Лекция по теме вода по химии

Урок 27. Состав и физические свойства воды

В уроке 27 «Состав и физические свойства воды» из курса «Химия для чайников» узнаем, что из себя представляет вода, выясним её состав, а также физические свойства.

Наиболее распространенным оксидом на Земле является оксид водорода H₂O, или вода. Без воды, как и без кислорода, невозможна жизнь человека, животных и растений.

Вода — единственное вещество, существующее на Земле одновременно в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она является основным компонентом морей и океанов, ледников и айсбергов, облаков и тумана.

Около 70 % поверхности Земли покрыто океанами, морями, реками и озерами — природными хранилищами воды. Из космоса толстый слой воды имеет голубой цвет (рис. 104), вот почему нашу планету называют голубой. Вода входит в состав всех живых организмов, а также очень многих минералов.

Состав и строение воды

Как вы уже знаете, молекула воды состоит из трех атомов — двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 105). Относительная молекулярная масса воды равна:

Следовательно, молярная масса воды равна:

Вода — это вещество с молекулярным строением. В твердом (рис. 106) и жидком агрегатных состояниях молекулы воды прочно связаны друг с другом. Этим во многом объясняется целый ряд удивительных физических свойств воды.

Физические свойства воды

При комнатных условиях вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое вода не имеет цвета. Однако при толщине более 2 м она имеет голубой цвет. Совершенно чистая вода очень плохо проводит электрический ток.

На заметку: По тому, как проводит электрический ток вода, можно судить о ее чистоте — чем ниже электропроводность, тем чище вода.

У большинства 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 плотность льда равна примерно 0,92 г/см 3 , а плотность жидкой воды — примерно 1,00 г/см 3 . Это означает, что лед легче воды, поэтому он не тонет в ней (рис. 107). Такая особенность воды объясняет, почему водоемы начинают замерзать не со дна, а с поверхности и очень редко промерзают до самого дна. Это защищает живые организмы, обитающие в реках и морях, от гибели.

У воды высокая теплоемкость, поэтому она медленно нагревается, но и медленно остывает. Это позволяет морям и океанам накапливать тепло летом (и днем) и высвобождать его зимой (и ночью), что предотвращает резкие колебания температуры воздуха на нашей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобразными аккумуляторами тепла на нашей планете.

При нормальном давлении (101,3 кПа) температура кипения воды равна 100 °С. При понижении давления температура кипения воды понижается. Например, в горах на высоте около 5000 м давление существенно ниже нормального (примерно в два раза), поэтому вода закипает в этих условиях при температуре около 84 °С. Понятно, что варить продукты до готовности 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 пищу.

Вода как растворитель

С совершенно чистой водой, не содержащей никаких других веществ, большинство людей никогда не встречается. Такая вода используется 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.

Одно из веществ, входящих в состав раствора, называется растворителем, а остальные — растворенными веществами. Очень часто растворителем является вода. Вода может растворять твердые, жидкие и газообразные вещества.

Все природные воды содержат растворенные соли. Их легко обнаружить экспериментально, выпарив воду на часовом стекле. Кроме солей, вода может растворять различные газы. Их присутствие (правда, не всегда) можно обнаружить экспериментально. 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 растворимы в воде. Например, серная кислота и спирт неограниченно растворяются в воде. В таком случае говорят, что вещество смешивается с водой в любых соотношениях. Из-за хорошей растворимости многих веществ в воде ее иногда называют универсальным растворителем.

Краткие выводы урока:

1. Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит при 100 °С, а переходит в твердое состояние при 0 °С.
2. Плотность твердой воды меньше, чем жидкой.
3. Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
4. Вода является универсальным растворителем — она хорошо растворяет многие твердые, жидкие и газообразные вещества.

Надеюсь урок 27 «Состав и физические свойства воды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Лекция по теме вода по химии

Ключевые слова конспекта: вода, физические и химические свойства воды, водные растворы.

Физические свойства воды

Чистая вода — прозрачная жидкость, без цвета, вкуса и запаха, плотность 1 кг/л, температура кипения 100 °С при 1 атм, температура плавления 0°С. У воды высокая удельная теплоемкость — 4,12 кДж/кг К), поэтому она долго нагревается и медленно остывает. У воды большая теплота испарения. На испарение 1 г воды требуется 2,25 кДж теплоты.

Атомы Н и О в молекуле воды соединены полярными ковалентными связями. На атоме водорода в молекуле Н₂О имеется небольшой положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — небольшой отрицательный δ-. Поскольку молекула воды имеет уголковое строение, она представляет собой двухполюсную частицу — диполь: . Между молекулами воды существует межмолекулярная водородная связь: Н₂O ··· Н₂O.

