§18. Вода

Лабораторный опыт №20

Исследование поверхностного натяжения воды
Осторожно положите на поверхность воды небольшую швейную иголку (Если один конец иглы расположить под наклоном, она окажется на дне. Выньте её из воды, вытрите насухо и повторите опыт.)
Проделайте аналогичные действия, используя воду, в которой предварительно растворили немного стирального порошка.
Почему тяжёлая иголка не тонет в воде в первом случае, а во втором – тонет? Вспомните из курса физики, что такое поверхностное натяжение. Как влияет стиральный порошок на поверхностное натяжение воды?

Ответ:

Исследование поверхностного натяжения воды
Осторожно положили на поверхность воды небольшую швейную иголку.
Проделали аналогичные действия, используя воду, в которой предварительно растворили немного стирального порошка.
Тяжёлая иголка не тонет в воде в первом случае, а во втором – тонет, так как поверхностное натяжение в первом случае больше, чем во втором. Стиральный порошок уменьшает поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение − явление молекулярного давления на жидкость.

Лабораторный опыт №21

Растворение перманганата калия или медного купороса в воде
Возьмите шпателем или ложечкой несколько кристалликов перманганата калия или медного купороса, добавьте их в стакан с водой и перемешайте палочкой (по часовой стрелке) в течение 5−10 с, обращая внимание на скорость растворения.
Почему кристаллики соли оказываются в центре «воронки», образуя малиновый или голубой «смерч», исчезающий через некоторое время после перемешивания? Какой физико−химический процесс вы наблюдаете?
Запишите уравнение диссоциации перманганата калия $KMnO_{4}$ или сульфата меди (II). Какие кислоты соответствуют этим солям?
В свою очередь, какие оксиды соответствуют каждой кислоте?
Сделайте вывод о том, какие элементы (металлы и неметаллы) образуют кислородсодержащие кислоты.

Ответ:

Растворение перманганата калия или медного купороса в воде
Взяли шпателем или ложечкой несколько кристалликов перманганата калия или медного купороса, добавили их в стакан с водой и перемешали палочкой (по часовой стрелке) в течение 5−10 с, обращая внимание на скорость растворения.
Кристаллики соли оказываются в центре «воронки», образуя малиновый или голубой «смерч», исчезающий через некоторое время после перемешивания, так как действуют центростремительные силы.
Процесс растворения и диссоциации веществ:
$KMnO_{4} ⟶ K^{+} + MnO_{4}^{-}$
$CuSO_{4} ⟶ Cu^{2+} + SO_{4}^{2-}$
Перманганату калию соответствует марганцовая кислота $HMnO_{4}$, ей соответствует оксид марганца (VII) $Mn_{2}O_{7}$.
Сульфату меди (II) соответствует серная кислота $H_{2}SO_{4}$, ей соответствует оксид серы (VI) $SO_{3}$.
Кислородсодержащие кислоты образуют неметаллы и d−элементы в высшей степени окисления.

Лабораторный опыт №22

Гидратация обезвоженного сульфата меди (II)
Поместите в пробирку немного (на кончике шпателя) обезвоженного сульфата меди (II), а затем прилейте в неё 2−3 мл воды. Что наблюдаете? Как отличаются друг от друга гидратированные и негидратированные катионы меди (II)?

Ответ:

Гидратация обезвоженного сульфата меди (II)
Поместили в пробирку немного (на кончике шпателя) обезвоженного сульфата меди (II), а затем прилили в неё 2−3 мл воды.
$CuSO_{4} + 5H_{2}O = CuSO_{4} * 5H_{2}O$
Наблюдаем изменение окраски раствора на голубой.
Гидратированные и негидратированные катионы меди (II) отличаются друг от друга цветом, первые − белые; вторые − голубые.

Лабораторный опыт №23

Изготовление гипсового отпечатка
В фарфоровую чашечку насыпьте 2 г полуводного гипса – алебастра $2CaSO_{4} * H_{2}O$. Добавьте немного воды и перемешайте смесь, чтобы получилась тестообразная масса. Вдавите в неё монету или брелок, предварительно смазав их вазелином. Если удалить их, то в твёрдой массе останется отпечаток этих предметов, почему? Как этот процесс используется в медицине, производстве гипсовых статуэток?

Ответ:

Изготовление гипсового отпечатка
В фарфоровую чашечку насыпали 2 г полуводного гипса – алебастра $2CaSO_{4} * H_{2}O$. Добавили немного воды и перемешали смесь, чтобы получилась тестообразная масса. Вдавили в неё монету или брелок, предварительно смазав их вазелином. Если удалить их, то в твёрдой массе останется отпечаток этих предметов, так как тестообразная масса при высыхании образует затвердевший гипс.
В медицине этот процесс используется при наложении гипса, в производстве − при изготовлении гипсовых статуэток по формам.

i

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Ответ:

Электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных:
1) Сайт "Pandia".
2) Сайт "Moluch".
3) Сайт "Cyber leninka".

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Ответ:

Строение молекулы воды
Молекула воды имеет угловое строение: входящие в её состав атомы образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода, а в вершине − атом кислорода. Межъядерные расстояния O−H близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями H−O−H равен 101,5°. Из восьми электронов внешнего слоя атома кислорода в молекуле воды четыре электрона задействованы в образовании ковалентных связей O−H, остальные составляют две неподеленные электронные пары.
Связи O−H являются полярными за счет более высокой электроотрицательности кислорода, на атомах которого возникает частичный отрицательный заряд. На атомах водорода, напротив, возникает частичный положительный заряд.
В целом молекула $H_{2}O$ является полярной молекулой, т.е. диполем.

