Состав и физические свойства воды |
|
|
|
|
|
151 |
Рис. 105. Модель молекулы воды |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
т |
Следовательно, |
молярная масса |
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
воды равна: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
M(H2O) = 18 г/моль. |
|
|
|
|
|
Вода — это вещество с моле- |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
кулярным строением. В твердом |
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
(рис. 106) и жидком агрегатных со- |
|
|
|
|
|
стояниях молекулы воды прочно свя- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
заны друг с другом. Этим во многом |
Рис. 106. Строение кристаллов льда |
объясняется целый ряд удивитель-я |
|
|
|
|
|
ных физических свойств воды. |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Физические свойства во ы |
|
|
|
|
|
|
|
При комнатных усл вияхнво а представляет собой жидкость без |
вкуса и запаха. В т нк м сл е вода не имеет цвета. Однако при толщи- |
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
не более 2 м она имеет г лубой цвет. Совершенно чистая вода очень |
плохо проводит элект ический ток. |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
По тому, к к проводит электрический ток вода, можно судить о ее чисто- |
те — чем нижерэлектропроводность, тем чище вода. |
|
|
|
У большинстваа |
веществ в твердом состоянии плотность выше, |
чем в жидком. В отличие от них вода в твердом агрегатном состоянии |
(лед) имеет более низкую плотность, чем в жидком. При 0 °С плот- |
ность льдаНравна примерно 0,92 г/см3, а плотность жидкой воды — |
примерно 1,00 г/см3. Это означает, что лед легче воды, поэтому он |
не тонет в ней (рис. 107). Такая особенность воды объясняет, по- |
Правообладатель Народная асвета
|
152 |
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
чему водоемы начинают замерзать не |
|
|
|
|
|
|
со дна, а с поверхности и очень редко |
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
промерзают до самого дна. Это защи- |
|
|
|
щает живые организмы, обит ющие в |
|
|
|
реках и морях, от гибели. |
|
|
|
|
|
е |
еплоемкость, по- |
|
|
|
У воды высокая |
|
|
|
этому она м дл нно нагревается, но |
|
|
|
|
в |
|
. Э о позволяет |
|
|
|
и медленно остыва |
|
|
|
морям и ок анам |
тнакапливать тепло |
|
|
Рис. 107. Лед легче жидкой |
с |
|
|
|
|
|
воды |
летом (и днем) и |
ыс обождать его зи- |
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
мой (и ночью), что предотвращает рез- |
кие колебания температуры воздуха на н шей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобр зными аккумуляторами тепла на нашей планете. я
При нормальном давлении (101,3 кПа) температура кипения воды равна 100 °С. При пониженииадавления температура кипения воды понижается. Напримерн, в гор х на высоте около 5000 м давление существенно ниже орм ль ого (примерно в два раза), поэтому вода закипает в этих условиях при температуре около 84 °С. Понятно, что варить продукты о готов ости в горах необходимо более длительное время. И наоборот, в скороварке, где создается высокое давление,
вода закипает при температуре выше 100 °С, что позволяет быстрее |
приготавливать пищуд. |
а |
|
Вода как аствооитель |
С сове шенно чистой водой, не содержащей никаких других ве- |
Н |
|
ществ, большинствор |
людей никогда не встречается. Такая вода ис- |
пользуется только в специальных целях.
Почти все жидкости, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и деятельности, представляют собой растворы различных веществ.
Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
Правообладатель Народная асвета
Состав и физические свойства воды |
|
|
|
153 |
|
|
|
Одно из веществ, входящих в состав |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раствора, называетсярастворителем, а |
|
|
|
а |
|
|
остальные — растворенными вещест- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вами. Очень часто растворителем явля- |
|
|
|
т |
|
|
ется вода. Вода может растворять твер- |
|
|
|
|
|
дые, жидкие и газообразные вещества. |
|
|
|
|
|
|
Все природные воды содержат рас- |
|
|
в |
|
|
творенные соли. Их легко обнаружить |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экспериментально, выпарив воду на ча- |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
Рис. 108. Выделение раство- |
совом стекле. Кроме солей, вода может |
|
ренных газовеиз оды |
растворять различные газы. Их присут- |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ствие(правда, невсегда) можнообнаружитьэк периментально. Например, поместив пробирку с холодной водой из-под крана в теплое место, через некоторое время можно заметить у стенок пробирки пузырьки. Это растворенные газы (преимущественно кислород) выделяются из раствора при его нагревании до комнатной температуры (рис. 108).
