Химические и физические свойства воды

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Вода – оксид водорода – бинарное соединение неорганической природы.

Формула – H₂O. Молярная масса – 18 г/моль. Может существовать в трех агрегатных состояниях – жидком (вода), твердом (лед) и газообразном (водяной пар).

Химические свойства воды

Вода – наиболее распространенный растворитель. В растворе воды существует равновесие, поэтому воду называют амфолитом:

H₂O ↔ H⁺ + OH^— ↔ H₃O⁺ + OH^—.

Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:

H₂O = H₂ + O₂.

При комнатной температуре вода растворяет активные металлы с образованием щелочей, при этом также происходит выделение водорода:

2H₂O + 2Na = 2NaOH + H₂↑.

Вода способна взаимодействовать с фтором и межгалоидными соединениями, причем во втором случае реакция протекает при пониженных температурах:

2H₂O + 2F₂ = 4HF + O₂↑.

3H₂O +IF₅ = 5HF + HIO₃.

Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, подвергаются гидролизу при растворении в воде:

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑.

Вода способна растворять некоторые вещества металлы и неметаллы при нагревании:

4H₂O + 3Fe = Fe₃O₄ + 4H₂↑;

H₂O + C ↔ CO + H₂.

Вода, в присутствии серной кислоты, вступает в реакции взаимодействия (гидратации) с непредельными углеводородами – алкенами с образованием предельных одноатомных спиртов:

CH₂ = CH₂ + H₂O → CH₃-CH₂-OH.

Физические свойства воды

Вода – прозрачная жидкость (н.у.). Дипольный момент – 1,84 Д (за счет сильного различия электроотрицательностей кислорода и водорода). Вода обладает самым высоким значением удельной теплоемкости среди всех веществ в жидком и твердом агрегатном состояних. Удельная теплота плавления воды – 333,25 кДж/кг (0 $^{\circ}$ С), парообразования – 2250 кДж/кг. Вода способна растворять полярные вещества. Вода обладает высоким поверхностным натяжением и отрицательным электрическим потенциалом поверхности.

Получение воды

Воду получают по реакции нейтрализации, т.е. реакции взаимодействия между кислотами и щелочами:

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + H₂O;

HNO₃ + NH₄OH = NH₄NO₃ + H₂O;

2CH₃COOH + Ba(OH)₂ = (CH₃COO)₂Ba + H₂O.

Один из способов получения воды – восстановление металлов водородом из их оксидов:

CuO + H₂ = Cu + H₂O.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Сколько воды надо взять, чтобы из 20%-го раствора уксусной кислоты приготовить 5%-й раствор?

Решение

Согласно определению массовой доли вещества 20%-й раствор уксусной кислоты представляет собой 80 мл растворителя (воды) 20 г кислоты, а 5%-й раствор уксусной кислоты представляет собой 95 мл растворителя (воды) 5 г кислоты.

Составим пропорцию:

5/95 = 20/х;

x = 20 × 95 /5 = 380.

Т.е. в новом растворе (5%-м) содержится 380 мл растворителя. Известно, что первоначальный раствор содержал 80 мл растворителя. Следовательно, чтобы получить 5%-й раствор уксусной кислоты из 20%-го раствора нужно добавить:

380-80 = 300 мл воды.

Ответ

Необходимо 300 мл воды.

ПРИМЕР 2

Задание

При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36л углекислого газа (н.у.) и 5,4 г воды. Плотность органического вещества по водороду равна 16. Определите формулу органического вещества.

Решение

Молярные массы углекислого газа и воды, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 44 и 18 г/моль, соответственно. Рассчитаем количество вещества продуктов реакции:

n(СО₂) = V(СО₂) / V_m ;

n(Н₂О) = m(Н₂О) / M(Н₂О);

n(СО₂) = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль;

n(Н₂О) = 5,4 / 18 = 0,3 моль.

Учитывая, что в составе молекулы СО₂ один атом углерода, а в составе молекулы Н₂О – 2 атома водорода, количество вещества и массы этих атомов будут равны:

n(С) = 0,15 моль;

n(Н) = 2×0,3 моль;

m(C) = n(С)× M(C) = 0,15 × 12 = 1,8 г;

m(Н) = n(Н)× M(Н) = 0,3 × 1 = 0,3 г.

Определим, есть ли в составе органического вещества кислород:

m(O) = m(C_xH_yO_z) – m(C) – m(H) = 4,8 – 0,6 – 1,8 = 2,4 г.

Количество вещества атомов кислорода:

n(O) = 2,4 / 16 = 0,15 моль.

Тогда, n(C): n(Н): n(O) = 0,15 : 0,6 : 0,15. Разделим на наименьшее значение, получим n(C):n(Н): n(O) = 1 : 4 : 1. Следовательно, формула органического вещества CH₄O. Молярная масса органического вещества рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 32 г/моль.

Молярная масса органического вещества, рассчитанная с использованием величины его плотности по водороду:

M(C_xH_yO_z) = M(H₂) × D(H₂) = 2 × 16 = 32 г/моль.

Если формулы органического вещества выведенного по продуктам сгорания и с использованием плотности по водороду различаются, то отношение молярных масс будет больше 1. Проверим это:

M(C_xH_yO_z) / M(CH₄O) = 1.

Следовательно, формула органического вещества CH₄O.