Страница - 28

§55. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ

Водород, кислород, растворитель.

Под действием электрического тока или при температуре 2000°С происходит разложение воды. Эта реакция, как вы уже знаете, — один из способов получения водорода:

Разложение соединения на составные части называется анализом. Реакция получения сложных молекул (воды) из простых веществ называется синтезом:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

Взаимодействие воды с простыми веществами.

1. Взаимодействие воды с активными металлами также рассматривалось нами как один из способов получения водорода в лабораторных условиях. При этом протекают реакции замещения:

При взаимодействии металлов средней активности при нагревании с водой образуются оксид металла и водород:

При взаимодействии металлов средней активности при нагревании с водой образуются оксид металла и водород:

Мg + НОН → МgО + Н₂↑

Малоактивные металлы с водой не реагируют.

2. При определенных условиях вода реагирует с некоторыми неметаллами. При пропускании паров воды над раскаленным углем происходит реакция:

В результате реакции образуется смесь двух газов, которые способны гореть. Такая газовая смесь называется водяным газом.

При пропускании хлора через воду образуется смесь двух кислот хлора:

Взаимодействие воды со сложными веществами.

1. C оксидами активных металлов вода реаги­рует с образованием растворимых оснований - щелочей:

При взаимодействии оксида кальция (негашеная известь) с водой реакция протекает бурно с выделением большого количества тепла (рис. 78), и образуется гидроксид кальция (гашеная известь):

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Q

Отсюда можно сделать следующий вывод:

оксид активного металла + вода = = основание (щелочь)

2. Гидриды активных металлов вступают во взаимодействие с водой по реакции:

МаН + Н₂О = NаОН + Н₂↑ СаН₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + 2Н₂↑ В результате реакции образуются щелочи и водород.

3. Оксиды некоторых неметаллов взаимодействуют с водой с образованием кислот:

Следовательно:

оксид неметалла + вода = кислота

4. Некоторые соли химически взаимодействуют с водой с образованием кристаллогидратов. Кристаллогидратами называют кристаллические ги­драты определенного состава:

При расчете молекулярных масс кристаллогидратов масса воды суммируется с массой соли:

M_r(Na₂CO₃ • 10H₂O) = 106 + 180 = 286.

Применение воды. Вода — второй (после кислорода) по величине природ­ный ресурс, используемый человеком. Применение ее в промышленности, сельском хозяйстве и в быту очень многообразно.

Основные области применения воды показаны на схеме 10.

Схема 10. Применение воды

Знаете ли вы!

• Содержание воды в костях достигает 31%.
• На вершине Эвереста вода кипит при 71°С.
• Жирафы могут обходиться без воды дольше, чем верблюды.

2. Сколько литров водорода (н. у.) образуется, если в реакцию замещения с водой вступило 4,6 г натрия?

Ответ: 2,24 л.

3. Определите процентную концентрацию соляной кислоты, если в 700 г воды растворили 112 г хлороводорода. Рассчитайте объемы (н. у.) газов, необходимых для получения 112 г хлороводорода.

Ответ: 13,79%, 34,37 л С1₂, 34,37 л Н₂.

4. Водный раствор хлорида бария содержит 32% этой соли, в расчете на безводную соль. Каково процентное содержание ВаСl₂ • 2Н₂О в данном растворе?

Ответ: 37,54%.

Знаете ли вы?

Сколько жидкости в нашем теле? 5 л крови; 2 л лимфы; 28 л внутриклеточной и межклеточной воды; 1,5 л слюны, 5 л желудочного сока; 1 л желчи; 0,7 л сока поджелудочной железы; 0,1-0,2 л воды в головном и спинном мозге. Конечно же, это не чистая вода, а растворенные в воде органические и неорганические вещества. Очень много воды в стекловидном теле глаза (99%), а меньше всего — в эмали зубов.

§56. ПРИЧИНЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕЕ УСТРАНЕНИЯ

Почему в жесткой воде мыло не пенится? Знаете ли вы причину этого явления?

В 1886 году немецкий ученый, дарвинист Эрнест Геккель ввел понятие «экология». В переводе с греческого это означает «наука о постоянном место­жительстве». Химическая наука при решении вопросов охраны природы и рационального использования природных ресурсов имеет решающую роль. В то же время химическая промышленность, принося нам пользу, одновремен­но является источником загрязнения окружающей среды. Поэтому нельзя изучать химию, не касаясь экологической проблемы.

Причины загрязнения воды. Наиболее распространенным загрязнителем воды являются углеводороды (нефть и нефтепродукты), которые попадают в воду в основном при их транспортировке и авариях, а также радиоактивные вещества (рис. 79).