Многие жидкости также хорошо р |
створимы в воде. Например, серная |
кислота и спирт неограниченно р |
створяютсяя |
в воде. В таком случае |
говорят, что вещество смешивается с водой в любых соотношениях. |
|
|
|
а |
Из-за хорошей растворимости многих веществ в воде ее иногда |
называют универсальным растворителем. |
|
|
н |
|
|
д |
|
Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит |
при 100 °С, а пе ех дит в твердое состояние при 0 °С. Плотность |
твердой воды меньшео, чем жидкой. |
Раствор — это однородная смесь двух и более веществ. |
Вода являетсяруниверсальным растворителем — она хорошо |
растворяет многие твердые, жидкие и газообразные вещества. |
|
а |
|
Вопросы и задания |
|
1. |
КакимиН |
физическими свойствами обладает вода? |
2. |
Во сколько раз молекула воды тяжелее молекулы водорода |
и легче молекулы кислорода? |
|
Правообладатель Народная асвета
Химические свойства воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
155 |
|
|
ческая реакция с образова- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нием фосфорной |
кислоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
H3PO4 (рис. 110): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
Испытаем |
растворы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
полученные |
при |
взаимо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
действии CO2 и P2O5 с во- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дой, индикатором |
метило- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
вым оранжевым. Для этого |
Рис. 110. Реакция соедин ния оксида фосфо- |
прибавим |
по |
1—2 капли |
ра(V) с водой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
раствора |
индикатора к |
полученным |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ра творам. Цвет индикато- |
ра изменится |
с оранжевого на |
красный, что |
|
говорит |
о |
присут- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
и P2O5 |
ствии кислот в растворах. Значит, при вз имодействии CO2 |
с водой |
действительно |
образовались |
|
кислоты |
|
H2CO3 |
и |
H3PO4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оксиды, подобные CO2 и P2O5, которые при взаимодействии с |
водой образуют кислоты, относят к кислотным оксидам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кислотные оксиды — это оксиды, которым соответствуют кис- |
|
|
лоты. |
|
|
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Некоторые из кислотных оксидов и соответствующих им кислот |
приведены в таблице |
11. Обратите внимание, что это оксиды элемен- |
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тов неметаллов. Как правило, оксиды неметаллов являются кислот- |
ными оксидами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т блица 11. Кислотные оксиды и соответствующие им кислоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
Кислота |
|
|
|
|
Название кислоты |
|
|
|
|
Кислотный оксид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO |
|
|
|
|
|
H |
CO |
3 |
|
|
|
|
|
Угольная |
|
|
|
|
|
|
а2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2O5 |
|
|
|
|
|
H3PO4 |
|
|
|
|
|
Фосфорная |
|
|
|
SO2 |
|
|
|
|
|
H2SO3 |
|
|
|
|
|
Сернистая |
|
|
|
SO3 |
|
|
|
|
|
H2SO4 |
|
|
|
|
|
Серная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N2O5 |
|
|
|
|
|
HNO3 |
|
|
|
|
|
Азотная |
|
|
|
Правообладатель Народная асвета
|
156 |
|
|
|
|
|
|
|
Вода |
|
Взаимодействие с оксидами металлов |
|
|
|
|
|
С оксидами металлов вода реагирует иначе, чем с оксидами не- |
|
металлов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исследуем взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого |
|
поместим в стакан с водой небольшое количество CaO и тщ тельно |
|
перемешаем. При этом протекает химическая реакция: |
|
|
CaO + H2O = Ca(OH)2, |
|
|
а |
|
в результате которой образуется новое вещ ство Ca(OH)2, относяще- |
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
еся к классу оснований. Таким же образом реагируют с водой оксиды |
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
лития, натрия. При этом также образуют я о но ания, например: |
|
|
Li |
O + H |
O = 2LiOH. |
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
в |
|
|
|
Подробнее с основаниями вы позн комитесь в следующем параг- |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
рафе. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называют |
|
основными оксидами. |
|
|
а |
|
|
|
|
|
Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют ос- |
|
нования. |
я |
Таблица 12. Основные оксиды |
|
В таблице 12 приведеаы фор- |
|
и соответствующие им основания |
|
мулы некоторых ос ов ых окси- |
Основный оксид |
Основание |
|
дов и соответствующихним осно- |
|
|
Na2O |
|
NaOH |
|
ваний. Заметьте, что, в отличие от |
|
|
|
|
CaO |
|
Ca(OH)2 |
|
кислотных |
д |
|
|
|
|
|
ксид в, в состав ос- |
|
MgO |
|
Mg(OH)2 |
|
новных оксидов входят атомы ме- |
|
|
|
|
о |
|
|
|
CuO |
|
Cu(OH)2 |
|
таллов. Большинство оксидов ме- |
|
|
|
таллов —рэто основные оксиды. |
|
FeO |
|
Fe(OH)2 |
|
есмотря на то что каждому |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основному оксиду соответствует основание, не все основные оксиды |
|
взаимодействуют с водой, подобно CaO, образуя основания. |
|
ВзаиНмодействие с металлами |
|
|
|
|
|
|
|
При обычных условиях активные металлы (K, Na, Ca, Ba и др.) |
|
бурно реагируют с водой: |
|
|
|
|
|
|
|
Правообладатель Народная асвета
Химические свойства воды |
157 |
|
|
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2[; |
|
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 |
+ H2[. |
|
|
а |
|
В этих реакциях выделяется водород и образуются растворимые |
в воде основания. |
т |
Как химически активное вещество вода вступает в реакции со многими другими веществами, но об этом вы узнаете при дальнейшем изучении химии.
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
Вода — химически активное вещество. Она |
ступа т в реакции |
с кислотными и основными оксидами, акти ными металламие |
. |
При взаимодействии воды с большин твом ки лотных оксидов |
образуются соответствующие кислоты. |
|
в |
|
|
Некоторые основные оксиды при ре кции с водой образуют |
растворимые основания. |
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
При обычных условиях вода реагируетас наиболее активными |
металлами. При этом образуются р створимые основания и водород. |
Вопросы и задания |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. В какой цвет и почему окрасится лакмус в растворах, полу- |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ченных растворением в во е следующих веществ: N2O5, SO3? |
2. Укажите, какие из |
кси ов являются кислотными, а какие — |
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основными: Cl |
O |
, Li O, P O |
, FeO, BaO, NiO, N |
O |
, SiO |
? |
|
|
2 |
7 |
|
2 д2 3 |
|
|
|
2 |
5 |
2 |
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. При взаимодействии каких веществ с водой может образо- |
ваться основ ние |
Ba(OH)2? Составьте уравнения соответствую- |
щих реакций. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Вст вьте формулы необходимых веществ и расставьте ко- |
эффициенты в полученных схемах реакций: |
|
|
|
|
|
а) H2O + … I H3PO4; |
г) ... + H2O I Ca(OH)2; |
|
|
|
б) SO3 |
+ ... I H2SO4; |
д) ... + H2O I HNO3; |
|
|
|
|
в) CO2 |
+ H2O I ...; |
е) ... + H2O I H2SO3. |
|
|
|
5. Определите объемы (н. у.) водорода и кислорода, необходимых для получения воды химическим количеством 0,4 моль.
Правообладатель Народная асвета
|
158 |
|
|
|
|
Вода |
|
6. Напишите уравнения химических реакций, с помощью кото- |
|
рых можно осуществить следующие превращения: |
а |
|
а) S I SO2 I H2SO3; б) Ca I CaO I Ca(OH)2. |
|
7. Рассчитайте массу серной кислоты, которую можно полу- |
|
чить из оксида серы(VI) массой 160 г. |
|
|
|
|
8. Назовите кислотные оксиды, которые соо ве с вуют следу- |
|
ющим кислотам: H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3. |
т |
|
§ 33. Понятие об основаниях |
с |
|
Как вы уже знаете, при взаимодей т ии актиеных металлов и их |
|
|
|
а |
оединения, не принадле- |
|
оксидов с водой образуются основания — |
|
жащие ни к одному из известных в м до |
вих пор классов: оксидов, |
|
солей или кислот. |
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основания как сложные вещества |
|
|
|
Испытаем с помощью индикатора раствор, полученный в результате реакции оксида к льция CaO с водой. Для этого прибавим к нему 1—2 капли раствора метилового оранжевого. Окраска раствора из-
менится с оранжевой |
желтую (рис. 111). Это свидетельствует о |
|
|
|
д |
|
|
том, что в получе ом раствореа |
присутствует не кислота, а какое- |
|
|
|
|
н |
то новое вещество, изменяющее |
|
р |
|
|
цвет индикатора. Подобно оксиду |
|
|
|
|
кальция, с водой реагируют и не- |
|
|
о |
|
|
а |
|
|
которые другие оксиды, например |
|
|
оксид натрия Na2O: |
|
|
|
|
Na2O + H2O = 2NaOH. |
|
|
|
|
В результате взаимодействия |
|
|
|
|
оксидов кальция и натрия с водой |
|
|
|
|
|
|
образуются вещества Са(ОН)2 и |
|
|
|
|
|
|
Рис. 111. Окраска индикаторов в рас- |
NaОН. Они похожи тем, что в их |
творах оснований: 1 — лакмуса; 2 — |
состав входят атомы металлов и |
Н |
|
|
|
|
|
метилоранжа; 3 — фенолфталеина; |
группы ОН, называющиеся гид- |
4 — универсальной индикаторной бу- |
маги |
|
|
|
|
|
роксогруппами (от греческого |
Правообладатель Народная асвета
Понятие об основаниях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
159 |
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 э о, легко со- |
ставить формулу любого основания: число групп ОН в формулеа |
ос- |
нования всегда равно валентности атома металла, наприм р: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
III |
I |
|
II |
I |
I |
