Вода водород кислород химическое или физическое явление

Урок 12. Водород и кислород

Водород

Водород — самый распространённый химический элемент во Вселенной. Именно он составляет основу горючего вещества Звёзд.

Водород — первый химический элемент Периодической системы Менделеева. Его атом имеет простейшее строение: вокруг элементарной частицы «протон» (ядро атома) вращается один-единственный электрон:

Природный водород состоит из трех изотопов: протий 1 Н, дейтерий 2 Н и тритий 3 Н.

Задание 12.1. Укажите строение ядер атомов этих изотопов.

Имея на внешнем уровне один электрон, атом водорода может проявлять единственно возможную для него валентность I:

Вопрос. Образуется ли завершённый внешний уровень при приёме атомом водорода электронов?

Таким образом, атом водорода может и принимать, и отдавать один электрон, т. е. является типичным неметаллом. В любых соединениях атом водорода одновалентен.

Простое вещество «водород» Н₂ — газ без цвета и запаха, очень лёгкий. Он плохо растворим в воде, но хорошо растворим во многих металлах. Так, один объём палладия Рd поглощает до 900 объёмов водорода.

Схема (1) показывает, что водород может быть и окислителем, и восстановителем, реагируя с активными металлами и многими неметаллами:

Задание 12.2. Определите, в каких реакциях водород является окислителем, а в каких — восстановителем. Обратите внимание, что молекула водорода состоит из двух атомов.

Смесь водорода и кислорода является «гремучим газом», поскольку при поджигании её происходит сильнейший взрыв, который унёс многие жизни. Поэтому опыты, в которых выделяется водород, нужно выполнять подальше от огня.

Чаще всего водород проявляет восстановительные свойства, что используется при получении чистых металлов из их оксидов*:

* Аналогичные свойства проявляет алюминий (см. урок 10 — алюминотермия).

Разнообразные реакции происходят между водородом и органическими соединениями. Так, за счёт присоединения водорода (гидрирование) жидкие жиры превращаются в твёрдые (подробнее урок 25).

Водород можно получить разными способами:

• Взаимодействием металлов с кислотами:

Задание 12.3. Составьте уравнения таких реакций для алюминия, меди и цинка с соляной кислотой. В каких случаях реакция не идет? Почему? В случае затруднения см. уроки 2.2 и 8.3;

• Взаимодействие активных металлов с водой:

Задание 12.4. Составьте уравнения таких реакций для натрия, бария, алюминия, железа, свинца. В каких случаях реакция не идёт? Почему? В случае затруднений см. урок 8.3.

В промышленных масштабах водород получают электролизом воды:

а также при пропускании паров воды через раскалённые железные опилки:

Водород — самый распространённый элемент Вселенной. Он составляет бОльшую часть массы звёзд и участвует в термоядерном синтезе — источнике энергии, которую эти звёзды излучают.

Кислород

Кислород — самый распространённый химический элемент нашей планеты: более половины атомов Земной коры приходится на кислород. Вещество кислород О₂ составляет около 1/5 нашей атмосферы, а химический элемент кислород — 8/9 гидросферы (Мирового океана).

В Периодической системе Менделеева кислород имеет порядковый номер 8 и находится в VI группе второго периода. Поэтому строение атома кислорода следующее:

Имея на внешнем уровне 6 электронов, кислород является типичным неметаллом, т. е. присоединяет два электрона до завершения внешнего уровня:

Поэтому кислород в своих соединениях проявляет валентность II и степень окисления –2 (за исключением пероксидов).

Принимая электроны, атом кислорода проявляет свойства окислителя. Это свойство кислорода исключительно важно: процессы окисления происходят при дыхании, обмене веществ; процессы окисления происходят при горении простых и сложных веществ.

Горение — окисление простых и сложных веществ, которое сопровождается выделением света и теплоты. В атмосфере кислорода горят или окисляются почти все металлы и неметаллы. При этом образуются оксиды:

При горении в кислороде сложных веществ образуются оксиды химических элементов, входящих в состав исходного вещества. Только азот и галогены выделяются в виде простых веществ:

Вторая из этих реакций используется как источник тепла и энергии в быту и промышленности, так как метан CH₄ входит в состав природного газа.

Кислород позволяет интенсифицировать многие промышленные и биологические процессы. В больших количествах кислород получают из воздуха, а также электролизом воды (как и водород). В небольших количествах его можно получить разложением сложных веществ:

Задание 12.5. Расставьте коэффициенты в приведенных здесь уравнениях реакций.

Воду нельзя ничем заменить — этим она отличается практически от всех других веществ, которые встречаются на нашей планете. Воду может заменить только сама вода. Без воды нет жизни: ведь жизнь на Земле возникла тогда, когда на ней появилась вода. Жизнь зародилась в воде, поскольку она является естественным универсальным растворителем. Она растворяет, а значит, измельчает все необходимые питательные вещества и обеспечивает ими клетки живых организмов. А в результате измельчения резко возрастает скорость химических и биохимических реакций. Более того, без предварительного растворения невозможно протекание 99,5 % (199 из каждых 200) реакций! (См. также урок 5.1.)

Известно, что взрослый человек в сутки должен получать 2,5–3 л воды, столько же выводится из организма: т. е. в организме человека существует водный баланс. Если он нарушается, человек может просто погибнуть. Например, потеря человеком всего 1–2 % воды вызывает жажду, а 5 % — повышает температуру тела вследствие нарушения терморегуляции: возникает сердцебиение, возникают галлюцинации. При потере 10 % и более воды в организме возникают такие изменения, которые уже могут быть необратимы. Человек погибнет от обезвоживания.

Вода — уникальное вещество. Её температура кипения должна составлять –80 °C (!), однако равна +100 °C. Почему? Потому что между полярными молекулами воды образуются водородные связи:

Поэтому и лёд, и снег — рыхлые, занимают больший объём, чем жидкая вода. В результате лёд поднимается на поверхность воды и предохраняет обитателей водоёмов от вымерзания. Свежевыпавший снег содержит много воздуха и является прекрасным теплоизолятором. Если снег покрыл землю толстым слоем, то и животные и растения спасены от самых суровых морозов.

Кроме того, вода имеет высокую теплоёмкость и является своеобразным аккумулятором тепла. Поэтому на побережьях морей и океанов климат мягкий, а хорошо политые растения меньше страдают от заморозков, чем сухие.

Без воды в принципе невозможен гидролиз, химическая реакция, которая обязательно сопровождает усвоение белков, жиров и углеводов, которые являются обязательными компонентами нашей пищи. В результате гидролиза эти сложные органические вещества распадаются до низкомолекулярных веществ, которые, собственно, и усваиваются живым организмом (подробнее см. уроки 25–27). Процессы гидролиза были нами рассмотрены в уроке 6. Вода реагирует со многими металлами и неметаллами, оксидами, солями.

Задание 12.6. Составьте уравнения реакций:

1. натрий + вода →
2. хлор + вода →
3. оксид кальция + вода →
4. оксид серы (IV) + вода →
5. хлорид цинка + вода →
6. силикат натрия + вода →

Изменяется ли при этом реакция среды (рН)?

Вода является продуктом многих реакций. Например, в реакции нейтрализации и во многих ОВР обязательно образуется вода.

Задание 12.7. Составьте уравнения таких реакций.

Выводы

Водород — самый распространённый химический элемент во Вселенной, а кислород — самый распространённый химический элемент на Земле. Эти вещества проявляют противоположные свойства: водород — восстановитель, а кислород — окислитель. Поэтому они легко реагируют друг с другом, образуя самое удивительное и самое распространённое на Земле вещество — воду.

Источник

Как создать воду из водорода и кислорода

Вода — это общее название монооксида диоксида водорода или H2O .

Молекула образуется в результате многочисленных химических реакций, включая реакцию синтеза ее элементов, водорода и кислорода.

Сбалансированное химическое уравнение для реакции таково :

2 H2 + O2 + O2 → 2 H2O

Как сделать воду

Теоретически, легко сделать воду из водорода и кислорода.

Нужно смешать два вещества вместе, добавить достаточное количество тепла, чтобы обеспечить энергию активации для начала реакции.

Простое же смешивание двух газов при комнатной температуре, однако, ничего не даст, так как молекулы водорода и кислорода в воздухе не образуют спонтанно реакцию.

Для разрыва ковалентных связей, удерживающих молекулы H2 и O2 вместе, необходима энергия.

Затем катионы водорода и анионы кислорода свободно вступают в реакцию друг с другом, делают они это из-за различий в их электроотрицательности.

Когда химические связи восстанавливаются, образуя воду, высвобождается дополнительная энергия, которая распространяет реакцию. Чистая реакция является высоко экзотермической, т.е. реакцией, сопровождающейся выделением тепла.