В промышленных районах загрязняются не только атмосфера, но и вод­ные объекты. В Балкаше качество воды ухудшается из-за деятельности Балкашского медеплавильного завода, который сбрасывает в озеро использо­ванную воду. На реке Ертис ПДК по железу, меди и марганцу превышены в 1,7-1,8 раза.

Только в Восточно-Казахстанской области в бассейн реки еже­годно сбрасывается 200 млн м³ сточных вод.

С точки зрения химического воздействия на природу, ученые выделяют следующие направления:

• потребление химических веществ из природы;
• загрязнение природы отходами человеческой деятельности;
• появление новых высокоактивных химических соединений, выделен­ных из природных источников или синтезированных человеком.

Многие экологические проблемы создает металлургическое производ­ство. Его основные этапы:

• добыча руды на месторождениях;
• обогащение руды;
• переработка руды и получение металлов.

Для производства металлов необходимы более сложные технические при­способления, чем для переработки минералов. Поэтому производство метал­лов - очень дорогостоящая отрасль. Из каждой добытой 1000 т сырья 1/4 часть остается в земле. При первичной обработке и обогащении руды теря­ется еще 1/3 произведенного сырья. Ведь обычно обогащение производится по одному элементу, а все остальное не используется. Поэтому вокруг горно­обогатительных комбинатов растут «горы» из остатков и отходов.

Некоторые их составляющие вымываются дождевой водой и выветрива­ются. Вследствие этого снижается плодородие прилегающих почв, загрязня­ются реки и озера. Тем самым создается опасное санитарно-гигиеническое состояние среды.

Для охраны природы разрабатываются различные мероприятия. Среди них:

1. Комплексное использование руд с использованием циркуляционных принципов технологии.
2. Разработка и использование экологически чистых источников энергии.
3. Разработка новых фильтров, адсорбентов для задержания твердых и ядовитых газообразных отходов производства.
4. Повышение степени очистки сточных вод с использованием современных технологий.

В нашей республике экологические проблемы волнуют жителей особенно в таких городах, как Усть-Каменогорск, Павлодар, Темиртау, Шымкент, Тараз, Балкаш, а также космодром Байконур и ближайшие районы.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней ионов Са²⁺ и Мg²⁺. Чем выше в природной воде содержание этих ионов, тем больше ее жесткость.

В жесткой воде мыло не пенится, поэтому используют синтетические моющие средства. Из-за жесткости воды на внутренних стенках трубопроводов и паровых котлов оседает накипь - твердые соли (СаСО₃, СаSО₄). Жесткая вода имеет плохую теплопроводность, поэтому вызывает местный перегрев (рис. 80).

Жесткость воды бывает двух видов: временная и постоянная (схема 11).

Схема 11. Жесткость воды

В настоящее время для устранения жесткости воды применяются ионообменные смолы.

Это интересно!

В настоящее время для профилактики кариеса применяются фторсодержа­щие пасты (специальные добавки NаF, ZnF₂, СаF₂). Под воздействием этих соединений на эмали зубов образуются фторапатиты (Са₁₀R₂(РО₄)₆)(R-ОН^-, Сl^-, F^-), они устойчивы к действию кислот и обладают бактерицидными свойствами.

Это интересно!

Мел, мрамор, известняк - все эти вещества представлены одной форму­лой - СаСО₃. Состав твердого мрамора, пригодного для создания скуль­птур, и аморфного мела, оказывается, одинаковый!

Лабораторный опыт №10

Определение жесткости воды

Цель: знать понятие «жесткость воды» и способы ее устранения.

Реактивы	Оборудование, химическая посуда
Вода, раствор карбоната натрия	Пробирки

Возьмите две пробирки с жесткой водой (с ионами Са²⁺). Одну пробирку начинайте кипятить. Что произошло? В другую налить раствор карбоната натрия. Проведите наблюдение, сделайте вывод.

Вопросы и задания

1. Какую жесткость устраняют кипячением воды?
2. Почему добавили соду во вторую пробирку? Какую жесткость устраня­ют с помощью этого реактива?
3. Напишите свои наблюдения и уравнения проделанных опытов в лабо­раторный журнал. Сделайте соответствующие выводы.

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ

1. Вода — универсальный растворитель, основа жизни.
2. В зависимости от температуры и давления вода может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, твердом и жидком.
3. Вода — уникальное соединение. Плотность льда меньше плотности воды в жидком состоянии, поэтому лед плавает на поверхности воды, так как при температуре 4°С р(Н2О) = 1 г/мл.
4. Вода взаимодействует с активными металлами, их оксидами.