Самое важное, уникальное по свойствам и составу вещество нашей планеты - это, конечно, вода. Ведь именно благодаря ей на Земле жизнь есть, в то время как на других известных сегодня объектах Солнечной системы ее нет. Твердая, жидкая, в виде пара - она нужна и важна любая. Вода и ее свойства составляют предмет изучения целой научной дисциплины - гидрологии.

Количество воды на планете

Если рассматривать показатель количества данного оксида во всех агрегатных состояниях, то его на планете около 75% от общей массы. При этом следует учитывать связанную воду в органических соединениях, живых существах, минералах и прочих элементах.

Если учитывать только жидкое и твердое состояние воды, показатель падет до 70,8%. Рассмотрим, как распределяются эти проценты, где содержится рассматриваемое вещество.

1. Соленой воды в океанах и морях, солончаковых озерах на Земле 360 млн км 2 .
2. Пресная вода распределена неравномерно: ее в ледниках Гренландии, Арктики, Антарктиды заковано во льды 16,3 млн км 2 .
3. В пресных реках, болотах и озерах сосредоточено 5,3 млн км 2 оксида водорода.
4. Подземные воды составляют 100 млн м 3 .

Именно поэтому космонавтам из далекого космического пространства видно Землю в форме шара голубого цвета с редкими вкраплениями суши. Вода и ее свойства, знание особенностей строения являются важными элементами науки. К тому же, в последнее время человечество начинает испытывать явную нехватку пресной воды. Может быть, такие знания помогут в решении данной проблемы.

Состав воды и строение молекулы

Если рассмотреть эти показатели, то сразу станут понятны и свойства, которые проявляет это удивительное вещество. Так, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, поэтому имеет эмпирическую формулу Н 2 О. Кроме того, при построении самой молекулы большую роль играют электроны обоих элементов. Посмотрим, что собой представляют структура воды и ее свойства.

Очевидно, что каждая молекула ориентирована вокруг другой, и все вместе они формируют общую кристаллическую решетку. Интересно то, что оксид построен в форме тетраэдра - атом кислорода в центре, а две пары электронов его и два атома водорода вокруг асимметрично. Если провести через центры ядер атомов линии и соединить их, то получится именно тетраэдрическая геометрическая форма.

Угол между центром атома кислорода и ядрами водородов составляет 104,5 0 С. Длина связи О-Н = 0,0957 нм. Наличие электронных пар кислорода, а также его большее в сравнении с водородами сродство к электрону обеспечивают формирование в молекуле отрицательно заряженного поля. В противовес ему ядра водородов образуют положительно заряженную часть соединения. Таким образом, выходит, что молекула воды - диполь. Это определяет то, какой может быть вода, и ее физические свойства также зависят от строения молекулы. Для живых существ эти особенности играют жизненно важную роль.

Основные физические свойства

К таковым принято относить кристаллическую решетку, температуры кипения и плавления, особенные индивидуальные характеристики. Все их и рассмотрим.

1. Строение кристаллической решетки оксида водорода зависит от агрегатного состояния. Оно может быть твердым - лед, жидким - основная вода при обычных условиях, газообразным - пар при повышении температуры воды свыше 100 0 С. Красивые узорные кристаллы формирует лед. Решетка в целом рыхлая, но соединение очень прочное, плотность низкая. Видеть ее можно на примере снежинок или морозных узоров на стеклах. У обычной воды решетка не имеет постоянной формы, она изменяется и переходит из одного состояния в другое.
2. Молекула воды в космическом пространстве имеет правильную форму шара. Однако под действием земной силы тяжести она искажается и в жидком состоянии принимает форму сосуда.
3. То, что по структуре оксид водорода - диполь, обуславливает следующие свойства: высокая теплопроводность и теплоемкость, которая прослеживается в быстром нагревании и долгом остывании вещества, способность ориентировать вокруг себя как ионы, так и отдельные электроны, соединения. Это делает воду универсальным растворителем (как полярным, так и нейтральным).
4. Состав воды и строение молекулы объясняют способность этого соединения образовывать множественные водородные связи, в том числе с другими соединениями, имеющими неподеленные электронные пары (аммиак, спирт и прочие).
5. Температура кипения жидкой воды - 100 0 С, кристаллизация наступает при +4 0 С. Ниже этого показателя - лед. Если же увеличивать давление, то температура кипения воды резко возрастет. Так, при высоких атмосферах в ней можно растопить свинец, но она при этом даже не закипит (свыше 300 0 С).
6. Свойства воды весьма значимы для живых существ. Например, одно из самых важных - поверхностное натяжение. Это формирование тончайшей защитной пленки на поверхности оксида водорода. Речь идет о воде в жидком состоянии. Эту пленку разорвать механическим воздействием очень сложно. Учеными установлено, что понадобится сила, равная весу в 100 тонн. Как ее заметить? Пленка очевидна, когда вода капает из крана медленно. Видно, что она словно в какой-то оболочке, которая растягивается до определенного предела и веса и отрывается в виде круглой капельки, слегка искаженной силой тяжести. Благодаря поверхностному натяжению многие предметы могут находиться на поверхности воды. Насекомые, имеющие особые приспособления, могут свободно передвигаться по ней.
7. Вода и ее свойства аномальны и уникальны. По органолептическим показателям данное соединение - бесцветная жидкость без вкуса и запаха. То, что мы называем вкусом воды, - это растворенные в ней минералы и другие компоненты.
8. Электропроводность оксида водорода в жидком состоянии зависит от того, сколько и каких солей в нем растворены. Дистиллированная вода, не содержащая никаких примесей, электрический ток не проводит.

Лед - это особое состояние воды. В структуре этого ее состояния молекулы связаны друг с другом водородными связями и формируют красивую кристаллическую решетку. Но она достаточно неустойчива и легко может расколоться, растаять, то есть деформироваться. Между молекулами сохраняется множество пустот, размеры которых превышают размеры самих частиц. Благодаря этому плотность льда меньше, чем жидкого оксида водорода.

Это имеет большое значение для рек, озер и прочих пресных водоемов. Ведь в зимний период вода в них не замерзает полностью, а лишь покрывается плотной коркой более легкого льда, всплывающего наверх. Если бы данное свойство не было характерно для твердого состояния оксида водорода, то водоемы промерзали бы насквозь. Жизнь под водой была бы невозможна.

Кроме того, твердое состояние воды имеет большое значение как источник огромного количества питьевых пресных запасов. Это ледники.

Особенным свойством воды можно назвать явление тройной точки. Это такое состояние, при котором лед, пар и жидкость могут существовать одновременно. Для этого требуются такие условия, как:

• высокое давление - 610 Па;
• температура 0,01 0 С.

Показатель прозрачности воды варьируется в зависимости от посторонних примесей. Жидкость может быть полностью прозрачной, опалесцентной, мутной. Поглощаются волны желтого и красного цветов, глубоко проникают лучи фиолетовые.

Химические свойства

Вода и ее свойства - важный инструмент в понимании многих процессов жизнедеятельности. Поэтому они изучены очень хорошо. Так, гидрохимию интересуют вода и ее химические свойства. Среди них можно назвать следующие:

1. Жесткость. Это такое свойство, которое объясняется наличием солей кальция и магния, их ионов в растворе. Подразделяется на постоянную (соли названных металлов: хлоридов, сульфатов, сульфитов, нитратов), временную (гидрокарбонаты), которая устраняется кипячением. В России воду перед использованием смягчают химическим путем для лучшего качества.
2. Минерализация. Свойство, основанное на дипольном моменте оксида водорода. Благодаря его наличию молекулы способны присоединять к себе множество других веществ, ионов и удерживать их. Так формируются ассоциаты, клатраты и прочие объединения.
3. Окислительно-восстановительные свойства. Как универсальный растворитель, катализатор, ассоциат, вода способна взаимодействовать с множеством простых и сложных соединений. С одними она выступает в роли окислителя, с другими - наоборот. Как восстановитель реагирует с галогенами, солями, некоторыми менее активными металлами, с многими органическими веществами. Последние превращения изучает органическая химия. Вода и ее свойства, в частности, химические, показывают, насколько она универсальна и уникальна. Как окислитель она вступает в реакции с активными металлами, некоторыми бинарными солями, многими органическими соединениями, углеродом, метаном. Вообще химические реакции с участием данного вещества нуждаются в подборе определенных условий. Именно от них и будет зависеть исход реакции.
4. Биохимические свойства. Вода является неотъемлемой частью всех биохимических процессов организма, являясь растворителем, катализатором и средой.
5. Взаимодействие с газами с образованием клатратов. Обычная жидкая вода может поглощать даже неактивные химически газы и располагать их внутри полостей между молекулами внутренней структуры. Такие соединения принято называть клатратами.
6. Со многими металлами оксид водорода формирует кристаллогидраты, в которые он включен в неизменном виде. Например, медный купорос (CuSO 4 *5H 2 O), а также обычные гидраты (NaOH*H 2 O и другие).
7. Для воды характерны реакции соединения, при которых происходит образование новых классов веществ (кислот, щелочей, оснований). Они не являются окислительно-восстановительными.
8. Электролиз. Под действием электрического тока молекула разлагается на составные газы - водород и кислород. Один из способов получения их в лаборатории и промышленности.

