g9k-5.2· Глава 5: Кислород, водород и вода· ~13 мин

Водород. Вода

Получение и свойства водорода, химические свойства воды.

Водород (H₂) — самый лёгкий элемент периодической системы; бесцветный, не имеющий запаха газ, примерно в 14,5 раза легче воздуха. В лаборатории водород получают взаимодействием активных металлов (Zn, Fe, Al) с разбавленными кислотами: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑; Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑. В промышленности водород получают электролизом воды и конверсией природного газа. Водород — горючий газ, при соединении с кислородом даёт воду: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Он также восстанавливает оксиды металлов: CuO + H₂ → Cu + H₂O. Вода (H₂O) — соединение с полярными молекулами; хороший растворитель. Химические свойства воды: реагируя с активными металлами, даёт щёлочь и водород (2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑); с основными оксидами образует щёлочь (CaO + H₂O → Ca(OH)₂), с кислотными оксидами — кислоту (SO₃ + H₂O → H₂SO₄; CO₂ + H₂O → H₂CO₃). Наличие в составе воды ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ создаёт жёсткость воды: временная жёсткость обусловлена гидрокарбонатами (Ca(HCO₃)₂), а постоянная жёсткость — сульфатами и хлоридами (CaSO₄, CaCl₂). Временная жёсткость устраняется кипячением: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑.

Графики

Молекула воды H₂O: угловое строение (104,5°), полярная — водород δ+, кислород δ−
Молекула воды H₂O: угловое строение (104,5°), полярная — водород δ+, кислород δ−

Ключевые термины

Водород (H₂) — Самый лёгкий элемент периодической системы; бесцветный газ без запаха, примерно в 14,514{,}5 раз легче воздуха.
Электролиз — Процесс разложения растворённых в воде веществ электрическим током; используется для получения водорода в промышленности.
Вода (H₂O) — Соединение с полярными молекулами; хороший растворитель. Вступает в реакции с активными металлами, основными и кислотными оксидами.
Жёсткость — Свойство воды, обусловленное наличием ионов Ca2+\text{Ca}^{2+} и Mg2+\text{Mg}^{2+}. Бывает двух видов: временная и постоянная.
Временная жёсткость — Вызвана гидрокарбонатами (Ca(HCO3)2\text{Ca(HCO}_3)_2); устраняется кипячением: Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑\text{Ca(HCO}_3)_2 \to \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow.
Постоянная жёсткость — Вызвана сульфатными (CaSO4\text{CaSO}_4) и хлоридными (CaCl2\text{CaCl}_2) солями кальция и магния; кипячением не устраняется.
Реакции получения водорода в лаборатории
МеталлКислотаУравнение реакцииПродукты
Zn (цинк)HCl (соляная кислота)Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑\text{Zn} + 2\text{HCl} \to \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrowХлорид цинка + водород
Zn (цинк)H₂SO₄ (серная кислота)Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2\uparrowСульфат цинка + водород

Таблица 1: Получение водорода в лаборатории реакцией активного металла с разбавленной кислотой

✎Пошаговое объяснение реакции воды с основным оксидом
  1. 1Задача: Какое вещество образуется при реакции оксида кальция (CaO) с водой? Запишите уравнение реакции.
  2. 2Шаг 1: Определите реагенты: CaO — основный оксид (оксид металла). Вступает в реакцию с водой (H₂O).
  3. 3Шаг 2: Определите тип реакции: Основный оксид + вода → щёлочь (растворимое основание). Это реакция соединения.
  4. 4Шаг 3: Запишите продукт: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Образуется гидроксид кальция (гашёная известь).
  5. 5Шаг 4: Проверка: Число атомов в левой и правой частях уравнения: Ca(1=1), O(1+1=2), H(2=2). Уравнение верно.
🚫Частая ошибка

Учащиеся часто путают временную и постоянную жёсткость. Временная жёсткость устраняется только кипячением; постоянная жёсткость (CaSO4\text{CaSO}_4, CaCl2\text{CaCl}_2) кипячением не удаляется. Если на экзамене спрашивают: «жёсткость можно устранить кипячением» — это относится только к временной жёсткости.

⚠️Внимание

Водород — горючий газ! При получении водорода в лаборатории его следует держать вдали от источников огня. Смесь H2\text{H}_2 и O2\text{O}_2 взрывоопасна — перед сбором водорода для испытания убедитесь, что воздух из прибора полностью вытеснен.

Правила

  1. 1В лаборатории водород получают реакцией активного металла с разбавленной кислотой: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑.
  2. 2Водород, соединяясь с кислородом, даёт воду: 2H₂ + O₂ → 2H₂O; также восстанавливает оксиды: CuO + H₂ → Cu + H₂O.
  3. 3Вода — хороший растворитель с полярными молекулами; реагирует с активными металлами: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑.
  4. 4Кислотные оксиды с водой дают кислоту, а основные оксиды — щёлочь: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
  5. 5Временная жёсткость устраняется кипячением: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс