地下水分为基岩裂隙水、碎屑岩类型裂隙孔隙水和疏松岩类孔隙水三类，其中，光玉门地区综合补给量平水年为5.77亿立方米，中等干旱年为5.23亿立方米，地下水的开采量为补给量的50％左右。

从地理课上，我们已经对各种岩类有了一些初步的认识。众所周知，这些岩类富含大量矿物，其中也包括很多可溶性盐。在地下长期承压加大了这些盐的溶解度，而上述数据给出的地下水流通一方面增加了这些盐的溶解，在另一方面也降低了各物质的浓度，所以就有了我们所熟知的水中的微量矿物成分。

因为地下水成分相较地表水受人为干扰少一些，这里分析完地下水再来讨论讨论地表水。说到河西走廊的水，不得不提一山一河，及祁连山和疏勒河。美丽的月光杯的原料就产自祁连山，而常年的积雪更是这里水的源头。疏勒河做为全国唯一一条自东向西流的河也算是标新立异，更重要的是在被地理书上划为干旱、半干旱区，水资源极度贫乏、贫乏区的河西走廊西北部，也就是我们生活的地方中的我们并没有感觉到多少用水压力，疏勒河也功不可没。

可以说，大部分水体都含SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^2-、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等，和地下水化学成分成因类似，主要为矿物盐溶解形成。可也有从水的源头带来的。我们生活的地方的主要供水为祁连山冰雪融水，水质良好，受人为干扰相对较少，带来的岩类溶解主要为祁连山矿物融水（大家都知道祁连山盛产祁连玉，不过万幸，这种玉不溶~）。

大家意识中应该存在的CO₃^2-在各种资料中都没有提到，取而代之的就是HCO₃^2-，不过经询问得知，一是CO₃^2-并不稳定，二是在水中以离子形式出现与其他离子混在一起，并不像我们知道的那样分的很清楚，三是分类方式的不同，所以便出现了这种情况。还有就是Ca SO₄等沉淀的问题。实际生活中，并不是像化学课中那样分的十分概念化，Ca SO₄本就是微溶物质，在大量水的荡涤下自然会慢慢溶解，而就是不溶解的部分，在泥沙遍布的河床上也可以忽略不计。至于水中的石头刚拿上来时多有一层粘膜，主要原因是水中的各种生物造成的（肉眼看不见的各种生物）。

不知道是幸还是不幸，西北地区较为落后，加之自然条件和人文关系的影响，这里的工业不像东南、东北那些地区一样发达，工厂较少，而且一般都没什么规模。河西走廊更是受地理条件限制，工业并不如其他工业区一般。也许大家看到附近的大烟囱和排水管会有点担忧，可其实真正的工业密集地的仗势恐怕大家都无法想象。这里为大家所熟知的工业主要为嘉峪关的部分工业、酒泉钢铁工业、玉门石化工业和部分其他工业。可其实在花海盆地等地方还有一种盐类加工业，部分地区分布着较多的建筑原料生产工业，主要生产水泥等建材。主要的盐为NaS（部分地区的人管它也叫碱）。

主要污染除了工业还有农业。除了熟知的农药化肥等的污染还有畜牧业的。当河水经过养殖场时会带走大量的粪便以及用于农舍消毒的消毒剂，虽然河水具有自净功能，但短途中效果并不明显。

这里的水体污染主要是硫酸盐、氯化物、总硬度、氟化物等。其实就是水中的化学成分“有点”超标，加上一些不可溶的颗粒物，使水质迅速下降。这里的生态本就属于脆弱区，所以危害会迅速扩大。不过因为之前说到的原因，这并不十分严重，可也正因为之前说到的原因，一旦有严重危害发生，想治理也不太容易。

酒泉地区的工业产值80％来自玉门，所以酒泉地区的水质良好。

各种工、农业的原理在平时的学习生活中大家也多有接触，就不细说了。可令人费解的是极少数地区水中的氟化物。虽然与氯同属卤族元素，可在水中含有还是很让人纳闷。据推测，可能与含氟矿物有关。可惜通过各种方法都没找到具体原因，只得使这个问题遗留。

三、         生产、生活用水化学成分的研究：

（1）生产用水：

生产用水化学成分和地表水成分基本相同，但根据不同需要会做不同的处理。一般来说，Ⅳ类水之上的所有水都可以用作生产用水。Ⅳ类水在某些对水质要求不高的方面也可直接或处理后使用。

通常情况下，对生产用水的处理很简单，一般先经过沉降除杂，再稍稍进行杀毒就可以了。某些工业还会为保证产品纯度，对水中可能会影响生产的化学成分进行剔除，基本方式与课本一样，但现实生活中优先考虑成本。在成本过大的情况下，某些工厂甚至会选择不除杂（这些工厂就是接二连三被曝光可依然存在的低效率、高耗能工厂）。

种植业为保证土壤适宜农作物成长可能会添加一些添加剂用于改变水性或PH值。将不适宜农作物生长的成分剔除，对水进行改良。有时这些添加物可能会变成造成水体污染的原因之一。但多数情况会加快农作物的成长或增加抗虫、抗病效果，在水中加入一些适宜的添加剂是个提高生产率的不错选择。畜牧业也是一样，有的甚至直接在牲畜的饮用水中添加一些营养物质。但最主要的，还是除去有害化学物质和微生物，保证不对生产生活造成影响。

