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:
- Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит при 100 °С, а переходит в твердое состояние при 0 °С.
- Плотность твердой воды меньше, чем жидкой.
- Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
- 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
Вода тип вещества химия 8 класс
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:
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 урока химии в 8 классе «Вода. Свойства воды
Урок химии в 8-м классе «Вода».
Цель урока : изучить распространение воды , значение для живых организмов, физические свойства, состав, строение молекулы, распространение, способы очистки.
Образовательные : сформировать знания учащихся о составе, строении и свойствах воды.
Продолжить формирование умений работать самостоятельно с учебником, тетрадью.
Развивающие: развивать наблюдательность, память . Развивать умение сравнивать, прогнозировать, обобщать и делать выводы. Развивать информационную культуру учащихся.
Воспитательные: воспитывать бережное и экономное отношение к водным ресурсам, продолжить экологическое просвещение школьников, прививать заботу к окружающей среде и своему здоровью, развивать чувство прекрасного.
I. Введение в тему.
Учитель химии: Послушайте загадку:
«А ну, скорей снимите шляпу!
Я дочь космического папы!
Я вездесуща и легка, —
Я лёд, я пот, я — облака,
Я иней, чай, бульон, туман,
Река, ручей и океан.
Когда я злюсь — я закипаю,
Когда мороз — я застываю».
О каком веществе идёт речь?
Сегодня на уроке мы будем говорить о воде.
I I. Изучение новой темы.
Учитель: Вода — самая популярная и самая загадочная из всех жидкостей, существующих на земле. Поэты посвящают ей удивительные строки, прозаики готовы писать о воде целые тома.
«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаться, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты — сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. Ты самое большое богатство на свете. » Антуан де Сент Экзюпери.
И действительно попробуем представить себе, что вода внезапно исчезла с поверхности Земли. Как бы выглядела наша планета?
Пересохшие русла рек, навеки замолкшие ручьи, пустоты морских и океанских впадин, покрытые толстым слоем солей, которые когда — то были растворимы в воде.
Земля мертва — ни кустика, ни цветочка, ни одного живого существа. Небо безоблачное, но необычного цвета от большого количества пыли. Ужасная картина!
Тысячи лет человек восхищается, любуется, наслаждается водой. И всё это время ищет ответа на вопрос: Что такое вода? Почему вода обладает столь удивительными свойствами? Сколько воды на Земле?
Сегодня на уроке мы попытаемся ответить на эти вопросы .
1. Распространение воды.
«Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана,
И всё это — только вода».
Вода — самое распространённое на Земле вещество. Она заполняет впадины земной поверхности, образуя моря и океаны. На их долю приходится 95,7%. 2,14% воды находится в реках и озёрах. Громадными массами снега и льда она покрывает полярные страны и вершины гор. 2,14% воды заключено в горных ледниках и ледниках Арктики и Антарктики. Тучи, облака, туман — это тоже вода, содержащаяся в атмосфере — 0,0005%. В.И. Вернадский говорил: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества — минерала, горной породы, живого тела, которое её не заключало бы. Всё земное вещество ею проникнуто и охвачено».
2.Значение воды для живых организмов.
Сообщение учащегося о значении воды для живых организмов.
Жизнь человека тесно связана с водой и зависит от неё. Вода — обязательный компонент живой клетки. Кровь человека состоит на 30% из воды, мышцы содержат 75%, стекловидное тело глаза — 99%, кости — 25%, зубная эмаль и та содержит воду — 0,2%. Слёзы, слюна, желудочный сок — так же содержат воду.
Вода участвует во всех процессах жизнедеятельности: транспорт питательных веществ и кислорода, выводит продукты распада, участвует в дыхании и терморегуляции — испаряясь, вода способствует охлаждению. Поэтому для обеспечения нормального существования человек ежедневно должен потреблять воды в 2 раза больше, чем питательных веществ: 2,5 — 6 л.
Потеря человеком воды на 12 — 15% приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды ведёт к гибели организма. Без пищи человек может прожить 30-50 дней, а без воды не более 3-х дней. Вода также является средой обитания для многих животных и растений.