С точки зрения теории Льюиса вода - это слабая кислота и слабое основание одновременно (амфолит). То есть можно сказать о некоей амфотерности в химических свойствах.

Вода и ее полезные свойства для живых существ

Сложно переоценить то значение, которое имеет оксид водорода для всего живого. Ведь вода и есть сам источник жизни. Известно, что без нее человек не смог бы прожить и недели. Вода, ее свойства и значение просто колоссальны.

1. Это универсальный, то есть способный растворять и органические, и неорганические соединения, растворитель, действующий в живых системах. Именно поэтому вода - источник и среда для протекания всех каталитических биохимических преобразований, с формированием сложных жизненно важных комплексных соединений.
2. Способность образовывать водородные связи делает данное вещество универсальным в выдерживании температур без изменения агрегатного состояния. Если бы это было не так, то при малейшем снижении градусов она превращалась бы в лед внутри живых существ, вызывая гибель клеток.
3. Для человека вода - источник всех основных бытовых благ и нужд: приготовление пищи, стирка, уборка, принятие ванны, купание и плавание и прочее.
4. Промышленные заводы (химические, текстильные, машиностроительные, пищевые, нефтеперерабатывающие и другие) не сумели бы осуществлять свою работу без участия оксида водорода.
5. Издревле считалось, что вода - это источник здоровья. Она применялась и применяется сегодня как лечебное вещество.
6. Растения используют ее как основной источник питания, за счет чего они продуцируют кислород - газ, благодаря которому существует жизнь на нашей планете.

Можно назвать еще десятки причин того, почему вода - это самое широко распространенное, важное и необходимое вещество для всех живых и искусственно созданных человеком объектов. Мы привели только самые очевидные, главные.

Гидрологический цикл воды

Иными словами, это ее круговорот в природе. Очень важный процесс, позволяющий постоянно пополнять исчезающие запасы воды. Как он происходит?

Основных участников трое: подземные (или грунтовые) воды, поверхностные воды и Мировой океан. Важна также и атмосфера, конденсирующая и выдающая осадки. Также активными участниками процесса являются растения (в основном деревья), способные поглощать огромное количество воды в сутки.

Итак, процесс происходит следующим образом. Грунтовые воды заполняют подземные капилляры и стекаются к поверхности и Мировому океану. Затем поверхностные воды поглощаются растениями и транспирируются в окружающую среду. Также происходит испарение с огромных площадей океанов, морей, рек, озер и прочих водоемов. Попав в атмосферу, вода что делает? Конденсируется и проливается обратно в виде осадков (дождь, снег, град).

Если бы не происходили эти процессы, то запасы воды, особенно пресной, давно бы уже закончились. Именно поэтому охране и нормальному гидрологическому циклу уделяется людьми большое внимание.

Понятие о тяжелой воде

В природе оксид водорода существует в виде смеси изотопологов. Это связано с тем, что водород формирует три вида изотопа: протий 1 Н, дейтерий 2 Н, тритий 3 Н. Кислород, в свою очередь, также не отстает и образует три устойчивые формы: 16 О, 17 О, 18 О. Именно благодаря этому существует не просто обычная протиевая вода состава Н 2 О (1 Н и 16 О), но еще и дейтериевая, и тритиевая.

При этом устойчива по структуре и форме именно дейтериевая (2 Н), которая включается в состав практически всех природных вод, но в малом количестве. Именно ее называют тяжелой. Она несколько отличается от обычной или легкой по всем показателям.

Тяжелая вода и ее свойства характеризуются несколькими пунктами.

1. Кристаллизуется при температуре 3,82 0 С.
2. Кипение наблюдается при 101,42 0 С.
3. Плотность составляет 1,1059 г/см 3 .
4. Как растворитель в несколько раз хуже легкой воды.
5. Имеет химическую формулу D 2 O.

При проведении опытов, показывающих влияние подобной воды на живые системы, было установлено, что жить в ней способны лишь некоторые виды бактерий. Для приспособления и акклиматизации колониям потребовалось время. Но, приспособившись, они полностью восстановили все жизненно важные функции (размножение, питание). Кроме того, стали очень устойчивы к воздействию радиоактивного излучения. Опыты на лягушках и рыбах положительного результата не дали.

Современные области применения дейтерия и образованной им тяжелой воды - атомная и ядерная энергетика. Получить в лабораторных условиях такую воду можно при помощи электролиза обычной - она образуется как побочный продукт. Сам дейтерий формируется при многократных перегонках водорода в специальных устройствах. Применение его основано на способности замедлять нейтронные синтезы и протонные реакции. Именно тяжелая вода и изотопы водорода - основа для создания ядерной и водородной бомбы.

Опыты на применении дейтериевой воды людьми в небольших количествах показали, что задерживается она недолго - полный вывод наблюдается через две недели. Употреблять ее в качестве источника влаги для жизни нельзя, однако техническое значение просто огромно.

Талая вода и ее применение

Свойства такой воды издревле были определены людьми как целебные. Давно было замечено, что при таянии снега животные стараются напиться водой из образовавшихся лужиц. Позже были тщательно исследованы ее структура и биологическое воздействие на организм человека.

Талая вода, ее признаки и свойства находятся посередине между обычной легкой и льдом. Изнутри она образована не просто молекулами, а набором кластеров, сформированных кристаллами и газом. То есть внутри пустот между структурными частями кристалла находятся водород и кислород. По общему виду строение талой воды сходно со строением льда - сохраняется структурность. Физические свойства такого оксида водорода незначительно меняются в сравнении с обычным. Однако биологическое воздействие на организм отличное.

При замораживании воды первой фракцией превращается в лед более тяжелая часть - это дейтериевые изотопы, соли и примеси. Поэтому эту сердцевину следует удалять. А вот остальная часть - чистая, структурированная и полезная вода. Каково воздействие на организм? Учеными Донецкого НИИ были названы следующие виды улучшений:

1. Ускорение восстановительных процессов.
2. Укрепление иммунитета.
3. У детей после ингаляций такой водой происходит восстановление и излечение простудных заболеваний, проходит кашель, насморк и прочее.
4. Улучшается дыхание, состояние гортани и слизистых оболочек.
5. Общее самочувствие человека, активность повышаются.

Сегодня существует ряд сторонников лечения именно талой водой, которые пишут свои положительные отзывы. Однако есть ученые, в том числе медики, которые эти взгляды не поддерживают. Они считают, что вреда от такой воды не будет, но и пользы мало.

Энергетика

Почему свойства воды могут изменяться и восстанавливаться при переходе в разные агрегатные состояния? Ответ на этот вопрос следующий: у данного соединения существует своя информационная память, которая записывает все изменения и приводит к восстановлению структуры и свойств в нужное время. Биоэнергетическое поле, через которое проходит часть воды (та, что поступает из космоса), несет в себе мощный заряд энергии. Эту закономерность часто используют при лечении. Однако с медицинской точки зрения не каждая вода способна оказать благоприятный эффект, в том числе и информационный.

Структурированная вода - что это?

Это такая вода, которая имеет несколько иное строение молекул, расположение кристаллических решеток (такое, которое наблюдается у льда), но это все же жидкость (талая также относится к этому типу). В этом случае состав воды и ее свойства с научной точки зрения не отличаются от тех, что характерны для обычного оксида водорода. Поэтому структурированная вода не может иметь такого широкого лечебного эффекта, который ей приписывают эзотерики и сторонники нетрадиционной медицины.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Вода – оксид водорода – бинарное соединение неорганической природы.

Формула – H 2 O. 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:

H 2 O ↔ H + + OH — ↔ H 3 O + + OH — .

Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:

H 2 O = H 2 + O 2 .

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

2H 2 O + 2Na = 2NaOH + H 2 .

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

2H 2 O + 2F 2 = 4HF + O 2 .

3H 2 O +IF 5 = 5HF + HIO 3 .

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

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S.

Вода способна растворять некоторые вещества металлы и неметаллы при нагревании:

4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2 ;

H 2 O + C ↔ CO + H 2 .

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

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -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 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:

H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + H 2 O;

HNO 3 + NH 4 OH = NH 4 NO 3 + H 2 O;

2CH 3 COOH + Ba(OH) 2 = (CH 3 COO) 2 Ba + H 2 O.

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

CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

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: 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(СО 2) = V(СО 2) / V m ; n(Н 2 О) = m(Н 2 О) / M(Н 2 О); n(СО 2) = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль; n(Н 2 О) = 5,4 / 18 = 0,3 моль. Учитывая, что в составе молекулы СО 2 один атом углерода, а в составе молекулы Н 2 О – 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 x H y O 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 CH 4 O. 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 x H y O z) = M(H 2) × D(H 2) = 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 x H y O z) / M(CH 4 O) = 1. Следовательно, формула органического вещества CH 4 O.
Ответ	Формула органического вещества CH 4 O.

Вариант взят из сборника для подготовки к ЕГЭ 2017-го года авторов Е. В. Савинкиной и О. Г. Живейновой.

Задание 1.

Для элемента, атом которого имеет электронную формулу 3s2 3p5, число валентных электронов и номер периода, в котором расположен данный элемент в Периодической системе, равны соответственно

1. 5 и 3

2. 7 и 3

3. 5 и 2

4. 2 и 3

Объяснение: глядя на электронную формулу элемента, можно понять, что он находится в третьем периоде и число валентных электронов (а валентные электроны находятся только на последнем уровне) равняется семи. Этим элементом является хлор и, действительно, хлор проявляет степень окисления +7 (в HClO4), то есть может отдать все семь электронов. Правильный ответ - 1.

Задание 2.

Наибольший радиус из перечисленных элементов имеет атом

1. Бора

2. Кислорода

3. Фтора

4. Лития

Объяснение: радиус атома увеличивается в Периодической системе сверху вниз и справа налево, поэтому ищем либо самый нижний элемент или самый левый. Все элементы находятся во втором периоде ПС, самым левым элементом среди перечисленных является литий, он и будет иметь наибольший радиус. Правильный ответ - 4.

Задание 3.

Ковалентные неполярные связи имеются в молекуле

1. HCl

2. Br2

3. H2O

4. CO2

Объяснение: ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же элемента (ковалентная полярная - между атомами разных неметаллов), то есть в простых двухатомных веществах - из приведенных вариантов выбираем бром. Правильный ответ - 2.

Задание 4.

В катионе аммония степень окисления азота равна

1. +3

2. -3

3. -4

4. +4

Объяснение: аммоний является производным аммиака, в аммиаке (NH3) азот проявляет степень окисления -3 (а водород +1), поэтому и в аммиаке азот будет иметь такую же степень окисления. Правильный ответ - 2.

Задание 5.

Кристаллическая решетка хлорида натрия

1. Ионная

2. Атомная

3. Молекулярная

4. Металлическая

Объяснение: кристаллическая решетка хлорида - ионная, так как связь в этой молекуле (между ионом металла и ионом неметалла) - ионная. Правильный ответ - 1.

Задание 6.

Из перечисленных веществ выберите три вещества, которые являются амфотерными оксидами

1. Оксид алюминия

2. Диоксид углерода

3. Диоксид кремния

4. Оксид магния

5. Оксид цинка

6. Оксид хрома (III)

Объяснение: оксид алюминия - амфотерный оксид (реагирует как с кислотами, так и с основаниями)

диоксид углерода - кислотный оксид (при взаимодействии с водой образует угольную кислоту)

диоксид кремния - кислотный оксид (при взаимодействии с водой образует кремниевую кислоту)

оксид магния имеет основные свойства, так как магний - щелочно-земельный металл

оксид цинка - амфотерный оксид (так как взаимодействует и с кислотами и с основаниями)

оксид хрома (III) - амфотерный оксид зеленого цвета (растворяется в кислотах и сплавляется с щелочами)

Правильный ответ - 156.

Задание 7.

Не реагирует с жидкой водой

1. Натрий

2. Магний

3. Хлор

4. Углерод

Объяснение: щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой с образованием соответствующих гидроксидов и водорода. Хлор растворяется в воде (при этом диспропорционируя на хлороноватистую и соляную кислоты). Правильный ответ - 4.

Задание 8.

Оксиды щелочноземельных элементов (Э) имеют состав

1. ЭО

2. Э2О

3. ЭО2

4. Э2О3

Объяснение: щелочноземельные металлы имеют валентность II, как и кислород, следовательно индексы в оксидах щелочноземельных металлов - единички. Правильный ответ - 1.

Задание 9.

Кремниевая кислота в водном растворе

1. реагирует с HCl и с NaOH

2. реагирует с HCl и не реагирует с NaOH

3. реагирует только с NaOH и не реагирует с HCl

4. не реагирует с HCl и с NaOH

Объяснение: кислоты не реагируют с веществами с кислотными свойствами, поэтому кремниевая кислота не будет взаимодействовать с соляной кислотой. В реакции с гидроксидом натрия (а это реакция нейтрализации) получается силикат натрия и вода. Правильный ответ - 3.

Задание 10.

Карбонат кальция реагирует с раствором каждого из двух веществ

1. H2SO4 и NaOH

2. NaCl и CuSO4

3. HCl и CH3COOH

4. NaHCO3 и HNO3

Объяснение: запишем все возможные реакции.

1. H2SO4 + CaCO3 = H2O + CO2 + CaSO4

CaCO3 + 2NaOH ≠ Ca(OH)2 + Na2CO3 (образуется два растворимых вещества)

2. NaCl + CaCO3 ≠ CaCl2 + Na2CO3 (образуется два растворимых вещества)

CuSO4 + CaCO3 ≠ CuCO3 + CaSO4 - разлагается в воде

3. HCl + CaCO3 = CaCl2 + CO2 + H2O

2CH3COOH + CaCO3 = (CH3COO)2Ca + H2O + CO2

Обе реакции идут.

Правильный ответ - 3.

Задание 11.

В схеме превращения

Х Y

Fe → FeCl3 → Fe(OH)3 веществами "X" и "Y" являются

1. Cl2

2. NaOH

3. HCl

4. Fe(OH)2

5. NaCl

Запишите номера выбранных веществ.

Объяснение:

Правильный ответ - 12.

Задание №12.

Изомерия для указанных соединений СН3-СН2-СН2-СН2-ОН и СН3-СН(СН3)-СН2-ОН относится к

1. Изомерии углеродной цепи

2. Изомерии положения кратной связи

3. Изомерии положения функциональной группы

4. Пространственной изомерии

Объяснение: в задании представлена линейная молекула и ее разветвленный изомер, то есть линейная цепь превращается в разветвленную, что называется изомерией углеродного скелета или углеродной цепи. Правильный ответ - 1.

Задание №13.

При взаимодействии алкена и бромной воды наблюдается

1. Появление окраски

2. Обесцвечивание раствора

3. Выпадение осадка

4. Выделение газа

Объяснение: приведем уравнение реакции взаимодействия бромной воды и этена: СН2=СН2 + Br2 → СН2Br-СН2Br. При этом происходит обесцвечивание раствора (так как водный раствор брома имеет желто-оранжевый цвет, а дибромэтан - бесцветная жидкость). Правильный ответ - 2.

Задание №14.

В уравнении реакции

Этиленгликоль → гликолят натрия + водород

сумма коэффициентов равна:

1. 4

2. 5

3. 6

4. 7

Объяснение: запишем уравнение реакции: СН2(ОН)-СН2(ОН) + 2Na → СН2(ОNa)-СН2(ОNa) + H2 (то есть на одну молекулу этиленгликоля приходится две молекулы натрия). Сумма коэффициентов в левой части - 1+2, а в правой - 1+1, общая сумма - 5. Правильный ответ - 2.

Задание №15.