Две демонстрации

Одной из распространенных химических демонстраций является наполнение небольшого воздушного шарика водородом и кислородом и прикосновение к воздушному шару — с расстояния и за щитом безопасности — горящей шиной.

Более безопасным вариантом является наполнение воздушного шара газом водорода и зажигание воздушного шара в воздухе.

Ограниченный кислород в воздухе реагирует на образование воды, но в более контролируемой реакции.

Еще одна простая демонстрация заключается в пузырьке водорода добавленного в мыльную воду.

Пузырьки плавают, потому что они легче воздуха.

Зажигалка с длинной рукояткой или горящая шина может быть использована для зажигания и образования воды.

Можно использовать водород из баллона со сжатым газом или в результате нескольких химических реакций ( например, реакции кислоты с металлом ).

Источник

Физические и химические явления

Различные изменения, происходящие с веществами, называются явлениями.

Пример. Испарение воды, плавление стекла, ржавление металлов — явления.

Явления делятся на физические и химические.

Физические явления — это явления, при которых не происходит превращения одних веществ в другие.

Пример. Изменение формы тела или агрегатного состояния вещества — физические явления.

Химические явления — это явления, в результате которых из одних веществ образуются другие, новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами. Химические явления иначе ещё называются химическими реакциями или химическими превращениями.

Пример. Ржавление железа, горение веществ, разложение воды при высокой температуре на водород и кислород — химические явления.

О веществах, вступающих в химическую реакцию, говорят, что они реагируют, взаимодействуют между собой или одни вещества превращаются в другие.

Вещества, которые вступают в химическую реакцию, называются исходными веществами или реагентами. Новые вещества, которые образуются в результате химической реакции, называются продуктами реакции.

Пример. При взаимодействии натрия и воды образуются гидроксид натрия и водород. Натрий и вода — реагенты, а гидроксид натрия и водород — продукты реакции.

Признаки химических реакций

О том, что происходит химическая реакция можно узнать по внешним признакам. Возможные признаки протекания химических реакций:

• изменение цвета;
• образование или растворение осадка;
• выделение газа;
• появление или изменение запаха;
• выделение или поглощение теплоты;
• излучение света.

Пример. Горение веществ часто сопровождается излучением света, выделением запаха и теплоты.

Источник

Физические и химические явления

Класс: 8.

Название курса: Химия.

Цель урока: формирование представлений учащихся о физических и химических явлениях, признаках и условиях химических реакций на основе интеграции знаний по физики, биологии, ОБЖ.

Задачи урока:

• формировать умение наблюдать явления, узнавать их и делать выводы на основе наблюдений;
• формировать умение проводить эксперимент в целях бережного отношения к здоровью;
• формировать умение объяснять значение явлений в жизни природы и человека;
• изучить понятий «физические явления», «химические явления», «признаки химических реакций», «условия протекания реакций»;
• показать практическую значимость знаний о химических явлениях, используя межпредметные связи.

• воспитывать убеждёние в познаваемости химической составляющей картины мира;
• воспитывать бережное отношение к своему здоровью.

• развивать познавательную и коммуникативную активность,
• развивать умение наблюдать окружающий мир, задумываться над его сутью, возможностью влияния на происходящие вокруг нас процессы.

В ходе урока формируются и развиваются следующие компетенции:

• ценностно-смысловые (способность ученика видеть и понимать окружающий мир);
• учебно-познавательные (умения учащихся в сфере самостоятельной познавательной деятельности — организация целеполагания, планирования, анализа, рефлексии, самооценки);
• информационные (умения самостоятельно искать, анализировать, отбирать необходимую информацию, преобразовывать ее и т. д.)
• коммуникативные (навыки работы в группе, способы взаимодействия с окружающими людьми).

Тип урока: изучение нового материала.

Методы:

• репродуктивный,
• частично-поисковый,
• поисковый.

Оборудование и реактивы:

• на демонстрационном столе: 4 стакана, пробирка, спички, свеча, лучина, NaHCO₃, CH₃COOH, H₂O, NaOH, Ф.Ф.
• на столах учащихся: подносы для проведения опытов, предметное стекло, деревянная палочка, тигельные щипцы, ступка, пестик, лучина, спички, парафин, CaCO₃, HCI, NaHCO₃, CaCl₂.

Структура урока:

1. Мотивация.
2. Целеполагание. Актуализация знаний учащихся из курса биологии, физики и ОБЖ. Создание проблемной ситуации.
3. Эксперимент как способ познания.
4. Анализ и обобщение полученных результатов. Вывод (определение химической реакции). Расширение сведений о новом понятии (признаки химических реакций, условия их возникновения).
5. Закрепление. Рефлексия.
6. Оценки. Домашнее задание.
7. Подведение итога урока.

Ход урока

Скажи мне, и я забуду.
Покажи мне, и я запомню.
Дай мне сделать самому, и я научусь.

1. Мотивация

Учитель: Здравствуйте, сегодня наш урок начнется с демонстрации. Вашему вниманию предлагается пронаблюдать 2 опыта (показать банки):

1 опыт: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂↑ (горящая лучина)

2 опыт: NaHCO₃ + H₂O →

Вопрос: Что вы наблюдали в ходе реакций?

Ответ: 1 опыт – выделяется газ, не поддерживающий горение, т.к. горящая лучина гаснет. 2 опыт – растворение питьевой соды в воде.

Вопрос: Какой можно сделать вывод по результатам проделанных опытов?

Ответ: В 2-х опытах произошли изменения.

2. Целеполагание. Актуализация знаний учащихся из курса биологии, физики и ОБЖ. Создание проблемной ситуации

Учитель (задание): В окружающем мире постоянно происходят изменения или по-другому мы их называем явления. Приведите примеры явлений природы, которые нас окружают.

Ответ:

• северное сияние;
• снегопад;
• град;
• гроза;
• радуга;
• туман;
• шаровая молния;
• вулкан;
• землятресение;
• ураган;
• наводнение;
• половодье.

Учитель: Обратите внимание на «Времена года», прикрепленные к доске (осень, весна).

Вопрос: Что происходит с веществами и телами?

Ответ:

• гниение листьев: изменение состава вещества;
• изменение цвета листьев деревьев осенью: изменение состава вещества;
• таянье льда: вещество не изменяется, только агрегатное состояние (из твердого в жидкое);
• появление зеленого цвета у растений под действием солнечного света (фотосинтез)

Учитель: Какие явления вы знаете из физики (пройдена тема: «Изменение агрегатных состояний веществ»)?

Ответ:

• плавление: (т-ж) таяние снега;
• кристаллизация: (ж-т) замерзание воды;
• парообразование: (ж-г) испарение воды с поверхности океана;
• конденсация: (г-ж) выпадение росы;
• сублимация: (т-г) испарение нафталина, плавление графита, иней;
• десублимация: (г-т) узоры на стекле.

Вопрос: Что происходит с веществами в перечисленных явлениях?

Ответ: Изменяются форма, размеры, агрегатное состояние.

Вопрос: Как называются такие явления?

Ответ: Физические.

Учитель: Сформулируйте тему нашего урока.

Ответ: «Явления физические и ….» (запись в рабочие листы, приложение 1).

Вопрос: Какие еще есть явления кроме физических?

Ответ: Химические (добавляю).

Вопрос: Что мы знаем о них?

Ответ: Химические явления – явления, при которых из одних веществ образуются другие вещества, поэтому их еще называют химическими реакциями.

Вопрос: Что вы хотели бы узнать о них?

Ответ: Научиться определять явления, условия их возникновения и протекания (цель урока).

3. Эксперимент как способ познания (групповая лаб/работа)

Инструктаж ТБ (учащиеся) и правила работы в группах (учитель) озвучить (приложение 3, 4).

Опыт 1. Нагревание парафина. На предметное стекло деревянной палочкой нанесите несколько крупинок парафина и, захватив тигельными щипцами стекло, осторожно нагрей над пламенем спиртовки.

Опыт 2. Измельчение мела. Разотрите мел в ступке пестиком.

Опыт 3. Взаимодействие мела с HCI (соляной кислотой). Налейте немного в пробирку раствора выданной кислоты и внесите немного растертого мела деревянной палочкой. Затем, зажгите лучину и внесите ее в пробирку.

Опыт 4. Взаимодействие растворов NaHCO₃ (питьевой соды), CaCl₂ (хлорида кальция). Налейте в пробирку раствор питьевой соды и прилейте к нему немного хлорида кальция. Затем, зажгите лучину и внесите ее в пробирку.

Результаты опытов

Название опыта

Наблюдения (что изменилось?)

Новые вещества

Вывод (какое это явление?)

Источник