Химические свойства воды

Вода реагирует со многими металлами по типу реакций замещения.

С наиболее активными металлами — от Li по Аl в ряду активности металлов при комнатной температуре протекают реакции замещения одного атома Н в молекуле Н₂O. С магнием реакция идет при нагревании, с алюминием — после снятия защитной оксидной пленки. В реакции образуются гидроксиды металлов — соединения, содержащие гидроксогруппу ОН, и водород:

2Li + 2Н₂O = 2LiOH + Н₂↑,
Са + 2Н₂O = Са(ОН)₂ + Н₂↑.

Менее активные металлы — Zn, Mo, W, Fe — взаимодействуют с водой при высокой температуре (400-600 °С). В этих реакциях образуются оксиды металлов и водород:

Zn + Н₂O = ZnO + Н₂↑,
3Fe + 4Н₂O = Fe₃O₄ + 4Н₂↑

Вода реагирует с оксидами активных металлов (реакция гидратации). При этом получаются растворимые в воде гидроксиды металлов — щелочи:

Na₂O + Н₂O = 2NaOH,
СаО + Н₂O = Са(ОН)₂.

Вода соединяется с оксидами многих неметаллов. При этом получаются растворимые в воде гидроксиды неметаллов — кислоты:

СO₂ + Н₂O = Н₂СO₃,
SO₃ + Н₂O = H₂SO₄.

Гидролиз — это обратимая реакция обмена, например соли с водой. При этом происходит расщепление молекул воды на Н и ОН, которые входят в состав двух новых веществ:

К₂СO₃ + Н₂O = КНСО₃ + КОН,
РСl₃ + ЗН₂O = Н₃РО₃ + ЗНСl.

Вода в жизнедеятельности человека. Водные растворы

Вода — жизненная среда всех живых организмов. Человек живет на суше, но его организм на 65-70% состоит из воды. Все процессы в живой клетке осуществляются в водной среде. В сутки человеку необходимо 2 л питьевой воды. Кроме того, вода нужна, чтобы варить пищу, стирать белье, умываться. Большие количества пресной воды расходуются в промышленности и сельском хозяйстве (растворитель). Отметим, что соленая вода морей и океанов для этих целей непригодна. Доля пресной воды в общих запасах воды на Земле составляет менее 3% от всех водных ресурсов.

Вода — химический реагент. Соединяясь с оксидами активных металлов, вода образует щелочи, а в реакциях с оксидами неметаллов дает кислоты — два больших и важных в деятельности человека класса веществ. Один из способов синтеза этилового спирта (этанола) C₂H₅OH — реакция этилена С₂Н₄ с водой:

Жесткость воды — это свойства воды, обусловленные содержанием в ней ионов Са 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ . Если концентрация этих ионов велика, то воду называют жесткой, если мала — мягкой. При стирке с мылом в жесткой воде образуются осадки, часть мыла уходит в осадок и ухудшается качество ткани. Такая вода непригодна для охлаждения в радиаторах автомобилей, в паровых котлах и стиральных машинах. При нагревании жесткой воды образуется накипь, которая забивает трубы и ускоряет изнашивание механизмов. Различают временную и постоянную жесткость воды.

Временная или карбонатная жесткость вызвана присутствием растворенных гидрокарбонатов кальция Са(НСО₃)₂, магния Mg(HCO₃)₂ и железа Fe(HCO₃)₂. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка карбоната, и жесткость воды снижается:

Са(НСO₃)₂ = СаСО₃↓ + СO₂↓ + Н₂O,
Fe(HCO₃)₂ = FeCO₃↓ + CO₂↓ + Н₂O.

Другой способ устранения временной жесткости — действие известкового молока или соды:

Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в ней хлоридов, сульфатов и других растворимых солей кальция, магния и железа. Ее устраняют действием соды:

СаСl₂ + Na₂CO₃ = СаСO₃↓ + 2NaCl.

Водный раствор — разновидность раствора, в котором растворителем служит вода. Будучи превосходным растворителем, именно вода используется для приготовления большинства растворов в химии.

Вещества, которые плохо растворяются в воде, называют гидрофобными (‘боящимися воды’), а хорошо в ней растворяющиеся — гидрофильными (‘любящими воду’). Примером типичного гидрофильного соединения может служить хлорид натрия (поваренная соль).

Если вещество образует водный раствор, который хорошо проводит электрический ток, то он называется сильным электролитом; в противном случае — слабым.