3.Физические свойства воды.
Учитель: Почему вода так широко распространена на Земле и присутствует повсеместно в виде жидкости, твёрдого тела или газа. Чтобы ответить на этот вопрос вспомним физические свойства воды.
Чистая вода бесцветная, легкоподвижная жидкость без цвета, без вкуса, без запаха. Плотность жидкой воды (при температуре 4? С ) = 1 г/см 3 .
Вода может находиться в трёх агрегатных состояниях:
«Я и туча, и туман,
И ручей, и океан,
И стеклянной быть могу!»
При 100? С и атмосферном давлении 101,3 кПа вода переходит в парообразное состояние. Именно в таком состоянии она входит в состав воздуха. При 0? С вода кристаллизуется и переходит в твердое состояние — лед.
Вода обладает многими удивительными свойствами. Ее с полным правом можно назвать чудом природы. Глубокие моря, озера, реки не промерзают до дна, а лед находится на поверхности воды. Это явление можно объяснить тем, что при замерзании вода расширяется, лед имеет меньшую плотность и массу, чем жидкая вода, поэтому он плавает на поверхности. Благодаря этому свойству воды в водоемах и зимой сохраняется жизнь.
Вода обладает большой теплоемкостью — 42 Дж/г град — поэтому она медленно нагревается и медленно остывает, являясь хорошим теплоносителем. А водные бассейны регулируют температуру на нашей планете: летом не дают ей перегреваться, а зимой снабжают материки теплом. А от космического холода предохраняют те капли воды, которые рассеяны в атмосфере.
Еще одно свойство — вода является универсальным растворителем. В ней растворяются многие вещества.
Существование воды на Земле в трех агрегатных состояниях — газообразном, жидком и твердом обязано очень важному обстоятельству: вращению Земли вокруг Солнца на расстоянии 149,6 млн.км. Если бы расстояние от Земли до Солнца было бы меньше 134 млн км — вся вода океанов, морей и рек испарилась бы. Если бы расстояние между Землей и Солнцем было более 166 млн км, то жидкая вода превратилась бы в лед.
Состояние (ст.усл.) : жидкость
Плотность : 0,9982 г/куб.см
Динамическая вязкость (ст.усл.) : 0,00101 Па•с (при 20°C)
Кинематическая вязкость (ст.усл.) : 0,01012 кв.см/с (при 20°C)
Термические свойства воды:
Температура плавления : 0°C
Температура кипения : 99,974°C
Тройная точка : 0,01 °C, 611,73 Па
Критическая точка : 374°C, 22,064 MПа
Молярная теплоёмкость(ст.усл.) : 75,37 Дж/(моль•К)
Теплопроводность(ст.усл.) : 0,56 Вт/(м•K)
Агрегатные состояния воды :
Газообразное — водяной пар .
Учитель: Познакомимся с составом воды.
Формула воды — Н2О.
Такая короткая запись, а сколько трудов положено учеными разных стран, чтобы установить состав воды. Очень долгое время считалось, что вода — это элемент, пока однажды французский ученый Антуан Лоран Лавуазье не пропустил водяные пары через раскаленный ружейный ствол и не разложил воду на составные элементы — водород и кислород, тем самым доказав, что вода — это сложное вещество. А английские ученые Генри Кавендиш и Джозеф Пристли синтезировали воду, сжигая водород в кислороде, тем самым подтвердив состав воды.
Г. Кавендиш, Д. Пристли
В молекуле воды на один атом кислорода приходиться два атома водорода.
Массовые отношения в молекуле 2:16 или 1:8.
Относительная молекулярная масса =18.
Молярная масса =18 г/Моль.
5.Строение молекулы воды.
Учитель: Молекулы воды чрезвычайно просты в своем строении, но вместе с тем необычайны. Благодаря силам межмолекулярного притяжения атом кислорода одной молекулы воды притягивает атом водорода другой молекулы воды. Между соседними молекулами образуется связь, которая называется водородной.