При гидролизе пропилформиата образуется спирт и

1. Муравьиная кислота

2. Уксусная кислота

3. Пропионовая кислота

4. Масляная кислота

Объяснение: пропилформиат - сложный эфир (получается в реакции этерификации, при этом взаимодействуют карбоновая кислота и спирт). Запишем уравнение гидролиза данного сложного эфира (при этом сложный эфир распадается обратно на карбоновую кислоту и спирт):

НСОО-СН2-СН2-СН3 + Н2О → НСООН + СН3-СН2-СН2-ОН

То есть получается муравьиная кислота и пропиловый спирт. Правильный ответ - 1.

Задание №16.

В результате реакции CH3CHClCH3 + NaOH (H2O) → образуется

1. СН3СН=СН2

2. СН3СН2СН2ОН

3. СН3СН(ОН)СН3

4. (СН3)2СН-О-СН(СН3)2

Объяснение: при взаимодействии алкена и водного раствора щелочи получается спирт.

Запишем полную реакцию: CH3CHClCH3 + NaOH (H2O) → СН3СН(ОН)СН3 + NaCl. Правильный ответ - 3.

Задание №17.

Этиламин может взаимодействовать с

1. Пропаном

2. Хлорметаном

3. Гидроксидом натрия

4. Хлоридом калия

Объяснение: этиламин относится к классу аминов и выглядит так: C2H5NH2. В задании речь идет о реакции алкилирования, в ходе которой из первичного амина получается вторичный. Запишем эту реакцию: C2H5NH2 + CH3Cl → C2H5NH2 + Cl - CH3. Правильный ответ - 2.

Задание №18.

В схеме превращений

Y

C6H2(OH)(NO2)3 ← X → C6H5ONa веществами X и Y являются

1. Бензоат натрия

2. Толуол

3. Фенол

4. Нитробензол

5. Гидроксид натрия

Объяснение: из бензола или гомолога не может в одну стадию получиться фенолят натрия, делаем вывод, что веществом Х является фенол. Проверим, записав реакции:

С6Н5ОН + NaOH → C6H5ONa + H2O

С6Н5ОН + 3HNO3 → C6H2(OH)(NO2)3 + 3H2O

Правильный ответ - 35.

Задание №19.

Реакция, уравнение которой CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O, относится к реакциям

1. Разложения

2. Соединения

3. Замещения

4. Обмена

Объяснение: в данной реакции кальций (как более сильный элемент) вытесняет водород из его соединения. Поэтому, данная реакция является реакцией замещения. Правильный ответ - 3.

Задание №20.

За 10 секунд в реакторе объемом 100 литров из простых веществ образовалось 10,2 г сероводорода. Скорость реакции (моль/(л х с)) равна

1. 0,0001

2. 0,0002

3. 0,0003

4. 0,0006

Объяснение: скорость реакции - изменение концентрации реагента или продукта реакции в единицу времени, то есть υ = с/t. То есть нам нужно найти молярную концентрацию продукта в данном объеме и разделить ее на данное время - 10 секунд.

Для начала запишем уравнение реакции: Н2 + S = H2S

Найдем количество вещества сероводорода (для этого разделим массу сероводорода на его молярную массу, которая равна 34 г/моль):

n(H2S) = 10,2/34 = 0,3 моль

Теперь найдем молярную концентрацию сероводорода в данном объеме (для этого разделим количество вещества сероводорода на данный объем - 100 л):

с(H2S) = 0,3/100 = 0,003 моль/л

Теперь найденную концентрацию подставим в формулу нахождения скорости реакции и получим ответ:

υ = с/t = 0,003/10 = 0,0003 моль/(л х с)

Правильный ответ - 3.

Задание №21.

Наибольшее количество нитрат-ионов образуется в растворе при диссоциации 1 моль

1. Нитрата натрия

2. Нитрата меди

3. Нитрата алюминия

4. Нитрата кальция

Объяснение: запишем уравнения диссоциации всех веществ:

NaNO3 → Na+ + NO3‾ (количество нитрат-ионов - 1)

Cu(NO3)2 → Cu+ + 2NO3

Al(NO3)3 → Al+ + 3NO3‾ (количество нитрат-ионов - 3)

Ca(NO3)2 → Ca+ + 2NO3‾ (количество нитрат-ионов - 2)

Правильный ответ - 3.

Задание №22.

Реакция между дигидрофосфатом кальция и соляной кислотой протекает практически до конца, так как в результате образуется

1. Газ и малодиссоциирующее вещество

2. Малодиссоциирующее вещество

3. Газ

4. Осадок

Объяснение: запишем реакцию: Ca(H2PO4)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H3PO4, то есть получается соль и кислота средней силы. Правильный ответ - 2.

Задание №23.

Одинаковую реакцию среды имеют растворы хлорида цинка и

1. Хлорида кальция

2. Нитрата натрия

3. Сульфата алюминия

4. Ацетата натрия

Объяснение: хлорид цинка имеет кислую среду, так как соляная кислота - сильная, а гидроксид цинка амфотерен, значит мы должны искать соль, в которой будет остаток сильной кислоты и слабый металл. Такой солью является сульфат алюминия (сульфат - остаток серной кислоты, а гидроксид алюминия амфотерен). Правильный ответ - 3.

Задание №24.

Определите массовую долю (%) нитрата калия в растворе, полученном при смешивании 250 г 10%-ного и 750 г 15%-ного растворов этой соли. (Запишите число с точностью до сотых).

Объяснение: найдем массу вещества в первом растворе и во втором, разделим на общую массу раствора и переведем это число в проценты.

1-ый раствор - 250 г 10% ⇒ m = 250 х 0,1 = 25 г

2-ой раствор - 720 г 15% ⇒ m = 750 х 0,15 = 112,5 г

m(общего раствора) = 750 + 250 = 1000 г

m(вещества в растворе) = 25 + 112,5 = 137,5 г

ω(KNO3 в общем растворе) = 137,5/1000 х 100% = 13,75%

Ответ: массовая доля нитрата калия в растворе равна 13,75%.

Задание №25

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

С + О2 = СО2 + 393 кДж

выделилось 786 кДж теплоты. Определите количество вещества (моль) кислорода. (запишите число с точностью до десятых).

Объяснение: представим, что 393 кДж так относится к 1 моль вещества, как 786 кДж к х моль вещества (в данном случае кислорода).

393 - 1

786 - х

⇒ х = 786/393 = 2 моль кислорода.

Ответ: 2 моль.

Задание №26.

Определите массу (г) уксусной кислоты, необходимой для получения 35,2 г этилацетата. (Запишите число с точностью до десятых.)

Объяснение: в ходе реакции этерификации из уксусной кислоты и этилового спирта получается этилацетат.

СН3СООН + С2Н5ОН → СН3СООС2Н5 + Н2О

М(эфира) = 88 г/моль

n(эфира) = 35,2/88 = 0,4 моль

n(кислоты) = n(кислоты) = 0,4 моль

М(уксусной кислоты) = 60 г/моль

M(кислоты) = 0,4 х 60 = 24 г.

Ответ: масса уксусной кислоты равна 24 г.

Задание №27.

Установите соответствие между формулой вещества и классом (группой) веществ, к которому(-ой) оно принадлежит

Формула вещества Класс (группа)веществ

1. LiOH 1. Основание

2. HIO3 2. Кислая соль

3. Ni(OH)2 3. Основная соль

4. CaHPO4 4. Кислота

5. Средняя соль

6. Оксид

Объяснение: кислоты содержат катион водорода, значит HIO3 - кислота, но кислые соли, помимо катиона металла, тоже содержат катион водорода, значит CaHPO4 - кислая соль. Основания содержат гидроксид-ионы, следовательно, LiOH и Ni(OH)2 - основания. Правильный ответ - 1412.

Задание №28.

Установите соответствие между исходными веществами и продуктами, которые преимущественно образуются в ходе реакций.

Исходные вещества

А) серная кислота (разб) + цинк →

Б) серная кислота (разб) + железо →

В) серная кислота (конц) + медь →

Г) серная кислота (конц) + цинк →

Продукты

1. ZnSO4 + H2S + H2O

2. FeSO4 + H2

3. FeSO4 + SO2 + H2O

4. CuSO4 + H2

5. CuSO4 + SO2 + H2O

6. ZnSO4 + H2

Объяснение: для решения данного задания рекомендуем повторить тему Классификация неорганических соединений (химические свойства классов веществ)

В первой реакции получается сульфат цинка и водород (так как кислоты (неконцентрированные) реагируют в металлами, стоящими в ряду напряжений металлов до водорода), а значит во второй реакции получается сульфат железа и водород тоже, при реакции с концентрированной серной кислотой получается высший оксид металла, оксид серы (VI) и вода. Правильный ответ: 6251

Задание №29.

Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе ее водного раствора.

Формула соли

А) CuSO4

Б) AgNO3

В) K2S

Г) NaOH

Продукт на катоде

1. Водород

2. Кислород

3. Металл

4. Аммиак

5. Сера

6. Диоксид азота

Объяснение: при электролизе водных растворов на катоде выделяется водород при наличии катионов металлов, стоящих в ряду напряжений металлов левее алюминия, из перечисленных это - калий и натрий, медь и серебро стоят правее водорода, поэтому выделяются на катоде сами. Правильный ответ: 3311.

Задание №30.

Установите соответствие между названием соли и типом гидролиза этой соли.

Название соли

А) ортофосфат натрия

Б) гидрокарбонат кальция

В) карбонат аммония

Г) нитрат цинка

Тип гидролиза

1. По катиону

2. По аниону

3. По катиону и аниону

4. Гидролиз отсутствует

Объяснение: для решения задания рекомендуем повторить тему гидролиз .

Ортофосфат натрия вступает в гидролиз по аниону, как и гидрокарбонат кальция. Карбонат аммония гидролизуется и по катиону и по аниону, а нитрат цинка гидролизуется по катиону. Правильный ответ: 2231

Задание №31.

Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в реакцию обмена в водном растворе, и сокращенными ионными уравнениями этих реакций.

Исходные вещества

А) гидрокарбонат натрия + уксусная кислота

Б) гидрокарбонат натрия + соляная кислота

В) гидрокарбонат натрия + гидроксид бария

Г) гидрокарбонат натрия + гидроксид натрия

Ионные уравнения

1. HCO3‾ + CH3COOH = CO2 + H2O + CH3COO‾

2. HCO3‾ + H+ = CO2 + H2O

3. H+ + OH‾ = H2O

4. HCO3‾ +OH‾ = CO3²‾ + H2O

5. CO3²‾ + 2H+ = CO2 + H2O

6. HCO3‾ + Ba² + + OH‾ = BaCO3 + H2O

Объяснение: разберем каждое уравнение подробно.

1. NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2

Гидрокарбонат здесь и во всех последующих реакциях будет диссоциировать на катион натрия и анион гидрокарбоната, в продуктах: углекислый газ улетает из раствора, вода остается водой, а ацетат натрия диссоциирует на катион натрия и остаток уксусной кислоты. Таким образом, сокращенное ионное уравнение выглядит как №1.

2. NaHCO3 + HCl = H2O + CO2 + NaCl

Полное ионное уравнение: Na + + HCO3‾ + H+ +Cl‾ = H2O + CO2 + Na + + Cl‾

Остаются: гидрокарбонат-ион, ион водорода, вода и углекислый газ.

3. NaHCO3 + Ba(OH)2 = BaCO3↓ + NaOH + H2O

Полное ионное уравнение: Na + + HCO3 ‾ + Ba² + + 2OH‾ = BaCO3↓ + Na + + OH‾ + H2O

В сокращенном ионном уравнении остаются: ионы гидрокарбоната, бария и гидроксид-ионы, а также карбонат бария и вода.

4. NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O

Полное ионное уравнение: Na + + HCO3 ‾ + Na + + OH‾ = 2Na + + CO3²‾ + H2O

В сокращенном ионном уравнении остаются: гидрокарбонат-ионы, гидроксид-ионы, карбонат-ионы и вода.

Правильный ответ - 1264.

Задание №32.

Установите соответствие между уравнением химической реакции и направлением смещения химического равновесия при увеличении давления в системе.

Уравнение реакции

А) H2S(г) ⇔ H2(г) + S(г)

Б) 2NO(г) + O2(г) ⇔ 2NO2(г)

В) 2SO2(г) + O2(г) ⇔ 2SO3(г)

Г) H2(г) + I2(г) ⇔ 2HI(г)

Направление смещения химического равновесия

1. Смещается в сторону продуктов реакции

2. Смещается в сторону исходных веществ

3. Не происходит смещения равновесия

Объяснение: так как при увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения количества газообразных веществ, то есть в сторону понижения давления, то в первой реакции равновесие сместится с торону исходных веществ, вторая и третья реакции - в сторону продуктов, а в последней реакции равновесие не сместится, так как количества газообразных веществ одинаковы (2=2). Правильный ответ - 2113.

Задание №33.

Установите соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать.

Формула вещества

А) Н2

Б) Cl2

В) N2

Г) Br2

Реагенты

1) FeO, Li, O2

2) Li, O2, B

3) Na, H2O, KBr

4) NaClO, H2O, Na

5) H3PO4, BaCl2, CuO

Объяснение: водород реагирует с оксидом железа (при этом железо восстанавливается о простого вещества), с литием (с образованием гидрида лития) и с кислородом. Хлор реагирует с натрием, водой и вытесняет бром из его соли. Азот реагирует с литием, кислородом и бором (при этом образуется нитрид бора). Бром реагирует с гипохлоритом натрия, водой и натрием. Правильный ответ - 1324.

Задание №34.

Установите соответствие между исходными веществами и продуктами, которые преимущественно образуются при их взаимодействии с хлором.

Формула вещества

А) С2Н6

Б) С3Н8

В) СН2Cl2

Г) С3Н6

Продукт хлорирования

1. C2H4Cl2 и HCl

2. C2H2Cl4

3. C3H6Cl2 и HCl

4. CCl4 и HCl

5. CCl4 и HCl

6. C3H6Cl2

Объяснение: первые два вещества алканы, с галогенами они вступают в реакцию замещения и при взаимодействии с двумя молекулами хлора получатся варианты 1 и 3 соответственно. В - это дихлорметан, хлорируем его еще дважды и получаем №5. Последняя молекула - пропен, он вступает в реакцию присоединения с хлором (так как не все связи предельные), то есть получается №6.

Задание №35.

Установите соответствие между реагентами и продуктами, которые преимущественно образуются при их взаимодействии.

Реагенты

А) Бензальдегид и Cu(OH)2

Б) Фенол и FeBr3

В) Фенол и Br2(р-р)

Г) Фенол и СН2О

Продукты

1. Фенолят железа

2. Трибромфенол

3. Бромфенол

4. Фенолформальдегидная смола

5. Бензойная кислота

6. Бромбензол

Объяснение: бензальдегид при помощи гидроксида меди (II) окисляется до бензойной кислоты, при этом образуется медь и вода. Фенол с бромидом железа (III) вступает в реакцию замещения, в результате чего образуется фенолят железа и бромоводород. Фенол реагирует с бромной водой (в отличие от бензола), продуктом реакции является трибромфенол. И при взаимодействии фенола и формальдегида получается фенолформальдегидная смола. Правильный ответ - 5124.

Задание №36.

Составьте уравнение реакции, используя метод электронного баланса:

KMnO4 + K2SO3 + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + H2O

Объяснение:

Mn(+7) → +5e Mn(+2) | 2

S(+4) → S(+6) | 5

2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O

Задание №37.

Составьте уравнения реакций, отвечающих схеме превращений:

Zn → ZnO → ZnSO4 → ZnCl2 → K2

Объяснение:

2Zn + O2 → 2ZnO

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

ZnSO4 + BaCl2 → ZnCl2 + BaSO4↓

ZnCl2 + KOH → K2

Задание №38.

Составьте схемы реакций, отвечающие следующим превращениям, и назовите образующиеся соединения:

Cr2O3 HCl NaOH, H2O H2SO4, t>150C

пропан → Х1 → Х2 → Х3 → Х4

Объяснение: пропан при помощи оксида хрома (III) в качестве катализатора вступает в реакцию дегидрирования, в результате чего образуется пропен. Пропен реагирует с хлороводородной кислотой (реакция присоединения) и становится 2-хлорпропаном. 2-хлорпропан реагирует с водным раствором гидроксида натрия и становится спиртом - пропанолом-2. Пропанол-2 при помощи серной кислоты (сильный водоотнимающий агент) и температуры превращается в пропен.

Задание №39.

Смесь 220 г сульфида железа (II) и 77,6 г сульфида цинка обработали избытком соляной кислоты. Выделившийся газ пропустили через раствор сульфата меди (II). Рассчитайте объем (л) 10%-ного раствора сульфата меди (р=1,1 г/мл), израсходованного на поглощение образовавшегося газа.

Объяснение: сероводород получается в реакции соляной кислоты и с сульфидом железа и с сульфидом цинка. Поэтому, чтобы найти количество вещества сероводорода, нужно сложить количества веществ сульфидов железа и цинка (так как коэффициенты - единички). Затем, подставляем все известные числа в формулу нахождения количества вещества через плотность, массовую долю и объем. Находим объем раствора.

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S

ZnS + 2HCl → ZnCl2 + H2S

Mr(FeS) = 56+32 = 88 г/моль

Mr(ZnS) = 65,5+32 = 97,5 г/моль

n(FeS) = 220/88 = 2,5 моль

n(ZnS) = 77,6/97,5 = 0,8 моль

n(H2S) = n(FeS) + n(ZnS) = 2,5 + 0,8 = 3,3 ⇒ n(CuSO4) = 3,3 моль

n = (ρ x ω x V)/Mr

Mr(CuSO4) = 63,5+32+64 = 159,5 г/моль

⇒ 3,3 = (1,1 х 0,1 х V)/159,5 ⇒ V = 4785 мл или 4,8 л

Ответ: объем израсходованного сероводорода равен 4,8 л.

Задание №40.

В результате действия 200 г 4,6%-ного раствора карбоновой кислоты на избыток карбоната калия выделился газ, при пропускании которого через известковую воду образовалось 10 г осадка. Какую кислоту использовали?

Объяснение: записываем обе реакции. Находим количество вещества карбоната кальция. Количество кислоты будет в два раза больше, так как коэффициент перед кислотой - 2. Следовательно, находим количество атомов углерода в кислоте.

2CnH2n+1COOH + K2CO3изб → 2CnH2n+1COOK + H2O + CO2

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O

m(кислоты) = 200 х 0,046 = 9,2 г

M(CaCO3) = 10 г

N(CaCO3) = 10/100 = 0,1 моль

Mr(CaCO3) = 40+12+48 = 100 г/моль

N(кислоты) = 2n(СО2) = 2n(CaCO3) = 0,2 моль

⇒ Mr(кислоты) = 9,2/0,2 = 46 г/моль

12n + 2n + 1 + 12 + 32 + 1 = 46

14n + 46 = 46

14n = 0

Следовательно, в реакцию вступила муравьиная кислота - НСООН.

Ответ: НСООН - муравьиная кислота.

Вода (оксид водорода) - бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н 2 O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного - кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

Пероксид водорода.

Физические и химические свойства

Физические и химические свойства воды определяются химическим, электронным и пространственным строением молекул Н 2 O.

Атомы Н и О в молекуле Н 2 0 находятся в своих устойчивых степенях окисления, соответственно +1 и -2; поэтому вода не проявляет ярко выраженных окислительных или восстановительных свойств. Обратите внимание: в гидридах металлов водород находится в степени окисления -1.

Молекула Н 2 O имеет угловое строение. Связи Н-O очень полярны. На атоме О существует избыточный отрицательный заряд, на атомах Н - избыточные положительные заряды. 8 целом молекула Н 2 O является полярной, т.е. диполем. Этим объясняется тот факт, что вода является хорошим растворителем для ионных и полярных веществ.

Наличие избыточных зарядов на атомах Н и О, а также неподеленных электронных пар у атомов О обусловливает образование между молекулами воды водородных связей, вследствие чего они объединяются в ассоциаты. Существованием этих ассоциатов объясняются аномально высокие значения т. пл. и т. кип. воды.

Наряду с образованием водородных связей, результатом взаимного влияния молекул Н 2 O друг на друга является их самоионизация:
в одной молекуле происходит гетеролитический разрыв полярной связи О-Н, и освободившийся протон присоединяется к атому кислорода другой молекулы. Образующийся ион гидроксония Н 3 О + по существу является гидратированным ионом водорода Н + Н 2 O, поэтому упрощенно уравнение самоионизации воды записывается так:

Н 2 O ↔ H + + OH -

Константа диссоциации воды чрезвычайно мала:

Это свидетельствует о том, что вода очень незначительно диссоциирует на ионы, и поэтому концентрация недиссоциированных молекул Н 2 O практически постоянна:

В чистой воде [Н + ] = [ОН - ] = 10 -7 моль/л. Это означает, что вода представляет собой очень слабый амфотерный электролит, не проявляющий в заметной степени ни кислотных, ни основных свойств.
Однако вода оказывает сильное ионизирующее действие на растворенные в ней электролиты. Под действием диполей воды полярные ковалентные связи в молекулах растворенных веществ превращаются в ионные, ионы гидратируются, связи между ними ослабляются, в результате чего происходит электролитическая диссоциация. Например:
HCl + Н 2 O - Н 3 O + + Сl -

(сильный электролит)

(или без учета гидратации: HCl → Н + + Сl -)

CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H + (слабый электролит)

(или CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +)

Согласно теории кислот и оснований Брёнстеда-Лоури, в этих процессах вода проявляет свойства основания (акцептор протонов). По той же теории в роли кислоты (донора протонов) вода выступает в реакциях, например, с аммиаком и аминами:

NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -

CH 3 NH 2 + H 2 O ↔ CH 3 NH 3 + + OH -

Окислительно-восстановительные реакции с участием воды

I. Реакции, в которых вода играет роль окислителя

Эти реакции возможны только с сильными восстановителями, которые способны восстановить ионы водорода, входящие в состав молекул воды, до свободного водорода.

1) Взаимодействие с металлами

а) При обычных условиях Н 2 О взаимодействует только со щел. и щел.-зем. металлами:

2Na + 2Н + 2 О = 2NaOH + H 0 2

Ca + 2Н + 2 О = Ca(OH) 2 + H 0 2

б) При высокой температуре Н 2 О вступает в реакции и с некоторыми другими металлами, например:

Mg + 2Н + 2 О = Mg(OH) 2 + H 0 2

3Fe + 4Н + 2 О = Fe 2 O 4 + 4H 0 2

в) Al и Zn вытесняют Н 2 из воды в присутствии щелочей:

2Al + 6Н + 2 О + 2NaOH = 2Na + 3H 0 2

2) Взаимодействие с неметаллами, имеющими низкую ЭО (реакции происходят в жестких условиях)

C + Н + 2 О = CO + H 0 2 («водяной газ»)

2P + 6Н + 2 О = 2HPO 3 + 5H 0 2

В присутствии щелочей кремний вытесняет водород из воды:

Si + Н + 2 О + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 0 2

3) Взаимодействие с гидридами металлов

NaH + Н + 2 O = NaOH + H 0 2

CaH 2 + 2Н + 2 О = Ca(OH) 2 + 2H 0 2

4) Взаимодействие с угарным газом и метаном

CO + Н + 2 O = CO 2 + H 0 2

2CH 4 + O 2 + 2Н + 2 O = 2CO 2 + 6H 0 2

Реакции используются в промышленности для получения водорода.

II. Реакции, в которых вода играет роль восстановителя

ти реакции возможны только с очень сильными окислителями, которые способны окислить кислород СО С. О. -2, входящий в состав воды, до свободного кислорода O 2 или до пероксид-анионов 2- . В исключительном случае (в реакции с F 2) образуется кислород со c o. +2.

1) Взаимодействие с фтором

2F 2 + 2Н 2 O -2 = O 0 2 + 4HF

2F 2 + Н 2 O -2 = O +2 F 2 + 2HF

2) Взаимодействие с атомарным кислородом

Н 2 O -2 + O = Н 2 O - 2

3) Взаимодействие с хлором

При высокой Т происходит обратимая реакция

2Cl 2 + 2Н 2 O -2 = O 0 2 + 4HCl

III. Реакции внутримолекулярного окисления - восстановления воды.

Под действием электрического тока или высокой температуры может происходить разложение воды на водород и кислород:

2Н + 2 O -2 = 2H 0 2 + O 0 2

Термическое разложение - процесс обратимый; степень термического разложения воды невелика.

Реакции гидратации

I. Гидратация ионов. Ионы, образующиеся при диссоциации электролитов в водных растворах, присоединяют определенное число молекул воды и существуют в виде гидратированных ионов. Некоторые ионы образуют столь прочные связи с молекулами воды, что их гидраты могут существовать не только в растворе, но и в твердом состоянии. Этим объясняется образование кристаллогидратов типа CuSO4 5H 2 O, FeSO 4 7Н 2 O и др., а также аквакомплексов: CI 3 , Br 4 и др.

