8 класс Химия Важнейшие представители неорганических веществ Вода и основания

Вода в природе и ее свойства

Содержание

Рассмотрим, как вода перемещается в природе, какие физические свойства ей присущи и в каких случаях она участвует в образовании новых веществ. Научимся различать изменение состояния воды и ее химическое превращение.

Вода в природе

Определение

Гидросфера — водная оболочка Земли, которая включает в себя всю химически не связанную воду: жидкую, твердую, газообразную.

Вода Мирового океана, рек, озер и подземных вод, лед и снег, водяной пар в атмосфере — части гидросферы. Значительная часть поверхности Земли покрыта океаном, но вода встречается и на суше, и в воздухе.

Слова «химически не связанная» помогают отделить эту воду от воды, входящей в состав некоторых минералов, например гипса. Такую связанную воду не включают в объем гидросферы.

Лед, жидкая вода и водяной пар — состояния одного вещества с формулой $H_2O$. При переходе между этими состояниями химический состав воды сохраняется.

{"questions":[{"instruction":"Выберите все части гидросферы","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Лед горного ледника","Водяной пар в атмосфере","Жидкая вода подземного источника","Вода в составе гипса $CaSO_4 · 2H_2O$"],"answer":[0,1,2]}},"explanation":"Гидросфера включает химически не связанную воду в трех состояниях. Вода в леднике, атмосфере и подземном источнике подходит под это определение; вода в составе минерала — нет.","hints":["Учитывайте все три агрегатных состояния воды.","Затем проверьте, входит ли вода в состав минерала как химически связанная."]},{"instruction":"Лед растаял, а затем полученная вода испарилась. Что произошло с веществом?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Состояние менялось, состав воды сохранялся.","При каждом переходе образовывалось новое вещество.","Формула воды изменилась только при испарении."],"answer":[0]}},"explanation":"Плавление и испарение меняют состояние воды. Во всех трех состояниях это вещество имеет состав $H_2O$.","hints":["Вспомните, как связаны лед, жидкая вода и водяной пар.","Для химического превращения нужно образование другого вещества."]}],"mix":1}

Круговорот воды

Океан, воды суши и атмосфера связаны непрерывным круговоротом воды. Вода испаряется с поверхности водоемов. При охлаждении водяной пар превращается в мелкие капли — происходит конденсация. В атмосфере образуются облака; часть воды в них может находиться в виде кристалликов льда.

Влага переносится в атмосфере, а затем возвращается на поверхность в виде дождя или снега. Вода течет по поверхности суши в реки и океан; часть просачивается в грунт и возвращается подземным путем. Испарение идет и с океана, и с водоемов суши.

Рассмотрим один путь: вода испарилась из океана, сконденсировалась в атмосфере, выпала дождем на сушу и по реке вернулась в океан. Это последовательность физических процессов: сама вода не превратилась в другое вещество.

{"questions":[{"instruction":"Водяной пар при охлаждении превратился в мелкие капли воды. Как называется этот процесс?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Конденсация","Испарение","Плавление","Замерзание"],"answer":[0]}},"explanation":"Переход из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Испарение идет в обратном направлении.","hints":["Определите исходное и конечное состояния воды.","Выберите название перехода от пара к жидкости."]},{"instruction":"Расположите этапы описанного пути воды, начиная с ее ухода с поверхности океана","content":"[[sorter-1]]","widgets":{"sorter-1":{"type":"sorter","items":["Испарение воды из океана","Конденсация водяного пара в атмосфере","Выпадение дождя на сушу","Возвращение воды по реке в океан"]}},"explanation":"Вода сначала уходит с поверхности океана в виде пара, затем превращается в капли, выпадает на сушу и возвращается в океан с поверхностным стоком. Это один из путей в общем круговороте.","hints":["Начните с перехода жидкой воды в водяной пар.","После образования капель вода может выпасть на сушу, а затем вернуться в океан."]},{"instruction":"Какие два описания относятся к разным путям возвращения воды с суши в океан?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Река переносит воду по поверхности суши.","Подземная вода движется в толще грунта.","Водяной пар превращается в капли в облаке.","Вода уходит с поверхности моря в атмосферу."],"answer":[0,1]}},"explanation":"Поверхностный и подземный сток возвращают воду с суши. Конденсация происходит в атмосфере, а испарение переносит воду с поверхности в атмосферу.","hints":["Найдите процессы, происходящие на суше или под ее поверхностью.","Проверьте направление движения воды: она должна возвращаться в океан."]}],"mix":1}

Физические свойства воды

Чистая вода — бесцветная прозрачная жидкость. Она растворяет многие вещества. Поэтому прозрачная природная вода может содержать растворенные примеси: прозрачность сама по себе не доказывает чистоту.

