Цели. Изучить физические и химические свойства воды. Задачи. Учебные – развить навыки самостоятельной работы, умения записывать уравнения реакций и расставлять коэффициенты, делать выводы, использовать при изучении темы знания по физике; развивающие – развить речевые навыки, способности к анализу, расширить кругозор учащихся с привлечением научно-популярной литературы; воспитательные – поощрять умение слушать товарищей, развивать интерес к познанию.
ХОД УРОКА
Учитель.
«Я очень добродушная. Я мягкая, послушная. Но, когда я захочу, Даже камень источу».
Отгадайте, о чем речь? (Учащиеся говорят, что речь идет о воде. Учитель ставит на стол стакан с водой.) Химическое вещество вода всем хорошо известно, и на первых порах кажется, что в этом веществе нет ничего интересного. На самом деле если всмотреться более внимательно в свойства, значение и состав воды, то можно обнаружить в этом веществе очень много таких качеств, которые мы не замечали, а может быть, просто не знали. Итак, тема нашего урока «Свойства воды». Учитель закрепляет на магнитной доске таблицы с основными вопросами урока.
Физические свойства воды
Химические свойства воды
а) с простым веществами (металлами и неметаллами); б) со сложными веществами (оксидами, кислотами, солями)
Учитель.Какие физические свойства воды вам известны? Учащиеся.Вода – это жидкость без цвета, запаха и вкуса, tкип= 100 °C, tпл= 0 °C,= 1 г/см 3 (при 4 °С). Вода не проводит электрический ток, плохо проводит тепло, удельная теплоемкость воды очень высокая и составляет 4,2 Дж/(г•град). Учитель.Послушайте сообщение об уникальных свойствах воды.
Удивительное вещество – вода (сообщение ученика)
Ученик.Вода обладает многими удивительными свойствами, резко отличающими ее от всех других жидкостей. И если бы вода вела себя «как положено», то Земля стала бы просто неузнаваемой. Все тела при нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются. Все, кроме воды. В интервале температур от 0 до +4 °С вода при охлаждении расширяется, а при нагревании сжимается. При +4 °С вода имеет наибольшую плотность, равную 1000 кг/м 3 . При более низкой и более высокой температуре плотность воды несколько меньше. Благодаря этому осенью и зимой в глубоких водоемах конвекция происходит своеобразно. Вода, охлаждаясь сверху, опускается вниз, на дно, только до тех пор, пока ее температура не достигнет +4 °С. Тогда в стоячем водоеме устанавливается распределение температуры, изображенное на рисунке. Благодаря этому под слоем льда, покрывающим водоем сверху, живут в воде рыбы и другие обитатели водоемов.
Распределение температуры в зимнем водоеме
Чтобы нагреть 1 г воды на 1 °С, ей необходимо отдать в 5, 10, 30 раз большее количество теплоты, чем для нагревания 1 г любого другого вещества, т. е. вода имеет очень большую удельную теплоемкость. Вследствие этого вода является хорошим теплоносителем. Вспомните, например, водяное отопление у вас дома или «отопление» Европы теплым течением Гольфстрим. Медленное повышение температуры воды при нагревании и соответственно выделение значительных количеств теплоты при охлаждении смягчают колебания температуры вблизи больших водоемов. Учитель.Проведем ряд опытов по изучению физических и химических свойств воды.
Опыт 1. Демонстрация низкой проводимости тепла водой.
Посмотрим, как вода проводит тепло. Нагреем в пламени спиртовки нижнюю часть пробирки с водой, держа ее рукой за верхнюю часть. Верхняя часть пробирки остается холодной, следовательно, вода – плохой проводник тепла.
Опыт 2. Вода – катализатор.
Какую роль играет вода в следующей реакции:
Эта реакция идет только при добавлении к смеси йода и алюминия капли воды. Вода играет роль катализатора.
Опыт 3. Взаимодействие с активными металлами.
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2,
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2.
В полученных растворах красный лакмус становится синим, а бесцветный фенолфталеин – малиновым.
При нагревании выше 800 °С вода реагирует с углеродом (углем):
С + Н2О = СО + H2.
Фосфор сжигаем в ложечке для сжигания, опускаем в колбу с водой, колбу после реакции энергично встряхиваем. В обоих случаях проверяем среду растворов индикатором.
Классификация оксидов
По какому признаку растворение серной кислоты в воде можно отнести к химическому процессу? (Ответ. Выделение теплоты – признак химической реакции.
