Урок 28. Химические свойства воды
В уроке 28 «Химические свойства воды» из курса «Химия для чайников» узнаем о взаимодействии воды с различными веществами.
При обычных условиях вода является достаточно активным веществом по отношению к другим веществам. Это означает, что со многими из них она вступает в химические реакции.
Взаимодействие с оксидами неметаллов
Если струю газообразного оксида углерода(IV) CO2 (углекислого газа) направить в воду, то часть его растворится в ней (рис. 109).
При этом в растворе протекает химическая реакция соединения, в результате которой образуется новое вещество — угольная кислота H2CO3:
На заметку: Собирая углекислый газ над водой, Дж. Пристли обнаружил, что часть газа растворяется в воде и придает ей приятный терпкий вкус. По сути дела, Пристли впервые получил напиток типа газированной, или содовой, воды.
Реакция соединения происходит также, если к воде прибавить твердый оксид фосфора(V) P2O5. При этом протекает химическая реакция с образованием фосфорной кислоты H3PO4 (рис. 110):
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 кислот в растворах. 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 кислоты.
Некоторые из кислотных оксидов и соответствующих им кислот приведены в таблице 11. Обратите внимание, что это оксиды элементов неметаллов. Как правило, оксиды неметаллов являются кислотными оксидами.
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:
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:
Подробнее с основаниями вы познакомитесь в следующем уроке. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называют основными оксидами.
Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания.
В таблице 12 приведены формулы некоторых основных оксидов и соответствующих им оснований. Заметьте, что, в отличие от кислотных оксидов, в состав основных оксидов входят атомы металлов. Большинство оксидов металлов — это основные оксиды.
Несмотря на то что каждому 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:
В этих реакциях выделяется водород и образуются растворимые в воде основания.
Как химически активное вещество вода вступает в реакции со многими другими веществами, но об этом вы узнаете при дальнейшем изучении химии.
Краткие выводы урока:
- Вода — химически активное вещество. Она вступает в реакции с кислотными и основными оксидами, активными металлами.
- При взаимодействии воды с большинством кислотных оксидов образуются соответствующие кислоты.
- Некоторые основные оксиды при реакции с водой образуют растворимые основания.
- При обычных условиях вода реагирует с наиболее активными металлами. При этом образуются растворимые основания и водород.
Надеюсь урок 28 «Химические свойства воды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Источник
Химические свойства основных оксидов
Химические свойства основных оксидов
Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать здесь.
1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Щелочи образуют щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.
CuO + H2O ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)
2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:
основный оксид + кислота = соль + вода
основный оксид + кислотный оксид = соль
При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:
Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота).
Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N2O5, NO2, SO3 и т.д.).
| Основные оксиды, которым соответствуют щелочи | Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые основания |
| Реагируют со всеми кислотами и их оксидами | Реагируют только с сильными кислотами и их оксидами |
| Na2O + SO2 → Na2SO3 | CuO + N2O5 → Cu(NO3)2 |
3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.
При взаимодействии основных оксидов с амфотерными образуются соли:
основный оксид + амфотерный оксид = соль
С амфотерными оксидами при сплавлении взаимодействуют только основные оксиды, которым соответствуют щелочи . При этом образуется соль. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.
CuO + Al2O3 ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)
(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al2O3 + H2O = H2Al2O4 и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO2. Получается алюминат-ион AlO2 — . Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).
Амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются, поэтому реагировать с основными оксидами фактически не могут.
4. Взаимодействие оксидов металлов с восстановителями.
При оценке окислительно-восстановительной активности металлов и их ионов можно использовать электрохимический ряд напряжений металлов:
Восстановительные свойства (способность отдавать электроны) у простых веществ-металлов здесь увеличиваются справа налево, окислительные свойства ионов металлов — увеличиваются наоборот, слева направо. При этом некоторые ионы металлов в промежуточных степенях окисления могут проявлять также восстановительные свойства (например ион Fe 2+ можно окислить до иона Fe 3+ ).
Более подробно про окислительно-восстановительные реакции можно прочитать здесь.
Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.
4.1. Восстановление углем или угарным газом.
Углерод (уголь) восстанавливает из оксидов до простых веществ только металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Реакция протекает только при нагревании.
FeO + C = Fe + CO
Активные металлы, расположенные в ряду активности левее алюминия, активно взаимодействуют с углеродом, поэтому при взаимодействии их оксидов с углеродом образуются карбиды и угарный газ:
CaO + 3C = CaC2 + CO
Угарный газ также восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные после алюминия в электрохимическом ряду:
CuO + CO = Cu + CO2
4.2. Восстановление водородом .
Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Реакция с водородом протекает только в жестких условиях – под давлением и при нагревании.
CuO + H2 = Cu + H2O
4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла)
При этом более активные металлы вытесняют менее активные. То есть добавляемый к оксиду металл должен быть расположен левее в ряду активности, чем металл из оксида. Реакции, как правило, протекают при нагревании.