Чистую воду получают перегонкой, или дистилляцией. Воду испаряют, а образовавшийся пар охлаждают и собирают полученную жидкость. Например, растворенные соли остаются в исходном сосуде. Полученную воду называют дистиллированной.

При обычном атмосферном давлении чистая вода замерзает при $0\,^{\circ}C$ и кипит при $100\,^{\circ}C$. Условия важны: температуры переходов связывают с давлением. Плотность жидкой воды близка к $1\,\text{г/мл}$.

У воды есть особенность: при нагревании от $0$ до $4\,^{\circ}C$ она сжимается. Та же масса воды занимает меньший объем, поэтому плотность увеличивается. Наибольшая плотность воды достигается при $4\,^{\circ}C$. При дальнейшем нагревании жидкая вода расширяется, а ее плотность уменьшается.

{"questions":[{"instruction":"Из соленой воды получают дистиллированную. Какую часть процесса нужно использовать для сбора очищенной воды?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Охладить и собрать образовавшийся водяной пар.","Собрать оставшийся после испарения раствор соли.","Перемешать воду и собрать верхний слой раствора."],"answer":[0]}},"explanation":"При перегонке воду сначала испаряют, затем конденсируют пар. Растворенная соль остается в исходном сосуде; очищенную воду собирают после охлаждения пара.","hints":["Проследите путь самой воды при перегонке.","Растворенная соль не должна попасть в собираемую жидкость."]},{"instruction":"Родниковая вода прозрачна. Какой вывод обоснован?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["В ней могут находиться растворенные вещества.","Она обязательно является дистиллированной водой.","В ней не может быть никаких примесей."],"answer":[0]}},"explanation":"Растворенные вещества могут не мешать прозрачности. Поэтому одного внешнего вида недостаточно для вывода о чистоте воды.","hints":["Вспомните способность воды растворять вещества.","Прозрачность и отсутствие растворенных примесей — разные признаки."]},{"instruction":"При каком условии для чистой воды используют температуры замерзания $0\\,^{\\circ}C$ и кипения $100\\,^{\\circ}C$?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["При обычном атмосферном давлении","При любом возможном давлении","Только при наличии растворенной соли"],"answer":[0]}},"explanation":"Указанные температуры относятся к чистой воде при обычном атмосферном давлении. При другом давлении нельзя без уточнения переносить эти значения.","hints":["Найдите условие, с которым в объяснении связаны температуры переходов.","Растворенная соль не является условием чистоты воды."]},{"instruction":"Порцию жидкой воды нагрели от $1$ до $3\\,^{\\circ}C$. Масса сохранилась. Как изменились объем и плотность?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Объем уменьшился, плотность увеличилась.","Объем увеличился, плотность уменьшилась.","Объем и плотность одновременно увеличились."],"answer":[0]}},"explanation":"Обе температуры лежат между $0$ и $4\\,^{\\circ}C$. На этом участке при нагревании вода сжимается: объем уменьшается, а плотность увеличивается.","hints":["Определите, по какую сторону от температуры максимальной плотности находятся оба значения.","Для одной массы уменьшение объема означает увеличение плотности."]},{"instruction":"Ту же порцию жидкой воды нагрели от $10$ до $25\\,^{\\circ}C$. Какой вывод верен?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Объем увеличился, плотность уменьшилась.","Объем уменьшился, плотность увеличилась.","Состав воды изменился, образовалось другое вещество."],"answer":[0]}},"explanation":"Выше $4\\,^{\\circ}C$ при нагревании жидкая вода расширяется. При сохранении массы увеличение объема сопровождается уменьшением плотности; химическое вещество остается тем же.","hints":["Обе температуры выше температуры наибольшей плотности воды.","Свяжите расширение порции с изменением ее плотности."]}],"mix":1}

Задание

Ученик утверждает: «Если воду нагревать, ее плотность всегда уменьшается». Проверьте это утверждение для нагревания от $2$ до $4\,^{\circ}C$ и от $4$ до $20\,^{\circ}C$. Масса воды в обоих случаях сохраняется.

Показать ответ

Скрыть

Утверждение верно не для всего указанного диапазона. При нагревании от $2$ до $4\,^{\circ}C$ объем воды уменьшается, а плотность увеличивается до максимальной. При нагревании от $4$ до $20\,^{\circ}C$ объем увеличивается, а плотность уменьшается.

Химические превращения воды

При испарении или замерзании вода сохраняет состав. В химической реакции она взаимодействует с другим веществом, и появляются продукты с иным составом. Рассмотрим реакции воды с некоторыми оксидами.

Образование кислот

Оксид серы(IV) взаимодействует с водой с образованием сернистой кислоты:

$$SO_2+H_2O\rightarrow H_2SO_3$$

Оксид серы(VI) образует с водой серную кислоту:

$$SO_3+H_2O\rightarrow H_2SO_4$$

Образование кислот при взаимодействии оксидов серы с атмосферной влагой связано с возникновением кислотных дождей. Это химическое превращение, в отличие от конденсации чистого водяного пара.

Гашение извести

Оксид кальция $CaO$ называют негашеной известью. При добавлении воды он превращается в гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ — гашеную известь:

$$CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2$$

Реакция идет с выделением большого количества теплоты. В составе продукта появились группы $OH$; это представитель класса оснований. Таким образом, вода может участвовать в образовании и кислот, и основания. Показанные реакции относятся к конкретным оксидам: переносить их на любой оксид нельзя.

{"questions":[{"instruction":"Выберите два химических превращения","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Водяной пар охладился и превратился в капли воды.","Из воды при замерзании образовался лед.","Оксид серы(VI) с водой образовал серную кислоту.","Оксид кальция с водой образовал гидроксид кальция."],"answer":[2,3]}},"explanation":"В последних двух случаях появились вещества с новым составом: кислота и гидроксид. Конденсация и замерзание меняют состояние воды, сохраняя ее состав.","hints":["Для каждого случая проверьте, появилось ли новое вещество.","Изменение агрегатного состояния само по себе не означает химической реакции."]},{"instruction":"Какой продукт образуется при взаимодействии $SO_2$ с водой в рассмотренной реакции?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$H_2SO_3$","$H_2SO_4$","$Ca(OH)_2$"],"answer":[0]}},"explanation":"В реакции оксида серы(IV) с водой образуется сернистая кислота $H_2SO_3$. Серная кислота $H_2SO_4$ в другом рассмотренном примере получается из $SO_3$ и воды.","hints":["Сравните формулу данного оксида с двумя разобранными уравнениями.","Не подменяйте оксид серы(IV) оксидом серы(VI)."]},{"instruction":"Какие два описания относятся к гашению извести?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Оксид кальция превращается в гидроксид кальция.","При реакции выделяется большое количество теплоты.","Вода только переходит в другое агрегатное состояние.","При реакции поглощается большое количество теплоты."],"answer":[0,1]}},"explanation":"При гашении извести реагируют $CaO$ и $H_2O$, образуется $Ca(OH)_2$ и выделяется теплота. Это химическая реакция, а не одно лишь изменение состояния воды.","hints":["Назовите реагенты и продукт уравнения гашения извести.","Вспомните описанное тепловое проявление реакции."]},{"instruction":"В одном случае водяной пар образовал капли дождя, в другом оксид серы с атмосферной влагой образовал кислоту. Какое сравнение верно?","content":"[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["В первом случае состав воды сохранился, во втором образовалось новое вещество.","В обоих случаях вода только изменила агрегатное состояние.","В первом случае образовалось новое вещество, во втором состав воды сохранился."],"answer":[0]}},"explanation":"Конденсация сохраняет состав воды. Образование кислоты из оксида серы и воды — химическая реакция с появлением нового вещества.","hints":["Отделите образование капель от образования кислоты.","Сравнивайте состав веществ, а не только место протекания процесса."]}],"mix":1}

Итоги

Гидросфера включает химически не связанную воду в жидком, твердом и газообразном состояниях.
Испарение, конденсация, осадки и сток связывают океан, сушу и атмосферу непрерывным круговоротом.
Дистилляция включает испарение воды и последующую конденсацию пара; прозрачность сама по себе не доказывает чистоту.
Плотность воды максимальна при $4\,^{\circ}C$: при нагревании до этой температуры вода сжимается, а выше нее расширяется.
В рассмотренных химических реакциях вода с оксидами серы образует кислоты, а с оксидом кальция — гидроксид кальция.

Часто задаваемые вопросы

Является ли водяной пар частью гидросферы?

Да. Гидросфера включает химически не связанную воду не только в жидком и твердом, но и в газообразном состоянии.

Почему прозрачная вода может содержать примеси?

Растворенные вещества могут не нарушать прозрачность. По одному внешнему виду нельзя установить, что вода чистая.

Почему при нагревании до $4\,^{\circ}C$ плотность воды растет?

На участке от $0$ до $4\,^{\circ}C$ вода сжимается. Та же масса занимает меньший объем, поэтому плотность увеличивается.

Чем образование кислоты отличается от образования капель воды?

При конденсации водяного пара сохраняется вещество $H_2O$. При взаимодействии рассмотренного оксида серы с водой образуется другое вещество — кислота.

Награды за урок

Следующий урок

Основания и щелочи

Перейти к уроку