现在对于水的处理的成分要比想象的复杂，各种有机、无机添加剂都有，除降解多用明矾外，其他添加剂因为生产需要、目的的不同和成本考虑方面的不同而多种多样，这就需要以后在接触到此类方面事物时多留意和总结了。

（2）生活用水：

生活用水的化学成分与地下水质基本相同，一般来说Ⅲ类水之上的水经过处理都可以用作生活用水，而我们还是很幸福的，我们这个地方现在的饮用水最低也是Ⅱ类水。

对于生活用水的处理与我们所学到的差不多。只不过最先的步骤里加了一个成本很低、效率却显著的“过沙”。这个步骤属于物理净化，将水引入不同密度的沙池可以迅速滤掉大量不溶杂志，比沉降的效率大很多，但是沉降这个步骤却不可缺少。而且“过沙”并不是全物理过程，通常会在不同的沙池里加入不同的药剂，既可以辅助过滤不可溶杂质，又可以去掉某些超标化学成分，大大提高了效率而且降低了成本。可惜的是，我们没有得到准确的药剂组分，而且那些药剂往往不是单一溶液，成分较为复杂。（不过，里面肯定有消毒剂~）

接下来就是通氯气等等我们熟知的步骤。所以，生活用水中含有SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^2-、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、ClO^-，还有一些有机成分和微生物。而且含量都极小，Mg²⁺、Ca²⁺等离子则决定了水的硬度。平时的水垢是SO₄^2-、HCO₃^2-等去H⁺后与部分金属离子结合生成沉淀盐的结果。

与生产用水类似，生活用水在完成净化标准的基础上优先考虑成本。

四、         水与人体健康

   人体的化学组分在化学书里有详细的图，这里就不细说。关于水中的化学成分对于人体的影响相信大家都有一些了解。

（1）生物：

其实水对人体的影响在工业繁盛以前一直都是因为一些生物。如曾经名掣全国的吸血虫、肠寄生等等，都是很好的例子。家长不让小孩喝生水的主要原因也是水中含有大量的微生物，在未经加热的情况下这些活蹦乱跳的微生物带来的后果可不是拉肚子那么简单，很多疑难杂症最后查出都与微生物有关系。

而水中的化学环境对微生物的生长有着密切关系，如水中氧的溶解度就和水中的喜氧、厌氧菌类有着很大关系，而一些盐类也可促进微生物的成长与繁衍。所以所有的污水处理和水加工场都有杀菌消毒这一环节，而平时我们也通过烧水来达到这一目的。

（2）重金属：

    日本的一个小镇突发怪病，家猫集体跳海。后来这个小镇已经看不到多少猫的身影了。但猫的死并没有结束怪事的发生，人逐渐也得了怪病，痛苦的不能吃饭，脱发、混身刺痛。后来查出，原来是工厂排放的废水中Pb含量超标。而人们长期与这些水接触，引发了怪病。

同样是在日本，有一段时间人们突然全部得了一种怪病，全身肌肉痉挛，混身刺痛，有的人因为肌肉抽搐而失语。一些人因为受不了这样的痛苦而自杀，一时间到处都是自杀寻求解脱的人们。后经研究同样是工业的问题，而这次是Hg。

可见重金属废水对人体的危害及其巨大。

（3）氟化物：

虽然关于氟化物的研究并不清楚，可含超标氟化物的水对人体的危害确实明显的。长期饮用氟化物超标的水会增加致癌几率，而最明显的危害则是腐蚀牙齿。只需几个月，原来一口洁白的好牙就会在氟化物的侵蚀下边黑，并易得其他牙病。而北山——花海盆地的水刚好就含有这类物质。

总的来说，水中的化学组分与人的生活密切相关。随着科技的不断发展，人们与真理与事情的本质越来越接近，人们就更加认识到“水健康”的重要性。河西地区的水利方面面临着诸多问题，可通过一代又一代人的不懈努力，我们的生活在变的越来越好，而关于对水中的化学的探索，相信也永远不会停止……

五、         热门环境问题对河西走廊水的影响。

温室效应是一种因CO₂的含量增加而影响地球热的收支平衡，升高地球温度的现象。是现在的热门环境话题之一。这种现象主要由于CO₂的含量增加而出现，但在水中，因为碳酸易分解，所以碳酸盐的形成和消失一直是平衡的。可温度升高却对本地造成了严重影响。本地饮用水主要为祁连山冰雪融水，温室效应的效果在这里尤为明显。经采访相关人士，祁连山雪线明显上升，因受地形和岩质等其它因素影响，从几米到几十米不等。这导致的结果就是有限的祁连山积雪失去流动平衡，消耗量逐渐增大可形成量逐渐减少，直接、间接的影响到了本地城市的发展。

在我们的研究报告中，相信大家对我们身边的水化学有了更进一步的了解，知道了一些有趣的知识。但同时，我们也发现了一些问题。对于这个大自然中的生命之源，我们会有更多的了解，创造一个和谐的“水世界”。