Сульфат меди(II) белого цвета при взаимодействии с водой меняет окраску на голубую. Изменение окраски – признак химической реакции:
Сыпучий порошок безводного CaSO4 (а лучше – вяжущий материал алебастр CaSO4•0,5H2O) при смешивании с водой дает пластичную массу. Получается прочный камень – гипс CaSO4 •2H2O:
Опыт 9. Взаимодействие с гидридами.
Соединения щелочных металлов с водородом (гидриды) очень чувствительны к влаге и разлагаются в присутствии воды:
KH + H2O = KOH + H2,
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2.
Вы познакомились с физическими и химическими свойствами воды. Вода – самое распространенное вещество на поверхности нашей планеты. Она играет определяющую роль в формировании климата Земли. Вода – растворитель и реагент. Большинство реакций в живой и неживой природе протекает в водных растворах и при участии воды. Вода взаимодействует как с простыми, так и со сложными веществами. Урок можно закончить словами:
«Купайтесь в речке, в ванне, Ныряйте с головой, И в море, в океане – Везде дружи с водой!»
ЛИТЕРАТУРА
Фельдман Ф.Г., Рудзитис Г.Е. Химия-8. М.: Просвещение, 1990; Химия. Пособие-репетитор. Под ред. проф. В.Н.Чернышова и доц. А.С.Егорова. Ростов-на-Дону: Феникс, 1997; Физика – юным. Сост. М.Н.Алексеева. М.: Просвещение, 1980.
Источник
Веществами которые взаимодействуют с водой при нагревании
Ответ или решение 1
Вода реагирует при комнатной температуре:
с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.);
с галогенами (фтором, хлором) и межгалоидными соединениями;
с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз;
с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот;
с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.);
с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.);
со многими солями, образуя гидраты;
с боранами, силанами;
с кетенами, недоокисью углерода;
с фторидами благородных газов.
Вода реагирует при нагревании:
с железом, магнием;
с углем, метаном;
с некоторыми алкилгалогенидами.
Железо и вода взаимодействуют друг с другом.
При обычных условиях железо с водой практически не реагирует. Только раскаленное железо может вступать в ре акцию с водяным паром при температуре 700-900 о С.
Реакция железа и воды протекает при условии: при температуре 700-900 °C.
В результате реакции железа и воды образуются оксид железа (II, III) и водород. Данная реакция является исторически первым способом получения водорода.
Однако в присутствии кислорода или во влажном воздухе железо медленно окисляется.
Реакция железа, воды и кислорода протекает при обычных условиях.
В результате реакции железа, воды и кислорода образуется гидроксид железа (II).
Магний вступает в реакцию с водой только при нагревании. В результате этой реакции выделяется водород.
Реакция воды и углерода
H2O + С → СО + H2 (t = свыше 1000 °C).
Источник
Вода реагирует при нагревании с веществами
1.2. Химические свойтсва воды
Вода активное в химическом отношении вещество.
1. Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода .
Железо реагирует с водой при нагревании по реакции:
Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях такого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.
Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:
С + H2O = H2 + СО (при сильном нагревании)
2. Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем.
3. Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения.
4. Некоторые оксиды металлов также могут вступать во взаимодействие с водой.
СаО + Н2О = Са(ОН)2 гидроксид кальция или гашеная известь)
Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически нерастворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Это ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготавливают стойкие к воде краски. Оксиды железа и алюминия также не растворимы в воде и не реагируют с ней.
5. Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом. Например:
NaOH + H2O = NaOH H2O гидрат едкого натра
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С помощью их, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.
6. Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (С6Н10О5)n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода.
7. В комплексных соединениях вода является лигандом и координируется как катионами [Cr(H2O)6]Cl3, [Pt(H2O)2Cl4], так и анионами [A(H2O)m]n-.
8. При взаимодействии с солями происходит гидролиз последних с образованием кислых, основных и средних солей:
Процесс ступенчатого гидролиза солей используют при очистке воды с помощью коагулянтов. Например, при использовании в качестве коагулянта сернокислого алюминия, ступенчатый гидролиз соли протекает по схеме:
Источник
Вода и ее химические свойства
Дата публикации: 25.02.2019 2019-02-25
Статья просмотрена: 6385 раз
Библиографическое описание:
Калякин, С. Н. Вода и ее химические свойства / С. Н. Калякин, С. Л. Покутняя. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2019. — № 3 (23). — С. 20-23. — URL: https://moluch.ru/young/archive/23/1404/ (дата обращения: 21.10.2021).
Понять воду, значит понять Вселенную.
Масару Эмото (1943–2014), японский исследователь
Вода — один из самых распространённых соединений на нашей планете. Именно она является главной составляющей всего живого на планете, но также вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников. Без воды нет жизни: ведь жизнь на Земле появилась только тогда, когда на ней появилась вода. Вся жизнь зародилась в воде, поскольку она является естественным универсальным растворителем, а значит вода растворяет питательные вещества и обеспечивает ими клетки живых организмов. Если рассматривать показатель количества данного оксида во всех агрегатных состояниях, то его на планете около 75 % от общей массы. По примерным подсчетам ученых на планете 1.4087 млрд. км 3 воды (причем соленой воды от общего объема примерно 97 %, пресной всего 3 %).
Да и сам человек на 60–80 % (в зависимости от возраста) состоит из воды. Большая часть воды — это кровь, жидкость в выделительной системе, мускулах, мозге и других органах, а также в костях и коже.
В понятии химии вода — это H2O, то есть две молекулы водорода и одна молекула кислорода. Но это дистиллированная вода. В природе вода содержит различные примеси и очень редко встречается в чистом виде. При взаимодействии водорода с кислородом происходит выделение большого количества тепла. Это соединение очень устойчивое, молекулы которого распадаются только при температуре 1500°С.
Каждая молекула ориентирована вокруг другой, и все вместе они формируют общую кристаллическую решетку. Оксид построен в форме тетраэдра — атом кислорода в центре, а две пары электронов его и два атома водорода вокруг асимметрично. Если провести через центры ядер атомов линии и соединить их, то получится именно тетраэдрическая геометрическая форма. Угол между центром атома кислорода и ядрами водородов составляет 104,5 0 . Длина связи О-Н = 0,0957 нм. Наличие электронных пар кислорода, а также его большее в сравнении с водородами сродство к электрону обеспечивают формирование в молекуле отрицательно заряженного поля. В противовес ему ядра водородов образуют положительно заряженную часть соединения. Таким образом, выходит, что молекула воды — диполь. Это определяет то, какой может быть вода и ее свойства. Для живых существ эти особенности играют жизненно важную роль.
Рис. 1 Строение атома воды и оксид в виде тетраэдра
Вода — весьма активное в химическом отношении вещество. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ, именно поэтому вода — это определяющий характер химии. Вода имеет различные физические и химические свойства, но посмотрим на воду с химической точки зрения.
Биохимические свойства воды.
Вода является неотъемлемой частью всех биохимических процессов организма, являясь растворителем, катализатором и средой. Вода способна растворять некоторые кислоты, основания и соли, представляющие ионные соединения и некоторые полярные неионные образования (простые спирты, сахара и аминокислоты). Благодаря воде сохраняется упругость и объем живой клетки, многие химические процессы организма протекают именно в водных растворах. Эти свойства дают клеткам теплопроводимость и теплоемкость, обеспечивающие терморегуляцию и защищает от температурных перепадов.
Без воды невозможен гидролиз— химическая реакция, которая сопровождает усвоение белков, жиров, углеводов, а ведь именно они являются обязательным компонентом нашей пищи, так, например, белок распадается на аминокислоты, углевод на глюкозу, жиры на глицерин. В результате этого процесса сложные органические вещества распадаются до простых веществ, которые, легко усваиваются живым организмом.
Вода-растворитель
Вода является наиболее распространённым растворителем на нашей планете. По растворимости в воде вещества делятся на три группы:
3) Практически не растворимые: (стекло, серебро (Ag), золото (Au), керосин, растительное масло).
Из этого можно сделать вывод, что растворимость вещества прежде всего зависит от природы этого вещества, а также от температуры и давления окружающей среды. Сам процесс растворения обуславливается взаимодействием частиц растворителя и растворяемого вещества.
Вода— активное химическое вещество.
Вода может взаимодействовать:
1) сметалламисвыделением водорода:
− с активными 2Na + 2H2O → H2 + 2NaOH (бурно)
− со средней активностью до H 3Fe + 4H2O → 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании)
− с малоактивными после H (не взаимодействуют) Cu+ H2O ≠
Достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.
2) снеметаллами:
Из неметаллов с водой реагируют углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:
C + H2O → H2 + CO (при сильном нагревании)
3) соксидами неметаллов:
Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения:
4) соксидами металлов
Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой.
Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует: ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых изготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.
5) сгазами
Как говорилось в подпункте 4 вода взаимодействует с оксидами неметаллов. В данном случае CO2 — это газ. Если струю газообразного оксида углерода (IV) CO2 направить в воду, то часть его раствориться в ней. В этом растворе произойдет химическая реакция соединения и образуется вещество — угольная кислота H2CO3. Собирая углекислый газ над водой, ученый Джозеф Пристли обнаружил, что часть газа растворяется в воде и придает ей приятный терпкий вкус. По сути, Пристли впервые получил напиток газированный или содовой воды. Позже ученый Торберн Бергман создал аппарат, позволяющий насыщать жидкость углекислым газом под давлением и назвав его сатуратором.