Конспект урока по химии «Вода. Свойства воды. Водные растворы». Выберите дальнейшее действие:

Источник

Конспект лекции по теме «Вода как растворитель. Растворы. Растворимость веществ» дисциплины ОУД.10 Химия, специальности 33.02.01 Фармация, СПО

Тема: Вода, как растворитель. Растворы. Растворимость веществ

1. Вода, как растворитель. Растворы, их виды.

2. Процессы, протекающие при растворении веществ (физический и химический).

3. Растворимость веществ, виды растворов (насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные) и виды веществ по растворимости.

4. Зависимость растворимости газов, жидкостей и твердых веществ от различных факторов.

5. Массовая доля растворенного вещества.

1. Вода, как растворитель. Растворы

Раствор – это гомогенная (однофазная: газ +газ, жидкость + жидкость) система, состоящая из двух или более компонентов.

Растворы бывают : газообразные (воздух – смесь газов), жидкие , растворы могут быть как водными ( растворитель-вода ), так и неводными (растворители – спирт, эфир, бензин и др.), твердые ( сплавы металлов – бронза, мельхиор и др.).

На практике чаще применяют водные растворы , так как в воде растворяются многие твердые ( вода + твердое ), жидкие (вода + жидкие ), газообразные ( вода +газообразные ) вещества.

Жидкие растворы, как правило, прозрачные и устойчивые системы, не осаждаются и не расслаиваются при длительном стоянии, растворенные частицы фильтрами не задерживаются.

2. Процессы, протекающие при растворении веществ

(физический и химический)

При растворении веществ протекают два основных процесса.

Первый – разрушение химических и молекулярных связей между ионами, атомами или молекулами растворяющегося вещества (например, разрушение связей в кристаллической решетке хлорида натрия) и равномерное распределение (диффузия) образовавшихся частиц между молекулами воды, что связано с затратой энергии — эндотермические процессы ( — Q ₁ ).

Второй процесс – взаимодействие частиц растворяемого вещества с растворителем, что сопровождается выделением энергии — это экзотермический процесс ( + Q ₂ ).

Общий тепловой эффект процесса растворения зависит от отношения выделяемой и поглощаемой энергии. Если Q _{1 /} Q ₂ , то процесс растворения сопровождается поглощением теплоты, а если Q ₁ / Q ₂ , — ее выделением. Растворение большинства твердых веществ в воде протекает с поглощением теплоты (эндотермические процессы), что связано с затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решетки, а растворение газов сопровождается выделением теплоты (экзотермические процессы), что объясняется незначительной затратой энергии на разрыв межмолекулярных связей. Отсюда следует, что тепловой эффект растворения зависит от природы растворяемого вещества .

Продуктами взаимодействия растворенного вещества с растворителем являются соединения, которые называют сольватами, а процесс их образования – сольватацией.

Если растворителем является вода, то соединения называют гидратами , а процесс образования – гидратацией. Гидраты – непрочные соединения и разлагаются при попытке выделить их в свободном виде. Но в ряде случаев образуются довольно прочные соединения с водой, которые можно выделить из раствора в кристаллическом состоянии – кристаллогидраты: это доказывает наличие в воде гидратов, а воду, входящую в их состав называют кристаллизационной. Состав кристаллогидратов выражают формулами, показывающими, какое количество вещества воды содержит 1 моль кристаллогидрата:

FeSO ₄ * 7 H ₂ O (железный купорос), CuSO ₄ * 5 H ₂ O (медный купорос).

Вывод: Таким образом, при растворении протекают как физические, так и химические процессы, поэтому растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями.

Как химические соединения, растворы однородны, их образование сопровождается тепловыми явлениями.

Как и механические смеси, они не имеют постоянного состава, их можно разделить на составные части.

3. Растворимость веществ,

виды растворов и веществ по растворимости

Растворимость – это способность вещества растворяться в воде или другом растворителе.

Количественно растворимость характеризуется коэффициентом растворимости, или просто растворимостью вещества.

Растворимость (коэффициент растворимости) – масса вещества, которое может раствориться при данной температуре в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора:

А). По растворимости растворы бывают.

Насыщенный раствор – это раствор, который находится в динамическом равновесии с растворяющимся веществом. Насыщенный раствор содержит максимальную массу растворенного вещества при данной температуре (в нем нельзя растворить добавочно вещество, оно выпадает в осадок).

Например, при температуре 20 градусов в 100 г воды растворяется 35,86г хлорида натрия. Это значит, что его растворимость при данной температуре равна 35,86г. Если сверх этой массы при той же температуре добавить еще хлорид натрия, то соль не растворяется, а осаждается в виде осадка.