Например , оксид цинка взаимодействует с алюминием:
3ZnO + 2Al = Al2O3 + 3Zn
но не взаимодействует с медью:
ZnO + Cu ≠
Восстановление металлов из оксидов с помощью других металлов — это очень распространенный процесс. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний. А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.
Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.
Например : алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:
3CuO + 2Al = Al2O3 + 3Cu
Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.
CuO + Mg = Cu + MgO
Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:
При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.
4.4. Восстановление аммиаком.
Аммиаком можно восстанавливать только оксиды неактивных металлов. Реакция протекает только при высокой температуре.
Например , аммиак восстанавливает оксид меди (II):
3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H2O + N2
5. Взаимодействие оксидов металлов с окислителями.
Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe 2+ , Cr 2+ , Mn 2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей.
Например , оксид железа (II) можно окислить кислородом до оксида железа (III):
Источник
Оксиды металлов с водой примеры
Если в цилиндр с водой опустить стружки кальция, то от поверхности кальция начнут отрываться пузырьки газа, как от поверхности цинка, помещенного в раствор серной кислоты. При поднесении зажженной лучинки к отверстию цилиндра мы будем наблюдать вспышки. Это горит водород. Вода в цилиндре мутнеет. Появившиеся в цилиндре белые взвешенные частицы — гидроксид кальция Са(ОН)2. Протекающая реакция выражается уравнением:
Са + 2Н 2 0 = 2Са (ОН) 2 + Н 2 ↑
При этой реакции из молекулы воды Н 2 О, которую можно представить как Н—ОН (группа — ОН — гидроксогруппа), —ОН переходит в состав гидроксида кальция. Так как атом кальция двухвалентен, то он вытесняет из двух молекул воды два атома водорода, а оставшиеся две группы —ОН соединяются с атомом кальция.
Еще энергичнее протекает реакция натрия с водой. Опустим кусочек натрия в стакан с водой. Натрий всплывает на ее поверхность, плавится, превращаясь в блестящую каплю. Она быстро перемещается по поверхности воды, издавая шипение и уменьшаясь в размерах. Выпарив раствор, мы обнаружим твердое белое вещество — гидроксид натрия NaOH
2Na + 2НОН = 2NaOH + Н 2 ↑
Натрий и кальций принадлежат к числу наиболее химически активных.
Сожжем в банке на ложечке красный фосфор. Прильем немного воды и подождем, пока получившийся оксид фосфора (V) Р 2 0 5 растворится. Добавим к раствору несколько капель фиолетового лакмуса. Лакмус окрасится в красный цвет. Значит, в растворе содержится кислота. Оксид фосфора (V) соединяется с водой, и получается фосфорная кислота Н 3 Р0 4 :
Р 2 0 5 + ЗН 2 0 = 2Н 3 Р0 4
Сожжем в банке, в которую налито немного воды, серу и получившийся раствор исследуем раствором лакмуса. Он тоже окрасится в красный цвет. Оксид серы (IV) S0 2 , образовавшийся при сгорании серы, соединился с водой, и получилась сернистая кислота:
S0 2 + H 2 0 = H 2 S0 2
Оксид серы (VI), взаимодействуя с водой, образует серную кислоту H 2 S0 4 :
SO 2 + Н 2 О = H 2 S0 4
Азот может образовать оксид N205, при взаимодействии которого с водой образуется азотная кислота:
N 2 0 5 + Н 2 0 = 2HN0 3
Соединения оксидов неметаллов с водой относят к кислотам.
Рассмотрим теперь отношение к воде оксидов металлов. Насыплем в стаканчики оксид меди СиО, оксид железа Fe 2 0 3 , оксид цинка ZnO и оксид кальция СаО и прильем в каждый немного воды. Оксиды меди, железа и цинка в воде не растворяются и не соединяются с ней. Иначе ведет себя оксид кальция, или негашеная известь.
При обливании кусков негашеной извести водой наблюдается такое сильное разогревание, что часть воды превращается в пар, а куски негашеной извести, рассыпаясь, превращаются в сухой рыхлый порошок — гашеную известь, или гидроксид кальция Ca(OH) 2 :
СаО + Н 2 0 = Са(ОН) 2
Подобно оксиду кальция, соединяются с водой оксиды натрия и калия:
Na 2 0 + H 2 0 = 2NaOH
К 2 0+Н 2 0 = 2КОН
При этих реакциях образуются гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия КОН.
Таким образом, одни оксиды металлов не реагируют с водой (их большинство) другие (оксид калия, оксид натрия, оксид кальция, оксид бария и др.) соединяются с ней, образуя гидроксиды, которые относятся к основаниям.
(Неорганическая химия 7-8 класс автор Ю. В. Ходаков и др.)
Источник