Рис. 2 Джозеф Пристли и его прибор для исследования газов.
6) Гидраты.
Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом.
NaOH + H2O → NaOH . H2O (гидрат едкого натра)
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.
7)Фотосинтез растений.
Фотосинтез — процесс, протекающий в зеленных листьях растений с использованием энергии света, при котором из углекислого газа и воды образуются органические вещества и кислород. Синтез растениями крахмала (C6H10O5)n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:
Рис. 3. Фотосинтез растений, как химическая реакция.
8) Электролиз воды.
Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем.
Под действием электричества электрод, подключенный к отрицательному полюсу, становится катодом, а электрод, соединённый с положительным полюсом, превращается в анод. Катод и анод притягивают противоположные ионы: к катоду направляются положительно заряженные катионы, к аноду — отрицательно заряженные анионы.
Схема электролиза воды:
Вода — слабый электролит, поэтому электролиз чистой, дистиллированной воды протекает медленно или не идёт вовсе. Для ускорения процесса в воду добавляют сильный электролит, увеличивающий проводимость электрического тока, катионы которого будут иметь меньший электродный потенциал, чем H+ воды.
Минерализация воды
Минерализация — это показатель количества содержащихся в воде растворенных веществ (неорганические соли неорганические вещества). Как правило, это бикарбонаты, хлориды, сульфаты кальция, магния, калия, натрия и других веществ. Минерализацию считают в грамм на литр (г/л) или грамм на дециметр в кубе (г/дм 3 ). С точки зрения бальнеологии по степени минерализации воду классифицируют на:
− Столовую — минерализация до 1 г/л
− Лечебно-столовую — минерализация от 1 г/л до 10 г/л
− Лечебная — минерализация более 10 г/л или высокое содержание биологически активных элементов: железо, брома, йода, сероводорода, фтора и т. д., при этом общая минерализация может быть невысокой.
Свойство минерализации основано на дипольном моменте оксида водорода. Благодаря его наличию молекулы способны присоединять к себе множество других веществ ионов и удерживать их. Так формируются ассоциаты, клатраты и прочие объединения.
Жесткость воды.
Жесткость воды — совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде катионов кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ (так называемых солей жесткости).
Из-за разного объема различных примесей в воде, она делится на два типа-жесткую и мягкую. Соли попадают в воду из-за того, что часть дождевых вод превращаются в грунтовую воду. Они протекают в недрах Земли, соприкасаются с минералами кальция и магния, вымывая из них мелкие частички. В воде, насыщенной углекислотой, карбонаты калия и магния растворяются, так как превращаются в кислые соли. В таком растворимом виде гидрокарбонаты металлов остаются в воде и обуславливают временную жесткость. При кипячении такой воды гидрокарбонаты разлагаются и выпадают в осадок. Но также существует постоянная жесткость, обуславливая присутствием в природной воде растворимых хлоридов и сульфатом кальция и магния. Жесткость воды количественно выражают числом ммоль эквивалентов (ммоль/экв) ионов кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ .
В жесткой воде плохо мылится мыло, которое представляет собой натриевые соли высших карбонатных кислот. Для устранения жесткости воды (ее умягчения) необходимы ионы Ca 2+ и Mg 2+ перевести в осадок. Временную карбонатную жесткость устраняют кипячение:
Ca(HCO3)2CaCO3 ↓ + H2O + CO2↑
Постоянную жесткость кипячением устранить нельзя. Для этого добавляют в воду смесь гашенной извести Ca(OH)2 или соды Na2CO3
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 → 2СаСO3↓ + 2Н2O
Теория Льюиса
В теории Льюиса (1923 г.) на основе электронных представлений было ещё более расширено понятие кислоты и основания. С точки зрения теории Льюиса — вода — это слабая кислота и слабое основание одновременно (амфолит). То есть можно сказать о некоторой амфотерности воды в химических свойствах.
Подводя итог вышесказанного можно сказать, что вода — это самое уникальное вещество на земле. Академик Владимир Иванович Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы с ней сравниться по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие — в масштабе биосферы — части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами». Действительно, нет более важного для нас вещества на Земле, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, как в свойствах воды.
= 1 г/см 3 (при 4 °С). Вода не проводит электрический ток, плохо проводит тепло, удельная теплоемкость воды очень высокая и составляет 4,2 Дж/(г•град). 
,
CaCO3 ↓ + H2O + CO2↑