II. Гидратация оксидов

III. Гидратация органических соединений, содержащих кратные связи

Реакции гидролиза

I. Гидролиз солей

Обратимый гидролиз:

а) по катиону соли

Fe 3+ + Н 2 O = FeOH 2+ + Н + ; (кислая среда. рН

б) по аниону соли

СО 3 2- + Н 2 O = НСО 3 - + ОН - ; (щелочная среда. рН > 7)

в) по катиону и по аниону соли

NH 4 + + СН 3 СОО - + Н 2 O = NH 4 OH + СН 3 СООН (среда, близкая к нейтральной)

Необратимый гидролиз:

Al 2 S 3 + 6Н 2 O = 2Аl(ОН) 3 ↓ + 3H 2 S

II. Гидролиз карбидов металлов

Al 4 C 3 + 12Н 2 O = 4Аl(ОН) 3 ↓ + 3CH 4 нетан

СаС 2 + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + С 2 Н 2 ацетилен

III. Гидролиз силицидов, нитридов, фосфидов

Mg 2 Si + 4Н 2 O = 2Mg(OH) 2 ↓ + SiH 4 силан

Ca 3 N 2 + 6Н 2 O = ЗСа(ОН) 2 + 2NH 3 аммиак

Cu 3 P 2 + 6Н 2 O = ЗСu(ОН) 2 + 2РН 3 фосфин

IV. Гидролиз галогенов

Cl 2 + Н 2 O = HCl + HClO

Вr 2 + Н 2 O = НВr + НВrО

V. Гидролиз органических соединений

Классы органических веществ	Продукты гидролиза (органические)
Галогеналканы (алкилгалогениды)
Арилгалогениды
Дигалогеналканы	Альдегиды или кетоны
Алкоголяты металлов
Галогенангидриды карбоновых кислот	Карбоновые кислоты
Ангидриды карбоновых кислот	Карбоновые кислоты
Сложные зфиры карбоновых кислот	Карбоновые кислоты и спирты
	Глицерин и высшие карбоновые кислоты
Ди- и полисахариды	Моносахариды
Пептиды и белки	α-Аминокислоты
Нуклеиновые кислоты

Водород.

Водород – легкий газ без цвета, без запаха. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью.

Получение: 1.В промышленности: Конверсионный способ. Вначале получают водяной газ, пропуская пары воды через раскаленный кокс при 1000 °С: С + Н 2 О -tà СО + Н 2 . Затем оксид углерода (II) окисляют в оксид углерода (IV), пропуская смесь водяного газа с избытком паров воды над нагретым до 400–450 °С катализатором Fe 2 O 3: CO +H 2 O = CO 2 + H 2 . Окисление метана водяным паром: CH 4 + 2Н 2 O –(t, Ni)à4Н 2 + CO 2 Термическое разложение метана при 1200 °С: CH 4 -tà C + 2H 2 Электролиз водного раствора поваренной соли или гидроксида натрия: (NaOH) + 2Н 2 O –эл.токà 2Н 2 + O 2 2NaCl + 2H 2 O –эл.токà H 2 + Cl 2 + 2NaOH; 2. В лаборатории: Zn + 2HCl à ZnCl 2 + Н 2 2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2 ; Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2 .

Свойства: 1.С металлами: Н 2 + 2Na -tà2NaH Н 2 + Са -tà СаН 2 2. С неметаллами: 2Н 2 + O 2 à 2Н 2 O Н 2 + Cl 2 -hvà 2HCl 3Н 2 + N 2 -t, p, кат.à 2NH 3 H 2 + S à H 2 S 3. С оксидами металлов (неактивных) и неметаллов: CuO + H 2 à Cu + H 2 O 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.

Водородные соединения металлов и неметаллов.

1. Ионные гидриды: Получение: Н 2 + 2Na -tà2NaH

Свойства: разлагаются водой и кислотами:

NaH + Н 2 O à NaOH + Н 2

СаН 2 + 2HCl à CaCl 2 + 2Н 2

2. Ковалентные водородные соединения:

Все газы, кроме воды (водородные связи).

Неустойчивые: фосфин и силан.

Основными свойствами обладает: аммиак.

Амфотерные свойства проявляет: вода.

Кислоты образуют в водном растворе: сероводород и галогеноводороды.

Вода.

Молекулы воды связаны водородными связями: nH 2 O = (Н 2 O) n , поэтому вода жидкая в отличии от ее газообразных аналогов H 2 S, H 2 Se и Н 2 Те.

Свойства:

1. С металлами:

а) щелочные и щелочноземельные (кроме бериллия и магния): 2Na + 2Н 2 O = 2NaOH + Н 2

б) остальные металлы в ряду активности до Н могут окисляться водяным паром до оксида при высокой температуре: Fe + 4Н 2 O-tà Fe 3 O 4 + 4Н 2

2. С оксидами щелочных и щелочноземельных металлов: Н 2 O + СаО = Са(OH) 2

3. С кислотными оксидами растворимых кислот: P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4 .

4. Гидролиз солей, бинарных соединений металлов и неметаллов:

2CuSO 4 + 2Н 2 O ⇄ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4

Al 2 S 3 + 6H 2 O à 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Са 3 Р 2 + 6Н 2 О à 3Са(ОН) 2 + 2РН 3

PCl 5 + 4H 2 O à H 3 PO 4 + 5HCl

Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

• как легкий газ, он используется для наполнения аэростатов (в смеси с гелием);
• кислородно-водородное пламя применяется для получения высоких температур при сварки металлов;
• как восстановитель используется для получения металлов (молибдена, вольфрама и др.) из их оксидов;
• для получения аммиака и искусственного жидкого топлива, для гидрогенизации жиров.

Элементы IVA-группы.

Углерод.

1. Простое вещество. Имеет несколько аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз – кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло. Каждый атом углерода находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

Графит – мягкое вещество серого цвета со слабым металлическим блеском, жирное на ощупь, проводит электрический ток. Атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации и связаны в плоские слои, состоящие из соединенных ребрами шестиугольников, наподобие пчелиных сот.

Графит – наиболее устойчивая при комнатной температуре аллотропная модификация углерода.

Карбин – мелкокристаллический порошок серого цвета, полупроводник. Его кристаллы состоят из линейных цепочек углеродных атомов, соединенных чередующимися тройными и одинарными связями, или двойными связями, углерод находится в состоянии sp-гибридизации: -С≡С-С≡С-С≡С-С≡С-

По твердости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу.

Фуллерен - искусственно полученная модификация углерода, состоящая из молекул C 60 , C 70 , …. C 1020 . Эти молекулы составлены из атомов углерода, объединенных в пяти и шести угольники с общими ребрами. Это черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников. При давлении порядка 2·10 5 атм и комнатной температуре фуллерен превращается в алмаз.

Свойства углерода:

Взаимодействие с фтором: углерод обладает низкой реакционной способностью, из галогенов реагирует только с фтором.	С + 2F 2 = CF 4 .
Взаимодействие с кислородом:	2С + О 2 (недост) = 2СО (угарный газ), С + О 2 (изб) = СО 2 (углекислый газ).
Взаимодействие с другими неметаллами: не взаимодействует с азотом и фосфором.	С + 2S = CS 2 C + 2H 2 –t, Nià CH 4 Ca + 2C = CaC 2 ЗС + 4Al =Al 4 С 3
Взаимодействие с водой: при пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород:	C + H 2 O = CO + H 2 .
Восстановительные свойства: углерод способен восстанавливать многие металлы из их оксидов:	2ZnO + C –tà 2Zn + CO 4С + Fe 3 O 4 –tà 3Fe + 4CO
Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании окисляют углерод до оксида углерода (IV):	C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O; C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.

Карбиды - это соединения углерода с металлами.

Оксиды углерода.