?

1. Какое строение имеет молекула воды? За счёт какой химической связи она образуется? Какие другие типы химических связей вы знаете?

Ответ:

Молекула воды имеет угловое строение, она образуется за счет ковалентной полярной химической связи.
Мы знаем 4 типа химической связи:
1) Ковалентная полярная.
2) Ковалентная неполярная.
3) Ионная.
4) Металлическая.

2. Какая связь называется водородной? Как она определяет физические свойства воды?

Ответ:

Водородная связь − это химическая связь между атомами водорода одной молекулы и атомами наиболее электроотрицательных элементов.
За счет водородной связи вода имеет высокую температуру кипения.

3. Какие аномалии физических свойств воды вы знаете? Какую роль они играют в природе?

Ответ:

Вода имеет аномально высокие значения ее температур плавления и кипения, поэтому вода имеет 3 агрегатных состояния.
Вода способна расширяться при замерзании и имеет максимальную плотность при температуре +4, поэтому в природе лед плавает на поверхности воды.
Вода обладает высокимм значениями температуры кипения и температуры парообразования.

4. Растворение называют физико−химическим процессом. Как растворимость характеризует свойства воды? Как по этому признаку делятся вещества? Для ответа на вопрос обратитесь к таблице растворимости.

Ответ:

Вода – важнейший растворитель в живой и неживой природе.
По растворимости в воде вещества делятся на растворимые (NaOH, $K_{2}SO_{4}$), малорастворимые ($Ca(OH)_{2}$) и нерастворимые ($Cu(OH)_{2}, BaSO_{4}$).

5. Какие вещества называются гидрофильными, а какие – гидрофобными? Приведите примеры.

Ответ:

Гидрофильные вещества хорошо растворимы в воде. К ним относятся многие соли, спирты, кислоты, глюкоза и др.
Гидрофобные, плохо растворимые в воде вещества − это жиры, пластмассы, сложные эфиры, жирные кислоты и др.

6. Перечислите химические свойства воды, иллюстрируя их уравнениями соответствующих реакций. Какую роль играют эти свойства в природе?

Ответ:

Вода − основной поставщик кислорода в атмосферу Земли, так как важнейшая реакция на Земле − фотосинтез:
$6CO_{2} + 6H_{2}O = C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}$
Из глюкозы в ходе дальнейших превращений возникает поразительное многообразие органических соединений.
Вода взаимодействует с щелочными и щёлочноземельными металлами:
$2Na + 2H_{2}O = 2NaOH + H_{2}↑$
$Ca + 2H_{2}O = Ca(OH)_{2} + H_{2}↑$
Вода соединяется с основными и кислотными оксидами, если образуется растворимый гидроксид – щёлочь или кислородсодержащая кислота:
$H_{2}O + Na_{2}O = 2NaOH$
$H_{2}O + SO_{3} = H_{2}SO_{4}$
Вода разлагается под действием света, электрического тока или высоких температур (свыше 1500°C):
$2H_{2}O = 2H_{2} + O_{2}$
Вода разлагает некоторые неорганические и многие органические вещества. Необратимому гидролизу подвергаются некоторые бинарные соединения, например соли летучих бескислородных кислот и нерастворимых оснований:
$Al_{2}S_{3} + 6H_{2}O = 2Al(OH)_{3} + 3H_{2}S↑$.

7. В 80 мл воды растворили 80 г медного купороса $CuSO_{4} * 5H_{2}O$. Какой стала массовая доля сульфата меди (II) в полученном растворе?

Ответ:

Дано:
V ($H_{2}O$) = 80 мл
m ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = 80 г
Найти:
ω ($CuSO_{4}$) − ?
Решение:
m ($H_{2}O$) = ρ * V = 1 * 80 = 80 г
n ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = $\frac{m}{M}$ = $\frac{80}{250}$ = 0,32 моль
n ($CuSO_{4}$) = ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = 0,32 моль
m ($CuSO_{4}$) = n * M = 0,32 * 160 = 51 г
m (р−ра) = m ($H_{2}O$) + m ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = 80 + 80 = 160 г
ω ($CuSO_{4}$) = $\frac{m (CuSO_{4})}{m (р-ра)}$ = $\frac{51}{160}$ = 32%
Ответ: ω ($CuSO_{4}$) = 32%.

8. Для наложения гипсовой повязки хирург использовал 290 г алебастра. Какое количество вещества воды было израсходовано в результате превращения алебастра в гипс? Какова масса гипса?

Ответ:

Дано:
m ($CaSO_{4} * 0,5H_{2}O$) = 290 г
Найти:
n ($H_{2}O$) − ?
m ($CaSO_{4} * 2H_{2}O$) − ?
Решение:
$CaSO_{4} * 0,5H_{2}O + 1,5H_{2}O = CaSO_{4} * 2H_{2}O$
n ($CaSO_{4} * 0,5H_{2}O$) = $\frac{m}{M}$ = $\frac{290}{145}$ = 2 моль
$n_{израс}$ ($H_{2}O$) = 1,5 * n ($CaSO_{4} * 0,5H_{2}O$) = 1,5 * 2 = 3 моль
$m_{израс}$ ($H_{2}O$) = n * M = 3 * 18 = 54 г
m ($CaSO_{4} * 2H_{2}O$) = m ($CaSO_{4} * 0,5H_{2}O$) + $m_{израс}$ ($H_{2}O$) = 290 + 54 = 344 г
Ответ: n ($H_{2}O$) = 3 моль; m ($CaSO_{4} * 2H_{2}O$) = 344 г.