中心主题：水
一级分支 1: 水的基本属性
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1 物理性质
- 化学式: H₂O
- 状态: 固态 (冰)、液态 (水)、气态 (水蒸气)
- 密度: 4°C 时密度最大 (1 g/cm³)，冰的密度比水小 (因此浮在水面)
- 比热容: 极高，能吸收和释放大量热量而温度变化不大 (调节气候)
- 汽化热: 极高，蒸发时能吸收大量热量 (用于人体降温)
- 表面张力: 在分子间作用下形成 (使水滴呈球形,昆虫可在水面行走)
- 溶剂能力: “万能溶剂”，能溶解许多物质 (离子化合物、极性分子)
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2 化学性质
- 极性分子: 氧原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷
- 氢键: 分子间存在强大的氢键，解释了其高沸点、高比热容等特性
- 弱电解质: 能微弱电离成 H⁺ 和 OH⁻ 离子，溶液 pH=7 (中性)
- 化学反应:
- 与活泼金属反应 (如 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑)
- 与非金属氧化物反应 (如 CO₂ + H₂O → H₂CO₃)
- 作为反应物参与光合作用 (6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂)
一级分支 2: 水的分布与循环
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1 地球上的分布
- 海洋: 占地球水资源的 96.5%
- 冰川与冰盖: 占 1.74%，是最大的淡水库
- 地下水: 占 1.7%，是重要的淡水资源
- 地表水: 湖泊、河流、沼泽等，占 0.01%
- 大气水: 以水蒸气、云、雨等形式存在，占 0.001%
- 生物水: 存在于所有生物体内
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2 水循环
- 蒸发: 太阳能使地表水 (海洋、湖泊、河流) 变成水蒸气
- 蒸腾: 植物根部吸收水分后，通过叶片释放到大气中
- 凝结: 水蒸气在高空遇冷，凝结成小水滴或冰晶，形成云
- 降水: 云中的水滴或冰晶变大后，以雨、雪、冰雹等形式降回地面
- 径流: 降水在地表流动，汇入河流、湖泊，最终回归海洋
- 下渗: 降水渗透到地下，补充地下水
一级分支 3: 水与生命
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1 对生命的重要性
- 生命之源: 所有已知生命都离不开水
- 细胞组成: 是细胞的主要成分 (约占 70-80%)
- 生化反应介质: 是细胞内所有生化反应的场所
- 营养物质运输: 溶解并运输营养物质和氧气
- 体温调节: 通过出汗和呼吸蒸发散热
- 润滑与保护: 关节液、唾液、脑脊液等起润滑和保护作用
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2 人体中的水
- 占比: 成年人体体重的 60-70%
- 分布: 血液 (83%)、肌肉 (76%)、大脑 (74%)、骨骼 (22%)
- 功能: 维持细胞形态、调节体温、运输物质、排泄废物
- 水平衡: 摄入 (饮水、食物) = 排出 (排尿、排汗、呼吸、粪便)
一级分支 4: 水与生态系统
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1 陆地生态系统
- 决定生物分布: 水分是决定植被类型 (森林、草原、沙漠) 的关键因素
- 影响生物多样性: 湿地是生物多样性最丰富的生态系统之一
- 能量流动: 水是植物进行光合作用的基础，是能量流动的起点
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2 水生生态系统
- 海洋生态系统: 覆盖地球大部分表面，孕育了最丰富的生命形式
- 淡水生态系统: 包括河流、湖泊、池塘等，对维持全球水循环至关重要
- 关键角色: 为鱼类、两栖动物、水生植物等提供栖息地
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3 水污染
- 来源: 工业废水、农业化肥农药、生活污水、石油泄漏、塑料垃圾
- 类型:
- 物理污染: 热污染、悬浮物
- 化学污染: 重金属、有机毒物、酸雨
- 生物污染: 病原体、藻类爆发 (富营养化)
- 影响: 破坏生态平衡、危害人类健康、影响工农业生产
一级分支 5: 水与人类社会
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1 水资源利用
- 生活用水: 饮用、洗涤、清洁
- 农业用水: 全球最大用水户 (约占 70%)，用于灌溉
- 工业用水: 用于冷却、清洗、作为生产原料 (如饮料、化工)
- 能源生产: 水力发电、核电站冷却
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2 水文化
- 哲学与宗教: “上善若水”、“水往低处流” (谦卑)、“水滴石穿” (坚韧)
- 文学艺术: 诗歌 (如“君不见黄河之水天上来”)、绘画、音乐中水的意象
- 节日与习俗: 泼水节 (傣族)、元宵节 (观灯、猜灯谜,与水相关)
- 水利工程: 都江堰、京杭大运河、三峡大坝
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3 水资源管理
- 挑战: 水资源短缺、分布不均、污染严重、浪费现象
- 解决方案:
- 节水技术: 滴灌、循环用水
- 污水处理: 中水回用
- 跨流域调水: 如中国的“南水北调”工程
- 法律法规: 制定水资源保护法、排污标准
- 公众意识: 倡导节约用水，保护水源地
一级分支 6: 水的形态与应用
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1 常见形态
- 液态: 饮用水、海水、雨水
- 固态: 冰、雪、冰雹
- 气态: 水蒸气、云、雾
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2 工业应用
- 溶剂: 用于清洗、化工生产
- 冷却剂: 用于发电厂、工业设备
- 反应介质: 许多化学反应在水溶液中进行
- 高压水射流: 用于切割、清洗表面
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3 日常应用
- 饮用与烹饪
- 清洁与洗涤
- 消防
- 娱乐: 游泳、漂流、冲浪
一级分支 7: 水的挑战与未来
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1 全球挑战
- 水资源危机: 超过 20 亿人生活在水资源高度紧张的国家
- 气候变化: 导致干旱、洪水等极端天气事件频发
- 水污染加剧: 塑料微粒、新型化学污染物成为新威胁
- 水资源冲突: 跨境河流可能引发国际争端
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2 未来展望
- 海水淡化: 技术进步使其成本降低，成为解决淡水短缺的重要途径
- 水资源循环利用: “零排放”和“水银行”概念
- 智慧水务: 利用物联网、大数据进行水资源精细化管理
- 可持续发展: 实现水资源、经济、社会的协调发展