	CO	CO 2
Характеристика	угарный газ – б\ц, б\з, ядовит	углекислый газ – б/ц, б/з
	Молекула оксида углерода (II) имеет линейное строение. Между атомами углерода и кислорода образуется тройная связь.	Молекула СО 2 линейная, тип гибридизации углерода – sp 2
Тип оксида	несолеобразующий	кислотный
	CO + NaOH = HCOONa (формиат натрия) 2СО + О 2 = 2СО 2 СО + Н 2 = С + Н 2 О СО + Cl 2 = COCl 2 (фосген) CO + CuO = Сu + CO 2	С + СО 2 = 2СО. 2Mg + CO 2 = 2MgO + C. Типичный кислотный оксид. Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 , 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O, NaOH + CO 2 = NaHCO 3 . Качественной реакцией для обнаружения углекислого газа является помутнение известковой воды: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Получение	1)Образуется в газогенераторах при пропускании воздуха через раскаленный уголь: C + O 2 = CO 2 , CO 2 + C = 2CO. 2)Получается при термическом разложении муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты: HCOOH = H 2 O + CO, H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O	Получают углекислый газ обжигом известняка: CaCO 3 = CaO + CO 2 , или действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты: CaCO 3 +2HCl =CaCl 2 +H 2 O + CO 2 , NaHCO 3 + HCl =NaCl +H 2 O +CO 2 .

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА Н 2 СО 3

При растворении углекислого газа в воде образуется очень слабая угольная кислота Н 2 СО 3 .

Углекислый газ в воде находится преимущественно в виде гидратированных молекул СО 2 и лишь в незначительной степени в форме угольной кислоты. При этом в растворе устанавливается равновесие:

СО 2(г) + Н 2 О ⇄ СО 2 · Н 2 О (раствор) ⇄ Н 2 СО 3 ⇄ Н + + HCO 3 -

Угольная кислота – слабая неустойчивая кислота, которую в свободном состоянии из водных растворов выделить нельзя.

Карбонаты.

1) Карбонаты металлов (кроме щелочных ) при нагревании разлагаются:

CuCO 3 – tà CuO + CO 2

2) При пропускании углекислого газа из карбонатов образуются гидрокарбонаты:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 .

3) Гидрокарбонаты разлагаются до карбонатов: 2NaHCO 3 – tà Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 .

4) Карбонаты и гидрокарбонаты вступают в обменные реакции:

а) с сильными кислотами (качественная реакция на карбонаты):

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2 ;

б) с растворимыми солями и основаниями, если образуется осадок:

Na 2 CO 3 + Ва(ОН) 2 = ВаСО 3 ↓+ 2NaOH

Na 2 CO 3 + СаСl 2 = СаСО 3 ↓+ 2NaCl

5) Гидрокарбонаты реагируют со щелочами, образуя средние соли:

КНСО 3 + КОН = К 2 СО 3 + Н 2 О

Кремний.

Расположен в IV группе Периодической системы. На внешнем слое 4 электрона, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 2 . Проявляет степени окисления -4, +2, +4.

Второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Важнейшее соединение кремния - оксид SiO 2 образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем. SiO 2 необходим для жизни растений и животных. Он придает прочность стеблям растений и защитным покровам животных. Благодаря ему тростники, камыши и хвощи стоят крепко, как штыки, острые листья осоки режут, как ножи, стерня на скошенном поле колет, как иголки, а стебли злаков настолько крепки, что не позволяют ниве на полях ложиться от дождя и ветра. Чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц и шерсть животных прочны, так как содержат кремнезем.

Физические свойства. Вещество темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см 3 . Полупроводник. В отличие от металлов с повышением температуры его электропроводность увеличивается. На спутниках, космических кораблях и станциях устанавливают солнечные батареи, преобразующие солнечную энергию в электрическую. В них работают кристаллы полупроводников, и в первую очередь кремния.

Кремниевые фотоэлементы могут превратить в электрическую до 10% поглощенной солнечной энергии.

Химические свойства:

Кремний – типичный неметалл, может быть окислителем и восстановителем.

Взаимодействие с галогенами: непосредственно взаимодействует только с фтором. С хлором реагирует при нагревании.	Si + 2F 2 = SiF 4 Si + 2Cl 2 -tà SiCl 4
Взаимодействие с кислородом	Si + O 2 -tàSiO 2
Взаимодействие с другими неметаллами: С водородом не взаимодействует.	Si + C -tàSiC 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4
Взаимодействие с галогеноводородами. С фтороводородом реагирует при обычных условиях, с хлороводородом – при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.	Si + 4HF = SiF 4 + 2H 2
Взаимодействие с металлами: образует силициды.	2Ca + Si = Ca 2 Si силицид кальция Si + 2Mg = Мg 2 Si Силициды легко разлагаются водой или кислотами, при этом выделяется газообразное водородное соединение кремния - силан: Мg 2 Si + 2Н 2 SO 4 = 2MgSO 4 + SiH 4 В отличие от углеводородов силан на воздухе самовоспламеняется и сгорает с образованием диоксида кремния и воды: SiH 4 + 20 2 = SiO 2 + 2Н 2 О Повышенная реакционная способность силана по сравнению с метаном СН 4 объясняется тем, что у кремния больше размер атома, чем у углерода, поэтому химические связи -Н слабее связей С-Н.
Взаимодействие с кислотами. Устойчив к действию кислот, взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот.	3Si + 4HNO 3 + 18HF = 3H 2 + 4NO + 8H 2 O
Растворяется в щелочах, образуя силикат и водород:	Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2

Получение кремния.

Силициды – соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4.

Силициды щелочных и щелочно-земельных металлов характеризуются ионным типом связи, они химически активны. Они легко разлагаются водой или разбавленными кислотами с выделением силана: Ca 2 Si + 2H 2 SO 4 = 2CaSO 4 + SiH 4 .

В силицидах неметаллов ковалентная связь. Среди таких силицидов наибольшее значение имеет карбид кремния – карборунд SiC, имеющий структуру алмаза, он характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах: 2Mg + Si = Mg 2 Si,

2MgO + SiO 2 + 4C = Mg 2 Si + 4CO.

Силан SiH 4 . (моносилан).

Оксид кремния (IV) – кислотный оксид.

В природе – речной песок, кварц.

Не реагирует с водой – т.к. кремниевая кислота нерастворима.

2) При сплавлении реагирует со щелочами: SiO 2 + 2KOH -tàK 2 SiO 3 + H 2 O

3) Реагирует с основными оксидами: SiO 2 + MgО -tàMgSiO 3 и карбонатами щелочных металлов: SiO 2 + K 2 CO 3 -tà K 2 SiO 3 + CO 2 при сплавлении.

4) Из кислот растворяется только в плавиковой : SiO 2 + 6HF = H 2 + 2H 2 O

5) При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний: SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO

или при избытке восстановителя – силициды: SiO 2 + 4Mg = Mg 2 Si + 2MgO.

6) Взаимодействие с неметаллами.

Реагирует с водородом: SiO 2 + 2Н 2 = Si + 2Н 2 O,

Взаимодействует с углеродом: SiO 2 + 3С = SiС + 2СO.

Кремниевая кислота.

Имеет полимерное строение и состав xSiO 2 yH 2 O. В водных растворах доказано существование ортокремниевой H 4 SiO 4 , метакремниевой H 2 SiO 3 кислот.

Получение: только косвенным путём, из солей: Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

Na 2 SiO 3 + 2Н 2 O + 2CO 2 = 2NaHCO 3 + H 2 SiO 3 ↓,

Свойства: 1)Растворяются в концентрированных щелочах: H 4 SiO 4 +4KOH à K 4 SiO 4 + 4H 2 O

2)Разлагаются при нагревании: H 2 SiO 3 -tàSiO 2 + H 2 O

Силикаты.

Большинство нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом». Их водные растворы - это хорошо известный силикатный клей.

Получение: 1) растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

H 4 SiO 4 + 4KOH à K 4 SiO 4 + 4H 2 O

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2

SiO 2 + 2KOH -tàK 2 SiO 3 + H 2 O

2) Сплавление оксидов: СаО + SiO 2 -tà CaSiO 3

3) Сплавлением диоксида кремния с карбонатами: SiO 2 + СаС0 3 = СаSiO 3 + С0 2

4) Взаимодействие солей: K 2 SiO 3 + CaCl 2 = CaSiO 3 + 2KCl

Из растворов силикатов действием на них более сильных кислот - соляной, серной, уксусной и даже угольной получается кремниевая кислота Н 2 SiO 3:

К 2 SiO 3 + 2НСl = 2КСl + Н 2 SiO 3

Следовательно, Н 2 SiO 3 очень слабая кислота. Она нерастворима в воде и выпадает из реакционной смеси в виде студенистого осадка, иногда заполняющего компактно весь объем раствора, превращая его в полутвердую массу, похожую на студень, желе. При высыхании этой массы образуется высокопористое вещество - силикагелъ, широко применяемый в качестве адсорбента - поглотителя других веществ.