За счет водородной связи образуются группы таких молекул. Наличие водородных связей обуславливает жидкое состояние воды. Когда вода закипает, водородная связь между ее молекулами разрушается, и вода из жидкого состояния переходит в газообразное. Чтобы разрушить водородные связи, необходимо приложить большую энергию, поэтому жидкая вода имеет высокую температуру кипения. С понижением температуры между молекулами воды увеличивается число водородных связей. Молекулы воды располагаются таким образом, что между ними образуются пустоты, поэтому при замерзании вода расширяется и лед «легче» воды.
Кристаллическая структура льда имеет ажурное строение.
Учитель: Вода — самое распространенное вещество на Земле. И в тоже время, мы вправе сказать, что на Земле нет чистой воды. Почему?
Сообщение учащихся о распространении воды.
Все что мы называем водой, на самом деле — растворы тех или иных веществ в воде. Вода — один из лучших растворителей, поэтому природная вода содержит примеси:
морская вода содержит примеси солей;
дождевая вода содержит примеси растворенных газов атмосферы (азота, кислорода, углекислого газа);
колодезная вода содержит сульфаты и карбонаты кальция, магния, натрия, калия.
На долю пресной воды приходится только 3%. Большая часть пресной воды (85%) находится на полюсах Земли в виде ледников и айсбергов.
7.Способы очистки воды
Учитель: Чтобы использовать воду для питья, а также в промышленности и сельском хозяйстве ее необходимо очищать.
Сообщение учащегося о способах очистки воды.
Природная вода всегда содержит примеси. В зависимости от целей ее использования применяют различные приемы очистки.
Питьевая вода не должна содержать нерастворенных примесей и болезнетворных микроорганизмов, которые обычно бывают в водоемах. Если воду для питья берут из озер и рек, то ей дают отстояться в специальных бассейнах и фильтруют через слой песка. Очищенную от нерастворимых веществ воду обрабатывают хлором, а иногда озоном или ультрафиолетовыми лучами, которые убивают микроорганизмы.
Чтобы очистить воду от растворенных в ней веществ, применяют перегонку, или дистилляцию. Большие количества дистиллированной воды, которая используется в аптеках, химических лабораториях, охладительных автомашинах, получают в перегонных кубах или электрических дистилляторах.
Можно получить очень чистую воду даже в домашних условиях, используя способ вымораживания. Для этого наливают водопроводную воду в емкость и ставят ее в морозильную камеру. Как только в лед превратится примерно половина воды, незамерзшую часть надо слить, а льду дать растаять. Такая вода обладает высокой чистотой и ее считают полезной для здоровья.
В 16 веке королева Англии Елизавета I объявила премию за изобретение дешевого способа опреснения морской воды. Премия пока еще ни кому не вручена. В настоящее время для получения из морской воды 1 км пресной воды требуется 7 млн. т условного топлива, 2,8 т ядерного горючего.
Фронтальная беседа по вопросам.
Вы познакомились со свойствами воды, ее распространением и значением для живых организмов.
Перечислите физические свойства воды.
Какие условия обуславливают существование воды в трех агрегатных состояниях?
Почему водоемы зимой не промерзают до дна?
Почему на Земле существует малое количество пресной воды?
Как получить воду без примесей? Где используется такая вода?
Какое значение имеет вода в жизни живых организмов?
Почему вода является регулятором климата на Земле?
Почему водомерки бегают по воде?
Вода — самое распространенное вещество на поверхности нашей планеты. Она играет определяющую роль в формировании климата Земли. Вода — хороший растворитель. Вода содержится во всех частях живого организма, участвует в процессах жизнедеятельности, является средой обитания. При обезвоживании организм погибает.
Вода – это важный источник энергоресурсов .
Вода — это вещество, которое создало нашу планету, и наша жизнь без нее невозможна .
IV. Домашнее задание.
Составить схему-конспект, рисунки о физических свойствах и распространении воды; подобрать стихотворения и загадки о воде.
Источник
