水的反常膨胀 和 鱼的关系水有一个特性,在0-4℃反常膨胀,这就使得结冰都是从水的表面开始的,所以鱼可以生活在冰面一下.

一般物质由于温度影响,其体积为热胀冷缩.但也有少数热缩冷胀的物质,如水、锑、铋、液态铁等,在某种条件下恰好与上面的情况相反.实验证明,对0℃的水加热到4℃时,其体积不但不增大,反而缩小.当水的温度高于4℃时,它的体积才会随着温度的升高而膨胀.因此,水在4℃时的体积最小,密度最大.湖泊里水的表面,当冬季气温下降时,若水温在4℃以上时,上层的水冷却,体积缩小,密度变大,于是下沉到底部,而下层的暖水就升到上层来.这样,上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置,整个的水温逐渐降低.这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止.当水温降到4℃以下时,上层的水反而膨胀,密度减小,于是冷水层停留在上面继续冷却,一直到温度下降到0℃时,上面的冷水层结成了冰为止.以上阶段热的交换主要形式是对流.当冰封水面之后,水的冷却就完全依靠水的热传导方式来进行热传递.由于水的导热性能很差,因此湖底的水温仍保持在4℃左右.这种水的反常膨胀特性,保证了水中的动植物,能在寒冷季节内生存下来.这里还应注意到,冰在冷却时与一般物质相同,也是缩小的.受热则膨胀,只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来.

水的反常膨胀是因为水在形成固体时分子和分子之间（水是分子晶体）形成了氢键（必须有氢才能形成氢键）,除水外还有甲烷、氨气等可形成氢键.
注：氢键并不是化学键的一种,他只是分子间的作用力,是一种弱力.

（1）一般情况下,物质都有热胀冷缩的特性.即同种状态的同种物质,温度越高,体积越大.当然了,密度也越低.
（2）就水而言,有“反常膨胀”现象.但并不是说水都是热缩冷张的,只是在一定的温度范围内,有反膨胀现象.
（3）4℃是“反膨胀”现象的一个分界点.即0-4°C的水是热缩冷张的.而4-100°C的水是热胀冷缩的.
由此看来,你观察到的生活中的现象——暖气系统里的水,温度越高水位越高.是正确的.
补充知识：
△ 水的反常膨胀：4℃密度最大.就是说,同样质量的水,4℃体积最小.
△ 水的反常膨胀的定义：4℃的水的密度最大.温度高于4℃时,随温度的升高,水的密度越来越小；温度低于4℃时,随温度的降低,水的密度也越来越小.水凝固成冰时体积变大,密度变小.把水的这个特性叫做水的反常膨胀.
大致解释一下,就是水分子在4度以下会靠分子间的氢键形成笼状的结构,而且温度越低这种笼状结构的体系长得越大,在固态水——也就是冰里表现得最完美.这种笼状结构是水分子之间的一种重新排列,这种排列拉大了分子间的距离,所以水会热缩冷胀.
由于水分子是极性很强的分子,能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）.液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子,最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3,前者称为双分子缔合水分子.物质的密度由物质内分子的平均间距决定.当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在（在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的增高而加大.）,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大.如果温度再继续升高在3.98℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了.水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键),这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小.

水是非常奇妙的一种物质,水在0~4℃之间是“反常膨胀”的,即温度升高,水的体积反而减小.因此,同体积不同温度的水,4℃时最重,而且水和冰传热都很慢.如果气温为-15℃,河里结了冰,则冰的上表面的温度为(0)℃,冰的下表面温度为(-3)℃,而河底的水温大约为(4)℃,这样水里的鱼类因有水的庇护而能安全越冬.
下面的一般抄我的

解题思路：温度能够改变物质的密度，事实表明，4℃的水的密度最大．温度高于4℃时，随着温度的升高，水的密度越来越小；温度低于4℃时，随着温度的降低，水的密度也越来越小．水凝固成冰时体积变大，密度变小．人们把水的这个特性叫做水的反常膨胀．

水在4℃时密度最大，因此水的温度由0℃上升到4℃的过程中密度逐渐增大，由4℃升高到10℃的过程中密度逐渐减小，
故选D．

点评：
本题考点： 密度及其特性．

考点点评： 此题考查的是我们对于水密度的了解．要知道4℃的水的密度最大，此题是一道基础题．

在一般情况下,当物体的温度升高时,物体的体积膨胀、密度减小,也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象.然而水在由0℃温度升高时,出现了一种特殊的现象.人们通过实验得到了如图2－3所示的P－t曲线,即水的密度随温度变化的曲线.由图可见,在温度由0℃上升到4℃的过程中,水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的合过程中,水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大.水在0℃至14℃的范围内,呈现出“冷胀热缩”的现象,称为反常膨胀.水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释.
水在摄氏4度时密度最大之谜
多年来,科学家通过理论计算与实验,一直在进行水的非晶态多样性研究.水通常在摄氏零度时结冰.但水在摄氏零度以下时也可保持液体状态,称作过冷却水.当过冷却水到达临界点以下时就会分离出两种状态,既低密度水和高密度水.与此相对应,也存在低密度和高密度两种非晶态冰.由于水在低温时易于结冰,也由于没有非晶态冰之间互相转移的现存理论,水的非晶态多样性学说存在很多争论.其中之一就是两种密度的非晶态水是否会发生连续转移.
日本科学家的这项研究,观察了高密度非晶态冰（HDA）向低密度非晶态冰（ LDA）变化的过程.发现 H DA在零下158摄氏度以下时整体均一膨胀,在零下158摄氏度时随着不均一的体积变化迅速向 L DA转移.在转移过程中,出现两种成分共存状态,随着时间推移,H DA和LDA逐渐分离.研究证实,低温下两种水之间的转移是不连续的.
科学家认为,这项研究成果是揭开水领域各种问题的重大突破,将对今后过冷却水等研究产生重大影响,同时将带动对同温层中的云的研究及在冰点下活动的动植物细胞内存在的过冷却水的研究.如果今后能够控制这两种水的临界点,就可以自由控制水的结晶,对人类控制地球环境和开发生物冷却保存技术极有价值.
和氢键有关
液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等,当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大.如果温度再继续升高在3.98℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了.水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键),如图所示.这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小.
另外,拆散缔合分子需要消耗一定的能量,这也足以说明为什么水有较大的比热的缘故
这里所说的“缔合分子”就是因为氢键而形成的.
氢键形成的主要原因是阴离子夺取电子的能力很强,使非同分子的氢原子也向它靠近,它是一种比分子间作用力强的多的力,因而可以使很多分子集中在一起,形成超大规模的分子集团,可使物质的融沸点升高.

水的反常膨胀使水在4度左右时密度最大.这样,当冬天水不断降温,直至结冰时,水的表层是0度甚至以下,但由于密度小于4度水,始终浮在水面,而水的底层始终保持4度,并且和冰冷的空气隔绝.
这使得水中生物在冬天也有一个相对稳定的环境,不会受冻害甚至被冻进冰块

在一般情况下,当物体的温度升高时,物体的体积膨胀、密度减小,也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象.然而水在由0℃温度升高时,出现了一种特殊的现象.人们通过实验得到了如图2－3所示的P－t曲线,即水的密度随温度变化的曲线.由图可见,在温度由0℃上升到4℃的过程中,水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的合过程中,水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大.水在0℃至14℃的范围内,呈现出“冷胀热缩”的现象,称为反常膨胀.水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释.
水在摄氏4度时密度最大之谜
多年来,科学家通过理论计算与实验,一直在进行水的非晶态多样性研究.水通常在摄氏零度时结冰.但水在摄氏零度以下时也可保持液体状态,称作过冷却水.当过冷却水到达临界点以下时就会分离出两种状态,既低密度水和高密度水.与此相对应,也存在低密度和高密度两种非晶态冰.由于水在低温时易于结冰,也由于没有非晶态冰之间互相转移的现存理论,水的非晶态多样性学说存在很多争论.其中之一就是两种密度的非晶态水是否会发生连续转移.
日本科学家的这项研究,观察了高密度非晶态冰（HDA）向低密度非晶态冰（ LDA）变化的过程.发现 H DA在零下158摄氏度以下时整体均一膨胀,在零下158摄氏度时随着不均一的体积变化迅速向 L DA转移.在转移过程中,出现两种成分共存状态,随着时间推移,H DA和LDA逐渐分离.研究证实,低温下两种水之间的转移是不连续的.
科学家认为,这项研究成果是揭开水领域各种问题的重大突破,将对今后过冷却水等研究产生重大影响,同时将带动对同温层中的云的研究及在冰点下活动的动植物细胞内存在的过冷却水的研究.如果今后能够控制这两种水的临界点,就可以自由控制水的结晶,对人类控制地球环境和开发生物冷却保存技术极有价值.
和氢键有关
液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子(H2O)2和(H2O)3等,当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以(H2O)2缔合分子形式存在,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大.如果温度再继续升高在3.98℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了.水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键),如图所示.这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小.
另外,拆散缔合分子需要消耗一定的能量,这也足以说明为什么水有较大的比热的缘故
这里所说的“缔合分子”就是因为氢键而形成的.
氢键形成的主要原因是阴离子夺取电子的能力很强,使非同分子的氢原子也向它靠近,它是一种比分子间作用力强的多的力,因而可以使很多分子集中在一起,形成超大规模的分子集团,可使物质的融沸点升高.

水在__4___摄氏度密度最大,所以水在___0__摄氏度到___4__摄氏度属于“热胀冷缩”,即反常膨胀.

密度是物质的一种特性.不同物质密度一般不同,同一种物质的密度是不变的.但对某具体物体来说,若发生热胀冷缩或物态变化,密度会随之改变.
水的反常膨胀及其微观解释
　　在一般情况下,当物体的温度升高时,物体的体积膨胀、密度减小,也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象.然而水在由0℃温度升高时,出现了一种特殊的现象.人们通过实验得到了如图2－3所示的P－t曲线,即水的密度随温度变化的曲线.由图可见,在温度由0℃上升到4℃的过程中,水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的合过程中,水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大.水在0℃至14℃的范围内,呈现出“冷胀热缩”的现象,称为反常膨胀.水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释.
　　物质的密度由物质内分子的平均间距决定.对于水来说,由于水中存在大量单个水分子,也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子,而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大,所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定.具体地说,水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定.当温度升高时,水分子的热运动加快、缔合作用减弱；当温度降低时,水分子的热运动减慢、缔合作用加强.综合考虑两个因素的影响,便可得知水的密度变化规律.
在水中,常温下有大约50％的单个水分子组合为缔合水分子,其中双分子缔合水分子最稳定.图2－4为双分子、三分子、多分子缔合水分子的示意图.
　　多个水分子组合时,除了呈六角形外（如雪花、窗花）,还可能形成如图2－5所示的立体形点阵结构（属六方晶系）.每一个水分子都通过氢键,与周围四个水分子组合在一起.图中只画出了中央一个水分子同周围水分子的组合情况.边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子组合,形成一个多分子的缔合水分子.由图可知,缔合水分子中,每一个氧原子周围都有——4个氢原子,其中两个氢原子较近一些,与氧原子之间是共价键,组成水分子；另外两个氢原子属于其他水分子,靠氢键与这个水分子组合在一起.可以看出,这种多个分子组合成的缔合水分子中的水分于排列得比较松散,分子的间距比较大.由于氢键具有一定的方向性,因此在单个水分子组合为缔合水分子后,水的结构发生了变化.一是缔合水分子中的各单个分子排列有序,二是各分子间的距离变大.
在液态水变成固态水时,即水凝固成冰、雪、霜时,呈现出缔合水分子的形状.此时,水分子的排列比较“松散”,雪、冰的密度比较小.
　　将冰熔化成水,缔合水分子中的一些氢键断裂,冰的晶体消失.0℃的水与0℃的冰相比,缔合水分子中的单个水分子数目减少,分子的间距变小、空隙减少,所以0℃的水比0℃的冰密度大.用伦琴射线照射0℃的水,发现只有15％的氢键断裂,水中仍然存在有约85％的微小冰晶体（即大的缔合水分子）.若继续加热0℃的水,随着水温度的升高,大的缔合水分子逐渐瓦解,变为三分子缔合水分子、双分子缔合水分子或单个水分子.这些小的缔合水分子或单个水分子,受氢链的影响较小,可以任意排列和运动,不必形成如图2－4、图2－5那样的“缕空”结构,而且单个水分子还可以“嵌入”大的缔合水分子中间.在水温升高的过程中,一方面,缔合数小的缔合水分子、单个水分子在水中的比例逐渐加大,水分子的堆集程度（或密集程度）逐渐加大,水的密度也随之加大.另一方面在这个过程中,随着温度的升高,水分子的运动速度加快,使得分子的平均距离加大,密度减小.考虑水密度随温度变化的规律时,应当综合考虑两种因素的影响.在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的增高而加大,为反常膨胀.
　　水温超过4℃时,同样应当考虑缔合水分子中的氢键断裂、水分子运动速度加快这两个因素,综合分析它们对水密度的影响.由于在水温比较高的时候,水中缔合数大的缔合水分子数目比较小,氢键断裂所造成水密度增加的影响较小,水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响,所以在水温由4℃继续升高的过程中,水的密度随温度升高而减小,即呈现热胀冷缩现象.
　　在4℃时,水中双分子缔合水分子的比例最大,水分子的间距最小,水的密度最大.

不能的
由于水分子是极性很强的分子,能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起）.
液态水,除含有简单的水分子(H2O)外,同时还含有缔合分子,最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3,前者称为双分子缔合水分子.物质的密度由物质内分子的平均间距决定.
当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H2O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101kPa)时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在（在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的增高而加大.）,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大.如果温度再继续升高在3.98℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了.水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键,两个氢键),这样一种排布导致成一种敞开结构,也就是说冰的结构中有较大的空隙

一般物质由于温度影响,其体积为热胀冷缩.但也有少数热缩冷胀的物质,如水、锑、铋、液态铁等,在某种条件下恰好与上面的情况相反.

有利于水中生物的生存

解题思路：温度能够改变物质的密度，事实表明，4℃的水的密度最大．温度高于4℃时，随着温度的升高，水的密度越来越小；温度低于4℃时，随着温度的降低，水的密度也越来越小．水凝固成冰时体积变大，密度变小．人们把水的这个特性叫做水的反常膨胀．

水在4℃时密度最大，因此水的温度由0℃上升到4℃的过程中密度逐渐增大，由4℃升高到10℃的过程中密度逐渐减小，
故选D．

点评：
本题考点： 密度及其特性．

考点点评： 此题考查的是我们对于水密度的了解．要知道4℃的水的密度最大，此题是一道基础题．

水的反常膨胀的性质:水在4℃时的密度最大,在4℃以上时,水是热胀冷缩的,但是,在3.98℃以下却会出现冷胀热缩的反常现象,0℃的冰和4℃时水的体积相比,大约胀大了11%.水结冰时的反常膨胀会使水缸冻裂.＜你将装满水的瓶子放进冰箱,结冻后取出,可看到水的反常膨胀!＞

因为水在温度高于4℃时,水为热胀冷缩,而0-4℃的水为热缩冷胀,即0-4℃间,温度升高,体积减小,温度降低,体积增大,由p=m/v,一定质量的水,无论是0-4℃时,还是高于4℃,低于0℃,都在4℃的体积是最小的,所以密度也是最大的.

在一般情况下,当物体的温度升高时,物体的体积膨胀、密度减小,也就是通常所讲的“热胀冷缩”现象.然
而水在由0℃温度升高时,出现了一种特殊的现象.人们通过实验得到了如图2－3所示的P－t曲线,即水的密度
随温度变化的曲线.由图可见,在温度由0℃上升到4℃的过程中,水的密度逐渐加大；温度由4℃继续上升的合
水的密度逐渐减小；水在4℃时的密度最大.水在0℃至14℃的范围内,呈现出“冷胀热缩”的现象,
称为反常膨胀.水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水分子理论予以解释.
水在摄氏4度时密度最大之谜