Ненасыщенным называют раствор, в котором содержание растворенного вещества при данной температуре меньше, чем в насыщенном , В таком растворе можно растворить дополнительную массу вещества при той же температуре.

Насыщенные и ненасыщенные растворы устойчивы при хранении.

Можно приготовить раствор, в котором при данной температуре содержание растворенного вещества больше, чем в насыщенном. Например, если насыщенный раствор сульфата натрия, приготовленный при температуре 80 градусов, осторожно и медленно охладить, то избыток растворенного вещества не выделяется в виде осадка. В этом случае получается раствор, содержащий значительно больше растворенного вещества, чем это требуется для насыщения при данной температуре. Это явление было открыто и изучено российским химиком Т.Е. Ловицем, который назвал такие растворы пересыщенными.

Пересыщенные растворы при хранении, как правило, неустойчивы. Если пересыщенный раствор встряхнуть или бросить в него кристаллик растворенного вещества, то выпадает осадок и образуется насыщенный раствор. Легко образуют перенасыщенные растворы глауберова соль, бура, тиосульфат натрия.

Б). По растворимости в воде вещества подразделяются на:

— хорошо растворимые – в 100 г воды при температуре 20 градусов растворяется более 10 г вещества (сахар, гидроксид натрия, спирт, аммиак);

— мало растворимые – в 100 г воды при температуре 20 градусов растворяется менее 10 г вещества, но не более 0,01 г вещества (гипс, сульфат свинца, метан);

— практически нерастворимые – в 100 г воды при температуре 20 градусов растворяется менее 0,01 г вещества (хлорид серебра, стекло, керосин, благородные газы).

Это подразделение условно , так как в природе абсолютно нерастворимых веществ не существует. Например, если опустить в воду серебряную ложку, то серебро в ничтожно малых количествах все же растворяется в воде (ионы серебра уничтожают в воде микробы).

4. Факторы, от которых зависит растворимость веществ

Природа растворяемого вещества и растворителя определяются их строением. Так, вещества, состоящие из полярных молекул или ионов, лучше растворяются в полярных растворителях (хлороводород, этанол, хлорид натрия хорошо растворяются в воде, которая является полярным растворителем), а неполярные соединения – в неполярных растворителях (иод, бром хорошо растворяются в бензоле, который является неполярным растворителем). Следовательно, растворение вещества протекает согласно правилу : подобное растворяется в подобном.

Температура. Влияние температуры на растворимость веществ зависит от их агрегатного состояния. Растворимость твердого вещества определяется соотношением энергии, которая затрачивается на разрушение его кристаллической решетки, и энергии, которая выделяется при образовании гидратов (энергия гидратации).

Рассмотрим равновесие между твердым веществом и его насыщенным раствором:

кристалл + растворитель насыщенный раствор + Q

Согласно принципу Ле-Шателье, в тех случаях, когда вещества растворяются с поглощением энергии (эндотермические процессы), повышение температуры увеличивает их растворимость (нитраты калия, свинца, сульфата меди ( II ) и др.). Это характерно для большинства твердых веществ. Если же вещества растворяются с выделением энергии (экзотермические процессы), то повышение температуры уменьшает их растворимость . (некоторые соли лития, кальция, магния, алюминия, гашеная известь).

Растворение газов в воде – экзотермический процесс:

газ + растворитель —— насыщенный раствор + Q

Поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газов в воде с повышением температуры уменьшается. Так, кипячением можно удалить из воды растворенный в ней воздух.

Некоторые жидкости неограниченно растворяются одна в другой (спирт и вода), другие – ограниченно (эфир и вода). В этом случае образуются двухслойные (гетерогенные) системы, как, например, система бензин – вода: верхний слой – насыщенный раствор воды в бензине, а нижний слой – насыщенный раствор бензина в воде. В большинстве случаев с повышением температуры растворимость жидкостей увеличивается.

Давление. Растворение твердых и жидких веществ в воде практически не сопровождается изменением объема, поэтому давление влияет только на растворимость газообразных веществ. При растворении газа в воде объем системы уменьшается, поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, повышение давления увеличивает растворимость газа . На этом основано получение газированной воды.

Концентрация раствора определяется количеством вещества или массой растворенного вещества, содержащегося в определенном объеме или массе раствора (растворителя). Способы выражения состава раствора довольно разнообразны. Состав растворов выражают содержанием растворенного вещества в виде массовой доли.

5. Массовая доля растворенного вещества

w (раств. в-ва) – отношение массы растворенного вещества m (раств. в-ва) к общей массе раствора m (р-ра). Это безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или в процентах:

w (раств. в-ва) = ———————— х 100% (в процентах)

Массу раствора можно выразить через его объем и плотность:

Источник