I |
|
е |
|
|
Al(OH)3 , Mg(OH)2 , KOH. |
|
|
В то же время по формуле основ ния можно легко определить |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
валентность атомов содержащегося в нем мет лла — она равна числу |
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
гидроксогрупп в формуле данного основ ния. Н пример, в формуле |
основания Fe(OH)2 две гидроксогруппы, следовательно, валентность |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
ва- |
атома железа в этом веществе равна II, а в основании Cr(OH)3 |
лентность атомов хрома равна III. |
|
|
|
|
|
|
|
Как же называются ос ов |
ия? яИзвестно, что продукты соедине- |
ния воды с веществами |
азываются гидратами. Если с водой соеди- |
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
няются оксиды металлов, то образуются гидраты оксидов металлов, |
или сокращенно гидрокси ы металлов. Поэтому вещества Ca(OH)2 и |
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
NaOH, образующиеся при взаимодействии оксидов кальция и натрия |
с водой, называются «гидрдксид кальция» и «гидроксид натрия». |
|
По раство имости в воде основания делятся на растворимые и |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нерастворимые. Р ство имые в воде основания называют щелочами. |
К их числу относятся KOH, NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 и некоторые |
другие. |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обнаружитьаприсутствие растворимых в воде оснований (щело- |
чей) можно по изменению окраски индикаторов. Кроме известных вам |
лакмуса и метилоранжа, для этих целей можно использовать еще один |
индикаторН— фенолфталеин. Он не имеет окраски в воде и в раство- |
ре кислоты (см. рис. 98, 99), но в присутствии щелочей этот индикатор |
окрашивается в малиновый цвет (см. рис. 111, табл. 13). |
|
Правообладатель Народная асвета
160 Вода
Таблица 13. Окраска индикаторов и универсальной индикаторной
бумаги в воде и в растворах кислот и оснований
Вещества |
Лакмус |
|
Метилоранж |
|
Фенолфталеин |
Индикаторная бумага |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вода |
Фиоле- |
|
Оранжевая |
|
Нет окраски |
Желт я |
|
товая |
|
|
(бесцветная) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Растворы |
Красная |
|
Красная |
|
Нет окраски |
Красная |
кислот |
|
|
(бесцветная) |
|
|
|
|
|
|
а |
Растворы |
Синяя |
|
Желтая |
|
Mалино ая |
|
тСиняя |
оснований |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
Лабораторный опыт 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
Действие растворимых основ ний на индикаторы |
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
В три пробирки налейте по 1—2 см3 р створа гидроксида натрия. |
В первую из них добавьте 1—2 каплиараствора метилового оранже- |
вого, во вторую — лакмуса, в третью — фенолфталеина. |
Сравните наблюдаемые изменения окраски с данными таблицы 13. |
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
Меры предосторож ости при работе |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
с водными растворами ос ований |
|
|
|
Водные растворы оснований (щелочей) являются едкими вещест- |
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
вами. При раб те с ними следует избегать их попадания в глаза, на |
кожные пркр овы иддежду. Для этого следует использовать защитные очки, езин вые перчатки и халат. В случае попадания раствора щелочи наакожу необходимо немедленно промыть пораженный участок сильной ст уей холодной воды, а затем обработать его раствором борной кислоты из аптечки.
Реакция нейтрализации
Как было показано, растворимые в воде основания — щёлочи —
легко обнаружить с помощью индикаторов. Однако если к раствору |
гидроксидаН |
натрия NaOH прибавить фенолфталеин, а затем хлорово- |
дородную кислоту, то появившаяся вначале малиновая окраска после добавления кислоты исчезает (рис. 112). Это свидетельствует о том,
Правообладатель Народная асвета
