Свойства воды. Водород.
Растворы. Круговорот воды
Опорный конспект № 2.7. Свойства воды. Водород. Растворы. Круговорот воды.
Проверяемые элементы содержания ФОП ООО: 2.3. Водород — элемент и простое вещество. Нахождение водорода в природе, физические и химические свойства, применение, способы получения. 2.5. Физические свойства воды. Вода как растворитель. Растворы. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Растворимость веществ в воде. Массовая доля вещества в растворе. Химические свойства воды. Роль растворов в природе и в жизни человека. Круговорот воды в природе. Загрязнение природных вод. Охрана и очистка природных вод.
Опорный конспект при подготовке к ОГЭ по данной теме смотрите в
— ОК № 8.2 Водород. Пероксид водорода (9 класс)
— ОК № 8.11 Вода. Свойства воды. Водные растворы (9 класс)
Часть 1. ВОДОРОД
Водород — химический элемент и простое вещество
💡 Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. Звёзды (включая Солнце) состоят в основном из водорода. На Земле он встречается в связанном виде — в воде, органических веществах, в составе кислот и оснований.
📌 Водород как химический элемент — это вид атомов с зарядом ядра +1 (входит в состав воды, кислот, оснований, органических веществ).
📌 Водород как простое вещество — это газ H₂ (молекула состоит из двух атомов водорода).
⚠️ Важно различать:
- «Вода содержит водород» → речь о химическом элементе (H в составе H₂O).
- «Водород — самый лёгкий газ» → речь о простом веществе (H₂).
📌 Водород может проявлять две степени окисления:
- +1 — в соединениях с неметаллами (HCl, H₂O, H₂SO₄)
- –1 — в гидридах металлов (NaH, CaH₂)
💡 Интересный факт: водород — единственный элемент, который может проявлять и степень окисления +1, и –1.
Нахождение водорода в природе
📌 Водород — самый распространённый элемент во Вселенной (более 90% всех атомов), но на Земле его мало в свободном виде.
Где встречается водород:
- В связанном виде: вода (H₂O), органические вещества (нефть, газ, уголь, живые организмы), кислоты (HCl, H₂SO₄).
- В свободном виде: в атмосфере (0,00005% по объёму), в вулканических газах, в составе солнечного ветра.
💡 Интересный факт: в атмосфере Земли водорода очень мало, потому что он — самый лёгкий газ и «улетает» в космос.
Физические свойства водорода
| Свойство | Характеристика |
| Агрегатное состояние (н.у.) | Газ |
| Цвет | Без цвета |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 0,09 г/л (самый лёгкий газ, в 14 раз легче воздуха) |
| Растворимость в воде | Очень плохая |
| Температура кипения | –253 °С |
| Температура плавления | –259 °С |
💡 Водород — самый лёгкий газ, поэтому его собирают в сосуды, перевёрнутые вверх дном (методом вытеснения воздуха).
Химические свойства водорода
📌 Водород может быть и окислителем, и восстановителем.
1. Водород — восстановитель
📌 В реакциях с неметаллами и оксидами металлов водород выступает как восстановитель (с.о. H повышается от 0 до +1):
- С кислородом (взрывоопасная смесь — «гремучий газ»):
2H₂ + O₂ → 2H₂O + Q
💡 Смесь водорода с воздухом (4–74% H₂) взрывоопасна. При поджигании водорода слышен характерный «хлопок».
- С хлором (на свету или при нагревании):
H₂ + Cl₂ → 2HCl
- С серой (при нагревании):
H₂ + S → H₂S
- С азотом (синтез аммиака, катализатор Fe, 500 °С, давление):
N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃
- Восстанавливает оксиды металлов (получение чистых металлов):
CuO + H₂ → Cu + H₂O
Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O
⚠️ Водород не восстанавливает оксиды активных металлов (Na, Ca, Al).
2. Водород — окислитель
📌 В реакциях с активными металлами водород выступает как окислитель (с.о. H понижается от 0 до –1):
2Na + H₂ → 2NaH (гидрид натрия)
Ca + H₂ → CaH₂ (гидрид кальция)
💡 В гидридах водород находится в редкой степени окисления –1.
Получение водорода
В лаборатории
📌 Основной лабораторный способ — взаимодействие металлов с кислотами:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
Zn + H₂SO₄(разб.) → ZnSO₄ + H₂↑
💡 Цинк используют чаще всего, потому что он реагирует с кислотой достаточно активно, но безопасно.
В промышленности
📌 Основные способы:
- Конверсия метана (природного газа):
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
- Взаимодействие водяного пара с раскалённым углём:
C + H₂O → CO + H₂
- Электролиз воды (дорогой способ):
2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑
Применение водорода
| Область | Применение |
| Химическая промышленность | Синтез аммиака (NH₃), хлороводорода (HCl), метанола, гидрогенизация жиров |
| Металлургия | Восстановление металлов из оксидов (W, Mo, Fe) |
| Ракетная техника | Водород — ракетное топливо (с кислородом) |
| Электроэнергетика | Водородные топливные элементы |
Часть 2. ВОДА. РАСТВОРЫ. КРУГОВОРОТ ВОДЫ
Вода — самое удивительное вещество
💡 Вода — единственное вещество, которое встречается в природе сразу в трёх агрегатных состояниях: жидком, твёрдом (лёд) и газообразном (пар). Она покрывает 71% поверхности Земли и составляет около 60–70% массы человеческого тела.
📌 Химическая формула: H₂O
Молекулярная масса: Mr(H₂O) = 18
Интересный факт: вода — единственное вещество, плотность которого в твёрдом состоянии (лёд) меньше, чем в жидком. Именно поэтому лёд плавает, а не тонет!
Физические свойства воды
| Свойство | Характеристика |
| Агрегатное состояние (н.у.) | Жидкость (прозрачная, без цвета и запаха) |
| Плотность | 1 г/см³ (при 4 °С) — максимальная |
| Температура плавления | 0 °С |
| Температура кипения | 100 °С |
| Теплоёмкость | Очень высокая (4,18 Дж/(г·К)) |
| Растворитель | Универсальный растворитель |
💡 Высокая теплоёмкость воды объясняет, почему океаны медленно нагреваются и медленно остывают — они аккумулируют тепло, смягчая климат.
Строение молекулы воды
📌 Молекула воды имеет угловое строение (угол H–O–H ≈ 104,5°).
В молекуле воды:
- Связи O–H — ковалентные полярные.
- На атоме кислорода — частичный отрицательный заряд (δ⁻), на водороде — частичный положительный (δ⁺).
- Молекула воды — диполь (два полюса: + и –).
⚠️ Важно: именно дипольный характер молекул воды объясняет её свойства как универсального растворителя.
Водородные связи
📌 Между молекулами воды образуются водородные связи:
H—O—H···O—H···O—H
💡 Водородные связи объясняют высокую температуру кипения воды и её аномальные свойства.
Химические свойства воды
1. Вода — окислитель
📌 Вода реагирует с активными металлами (щелочными и щёлочноземельными), выделяя водород:
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑
📌 С менее активными металлами — при нагревании (с водяным паром):
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂↑
⚠️ Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода (Cu, Ag, Au), с водой не реагируют.
2. Вода — восстановитель
📌 Вода реагирует с очень сильными окислителями (например, со фтором):
2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂↑
3. Реакции присоединения
📌 Вода присоединяется к оксидам:
- К основным оксидам (образуются щёлочи):
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
- К кислотным оксидам (образуются кислоты):
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃
⚠️ SiO₂ с водой не реагирует, так как связь Si–O очень прочная.
Вода как растворитель. Растворы
💡 Вода — лучший растворитель на Земле. В ней растворяются многие твёрдые, жидкие и газообразные вещества.
📌 Раствор — это гомогенная (однородная) система, состоящая из растворителя (вода) и растворённого вещества.
📌 Гидрофильные вещества («любящие воду») — хорошо растворяются в воде:
- Соли (NaCl, KNO₃)
- Кислоты (HCl, H₂SO₄)
- Основания (NaOH, KOH)
- Сахар, спирты (C₂H₅OH)
📌 Гидрофобные вещества («боящиеся воды») — плохо или совсем не растворяются:
- Жиры
- Парафин
- Бензин, масло
Растворы: насыщенные и ненасыщенные
📌 Растворимость — это способность вещества растворяться в воде. Она показывает, сколько граммов вещества может раствориться в 100 г воды при данной температуре.
По степени насыщения растворы делятся на:
| Тип раствора | Характеристика | Пример |
| Ненасыщенный | Можно растворить ещё больше вещества | Чай с одной ложкой сахара |
| Насыщенный | При данной температуре больше вещества растворить нельзя | Чай с сахаром, который перестал растворяться |
| Пересыщенный | Содержит больше вещества, чем может удерживать (неустойчивый) | Горячий сироп при охлаждении выделяет кристаллы |
⚠️ Запомните: растворимость большинства твёрдых веществ увеличивается с повышением температуры. У газов — уменьшается.
Массовая доля вещества в растворе
📌 Массовая доля (ω) — это отношение массы растворённого вещества к массе всего раствора.
ω = m(в-ва) / m(р-ра) × 100%
где m(в-ва) — масса растворённого вещества, m(р-ра) — масса раствора (m(в-ва) + m(воды)).
Пример. Расчёт массовой доли
Задача: В 200 г воды растворили 25 г соли. Найдите массовую долю соли в растворе.
Решение: m(р-ра) = 25 + 200 = 225 г
ω = 25 / 225 × 100% = 11,1%
✅ Ответ: 11,1%.
Жёсткость воды
💡 Вы наверняка замечали, что в одной воде мыло пенится хорошо, а в другой — плохо. Это связано с жёсткостью воды.
📌 Жёсткость воды — содержание в ней растворённых солей кальция и магния (Ca²⁺ и Mg²⁺).
