ХИМИЯ 7 ЧАСТЬ 2

Химические свойства воды

текает химическая реакция с образованием фосфорной кислоты H3PO4 (рис. 110):

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.

Испытаем растворы, полученные при взаимодействии CO2 и P2O5 с водой, индикатором метиловым оранжевым. Для этого прибавим по 1—2 капли

раствора индикатора к полученным растворам. Цвет индикатора изменится с оранжевого на красный, что говорит о присутствии кислоты в растворе. Значит, при взаимодействии CO2 и P2O5 с водой действительно образовались кислоты H2CO3 и H3PO4.

Оксиды, подобные CO2 и P2O5, которые при взаимодействии с водой образуют кислоты, относят к кислотным оксидам.

Кислотные оксиды — это оксиды, которым соответствуют кис- лоты.

Некоторые из кислотных оксидов и соответствующих им кислот приведены в таблице 11. Обратите внимание, что это оксиды элементов неметаллов. Как правило, оксиды неметаллов являются кислот-

ными оксидами.

Таблица 11. Кислотные оксиды и соответствующие им кислоты

Взаимодействие с оксидами металлов

С оксидами металлов вода реагирует иначе, чем с оксидами неметаллов.

Исследуем взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого поместим в стакан с водой небольшое количество CaO и тщательно перемешаем. При этом протекает химическая реакция:

CaO + H2O = Ca(OH)2,

в результате которой образуется новое вещество Ca(OH)2, относящееся к классу оснований. Таким же образом реагируют с водой оксиды лития, натрия. При этом также образуются основания, например:

Li2O + H2O = 2LiOH.

Подробнее с основаниями вы познакомитесь в следующем параграфе. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называют

основными оксидами.

Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют ос-

нования.

Таблица 12. Основные оксиды

основному оксиду соответствует основание, не все основные оксиды взаимодействуют с водой, подобно CaO, образуя основания.

Взаимодействие с металлами

При обычных условиях активные металлы (K, Na, Ca, Ba и др.) бурно реагируют с водой:

6. Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) S I SO2 I H2SO3; б) Ca I CaO I Ca(OH)2.

7.Рассчитайте массу серной кислоты, которую можно получить из оксида серы(VI) массой 160 г.

8.Назовите кислотные оксиды, которые соответствуют следу-

ющим кислотам: H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3.

§33. Понятие об основаниях

Как вы уже знаете, при взаимодействии активных металлов и их оксидов с водой образуются основания — соединения, не принадлежащие ни к одному из известных вам до сих пор классов: оксидов, солей или кислот.

Основания как сложные вещества

Испытаем с помощью индикатора раствор, полученный в результате реакции оксида кальция CaO с водой. Для этого прибавим к нему 1—2 капли раствора метилового оранжевого. Окраска раствора изменится с оранжевой на желтую (рис. 111). Это свидетельствует о том, что в полученном растворе присутствует не кислота, а какое-

то новое вещество, изменяющее цвет индикатора. Подобно оксиду кальция, с водой реагируют и некоторые другие оксиды, например оксид натрия Na2O:

слова «hydor», которое означает «вода»). Такие вещества относятся к классу оснований.

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов метал- лов и гидроксогрупп.

Валентность гидроксогруппы равна единице. Зная это, легко составить формулу любого основания: число групп ОН в формуле ос-

нования всегда равно валентности атома металла, например:

Al(OH)3 , Mg(OH)2 , KOH.

В то же время по формуле основания можно легко определить валентность атомов содержащегося в нем металла — она равна числу гидроксогрупп в формуле данного основания. Например, в формуле основания Fe(OH)2 две гидроксогруппы, следовательно, валентность атома железа в этом веществе равна II, а в основании Cr(OH)3 валентность атомов хрома равна III.

Как же называются основания? Известно, что продукты соединения воды с веществами называются гидратами. Если с водой соединяются оксиды металлов, то образуются гидраты оксидов металлов, или сокращенно гидроксиды металлов. Поэтому вещества Ca(OH)2 и NaOH, образующиеся при взаимодействии оксидов кальция и натрия с водой, называются «гидроксид кальция» и «гидроксид натрия».

По растворимости в воде основания делятся на растворимые и нерастворимые. Растворимые в воде основания называют щелочами. К их числу относятся KOH, NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 и некоторые другие.

Обнаружить присутствие растворимых в воде оснований (щелочей) можно по изменению окраски индикаторов. Кроме известных вам лакмуса и метилоранжа, для этих целей можно использовать еще один индикатор — фенолфталеин. Он не имеет окраски в воде и в растворе кислоты (см. рис. 98, 99), но в присутствии щелочей этот индикатор окрашивается в малиновый цвет (см. рис. 111, табл. 13).