Виды жёсткости
📌 Временная (карбонатная) жёсткость — обусловлена гидрокарбонатами Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂:
Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O (при кипячении)
📌 Постоянная (некарбонатная) жёсткость — обусловлена хлоридами и сульфатами CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄:
CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl
Способы устранения жёсткости
| Метод | Как работает |
| Кипячение | Удаляет временную жёсткость |
| Добавление соды (Na₂CO₃) | Осаждает Ca²⁺ и Mg²⁺ |
| Ионный обмен | В бытовых фильтрах |
Роль растворов в природе и жизни человека
📌 Значение воды и растворов:
- Среда для биохимических процессов — все реакции в клетках идут в водной среде.
- Транспортная функция — кровь (водный раствор) переносит питательные вещества и кислород.
- Растворитель — вода растворяет минералы, питательные вещества, витамины.
- Терморегуляция — пот испаряется, охлаждая тело.
- В промышленности и сельском хозяйстве — охлаждение, получение растворов, полив.
💡 Человек в сутки должен выпивать около 2 л воды.
Круговорот воды в природе
📌 Вода в природе постоянно совершает круговорот:
Испарение → Конденсация → Осадки → Сток → Испарение
- Испарение — вода с поверхности океанов, морей, озёр, почвы и растений (транспирация) превращается в пар.
- Конденсация — водяной пар поднимается вверх, охлаждается и превращается в капли воды (образуются облака).
- Осадки — капли воды выпадают в виде дождя, снега, града.
- Сток — вода стекает по поверхности (реки, ручьи) или просачивается в землю (грунтовые воды).
💡 Круговорот воды — непрерывный процесс. Благодаря ему поддерживается водный баланс планеты.
Загрязнение природных вод
💡 Загрязнение воды — одна из самых серьёзных экологических проблем современности.
Основные загрязнители воды:
| Тип загрязнения | Источник |
| Химическое | Промышленные стоки (кислоты, щёлочи, соли тяжёлых металлов), пестициды, удобрения |
| Органическое | Бытовые стоки, отходы животноводства, разложение органических веществ |
| Тепловое | Сброс горячей воды с электростанций |
| Радиоактивное | Атомные электростанции, ядерные отходы |
| Фосфатное | Стиральные порошки (вызывают эвтрофикацию) |
Охрана и очистка природных вод
Способы очистки воды:
- Механическая очистка — фильтрование, отстаивание (удаление взвешенных частиц).
- Химическая очистка — добавление реагентов, которые осаждают загрязнители (например, Al₂(SO₄)₃ для очистки воды).
- Биологическая очистка — использование микроорганизмов для разложения органических веществ.
- Хлорирование и озонирование — обеззараживание (уничтожение бактерий).
- Ионный обмен — удаление солей жёсткости (в фильтрах).
⚠️ Способы предотвращения загрязнения:
- Очистка сточных вод перед сбросом.
- Замена фосфатных порошков на бесфосфатные.
- Экономия воды (закрывать краны, использовать дождевую воду).
- Защита водоёмов от промышленных стоков.
Практическое задание
📌 Задание 1. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства водорода:
- H₂ + O₂ →
- H₂ + CuO →
- H₂ + Cl₂ →
- H₂ + Na →
📌 Задание 2. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства воды:
- Na + H₂O →
- CaO + H₂O →
- SO₃ + H₂O →
- Ca + H₂O →
📌 Задание 3. Что такое массовая доля растворённого вещества? Как её вычислить?
📌 Задание 4. Какие виды жёсткости воды существуют? Как их устранить?
📌 Задание 5. Опишите круговорот воды в природе.
⚡️ Проверьте себя:
- Задание 1: 1) 2H₂ + O₂ → 2H₂O; 2) CuO + H₂ → Cu + H₂O; 3) H₂ + Cl₂ → 2HCl; 4) 2Na + H₂ → 2NaH.
- Задание 2: 1) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑; 2) CaO + H₂O → Ca(OH)₂; 3) SO₃ + H₂O → H₂SO₄; 4) Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑.
Памятка
- ✅ Водород (H₂) — самый лёгкий газ, восстановитель, получают Zn + кислота, применяют в синтезе аммиака, гидрогенизации.
- ✅ Вода (H₂O) — полярное вещество, диполь, образует водородные связи.
- ✅ Раствор — гомогенная смесь растворителя и растворённого вещества.
- ✅ Массовая доля — ω = m(в-ва) / m(р-ра) × 100%.
- ✅ Жёсткость воды — Ca²⁺ и Mg²⁺ (временная — кипячением, постоянная — содой).
- ✅ Круговорот воды: испарение → конденсация → осадки → сток.
- ✅ Охрана воды: очистка сточных вод, экономия воды, бесфосфатные порошки.
Вы смотрели конспект урока химии по теме «Свойства воды. Водород. Растворы. Круговорот воды». Выберите дальнейшее действие:
- Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
- Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
- Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