160 Вода

Таблица 13. Окраска индикаторов и универсальной индикаторной

бумаги в воде и в растворах кислот и оснований

Лабораторный опыт 8

Действие растворимых оснований на индикаторы

Втри пробирки налейте по 1—2 см3 раствора гидроксида натрия.

Впервую из них добавьте 1—2 капли раствора метилового оранжевого, во вторую — лакмуса, в третью — фенолфталеина.

Сравните наблюдаемые изменения окраски с данными таблицы 13.

Меры предосторожности при работе с водными растворами оснований

Водные растворы оснований (щелочей) являются едкими веществами. При работе с ними следует избегать их попадания в глаза, на кожные покровы и одежду. Для этого следует использовать защитные очки, резиновые перчатки и халат. В случае попадания раствора щелочи на кожу необходимо немедленно промыть пораженный участок сильной струей холодной воды, а затем обработать его раствором борной кислоты из аптечки.

Реакция нейтрализации

Как было показано, растворимые в воде основания — щелочи — легко обнаружить с помощью индикаторов. Однако если к раствору гидроксида натрия NaOH прибавить фенолфталеин, а затем хлороводородную кислоту, то появившаяся вначале малиновая окраска после добавления кислоты исчезает (рис. 112). Это свидетельствует о том,

атом металла соединился с кислотным остатком, а атом водорода — с группой ОН.

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металлов и гидроксогрупп.

Реакция между основанием и кислотой, в ходе которой образуются соль и вода, называется реакцией нейтрализации.

Реакция обмена — реакция между сложными веществами, в результате которой они обмениваются своими составными частями.

Вопросы и задания

1.Из перечисленных веществ выберите основания: NaCl,

NaOH, H2SO4, Fe(OH)2, KNO3, CuO, KOH, Fe2O3, Fe(OH)3, H3PO4, AgNO3, Mg(OH)2.

2.Составьте формулы оснований, содержащих атомы следую-

щих металлов: Fe(II), Cu(II), Na, K, Al.

3.Какую окраску приобретает лакмус, метилоранж и фенолфталеин в растворе, содержащем KOH?

4.Какие типы химических реакций вы знаете? Для каждого типа приведите по одному уравнению химической реакции.

5.В трех пробирках находятся растворы: CaCl2, HCl, Ca(OH)2. Как можно распознать данные вещества?

6.Даны вещества: HCl, H2SO4, KOH, Fe(OH)3. Составьте уравнения всех возможных реакций нейтрализации между ними.

7.Составьте формулы оснований, которые соответствуют сле-

дующим оксидам: Fe2O3, BaO, K2O, CaO.

8.Чему равна валентность атомов металлов в следующих ос-

нованиях: CuOH, Al(OH)3, Fe(OH)2, LiOH?

Практическая работа 6

Реакция нейтрализации

Цель: изучить действие кислот и щелочей на индикаторы, взаимодействие кислот с основаниями.

I. Действие кислот и щелочей на индикаторы.

Используя один из индикаторов, распознайте в выданных вам пробирках 1 и 2 растворы веществ — гидроксида натрия и хлороводородной кислоты. Для этого в каждую пробирку добавьте по 1—2 капли раствора индикатора и определите, в какой из них находится раствор щелочи, а в какой — раствор кислоты.

II. Реакция нейтрализации.

1.В пробирку с обнаруженной вами хлороводородной кислотой и добавленным индикатором прилейте по каплям из второй пробирки окрашенный раствор щелочи, постоянно встряхивая смесь. Щелочь прибавляйте до тех пор, пока окраска раствора не станет такой, которую имеет водный раствор индикатора (табл. 13). Составьте уравнение реакции нейтрализации, назовите образовавшуюся соль.

2.В чистую пробирку налейте 1—2 см3 раствора гидроксида натрия и добавьте к нему 1—2 капли раствора фенолфталеина. Отметьте появление интенсивной малиновой окраски. Нейтрализуйте щелочь разбавленной серной кислотой. Составьте уравнение реакции, назовите образовавшуюся соль.

§34. Вода в природе

Вода — одно из самых важных веществ для всех живых организмов, в том числе и для человека. Наш организм примерно на 60—65 % состоит из воды. Большинство химических процессов в организме человека протекает в водных растворах. Все биологические жидкости в нашем организме (кровь, лимфа) представляют собой водные растворы. Если вода не поступает в организм, происходит его отравление продуктами жизнедеятельности. Вот почему без пищи человек может прожить дольше (примерно 50—60 дней), чем без воды (примерно 5—10 дней).

Человек тяжело переносит обезвоживание. Потеря примерно 6—8 % влаги приводит к повышению температуры тела, покраснению кожи, учащению сердцебиения и дыхания, появлению мышечной слабости и головокружению. При температуре 30 °С потеря 15—20 % влаги в большинстве случаев заканчивается смертью.