Химические свойства воды
Вода — не только растворитель, но и химически активное вещество. Она реагирует с наиболее активными металлами, некоторыми основными и кислотными оксидами, а также с отдельными солями; продукты реакции зависят от состава вещества и условий.
Вода и активные металлы
Перед изучением этого раздела повторите реакцию металла с водой. Наиболее активные металлы вытесняют из воды водород. Обычно образуются щёлочь и водород. Так реагируют калий, натрий, кальций и некоторые другие металлы.
Если активный металл реагирует с жидкой водой, то для щелочного металла обычно образуются растворимое основание и водород. Для кальция образуется малорастворимый гидроксид кальция, часть которого растворяется.
Скорость реакции зависит от активности металла и температуры. Магний медленно реагирует с горячей водой, а с водяным паром — заметно активнее. Железо взаимодействует с перегретым паром, образуя магнитный железняк и водород.
Не следует записывать реакцию меди или серебра с водой при обычных условиях: эти металлы недостаточно активны. Также нельзя автоматически считать, что любой металл реагирует с водой только потому, что он находится левее водорода в ряду активности.
Вода и оксиды
Оксиды разных типов ведут себя с водой по-разному. Основные оксиды активных металлов могут образовывать основания, а кислотные оксиды неметаллов — кислоты. Свойства и названия оксидов подробнее рассматриваются в классификации оксидов.
Основные оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов часто реагируют с водой непосредственно. Некоторые основные оксиды, например оксид меди(II) \(CuO\), с водой не реагируют. Кислотные оксиды также реагируют не все: кремния(IV) оксид \(SiO_2\) с водой при обычных условиях не взаимодействует.
Основный оксид + вода → основание; кислотный оксид + вода → кислота. Эти схемы применимы только к тем оксидам, которые действительно реагируют с водой.
Какое вещество образуется при взаимодействии оксида кальция с водой?
Вода и некоторые соли
Соли могут взаимодействовать с водой, если при этом образуются слабый электролит, газ или осадок. Один из распространённых случаев — гидролиз солей, то есть взаимодействие ионов соли с водой. При гидролизе состав раствора и его среда изменяются.
Поэтому раствор карбоната натрия \(Na_2CO_3\) имеет щелочную среду: появляются ионы \(OH^-\). Молекулярное уравнение записывают так:
Некоторые соли активных металлов реагируют с водой с образованием нерастворимого гидроксида и газа. Например, карбид кальция — соль, содержащая ион карбида, — при взаимодействии с водой даёт ацетилен и гидроксид кальция.
Фосфид кальция реагирует аналогично, но образуется фосфин \(PH_3\):
Растворение соли в воде не всегда означает химическую реакцию. При растворении \(NaCl\) кристаллическая решётка разрушается, но новые вещества не образуются. При гидролизе или реакции соли с водой появляются новые частицы и изменяется состав системы.
Как составить уравнение реакции
Чтобы решить экзаменационное задание, сначала определите класс исходного вещества и возможный продукт. Затем составьте схему, расставьте индексы в формулах продуктов и уравняйте коэффициенты. Проверьте, что атомы каждого элемента и общий заряд сохранены.
Определим продукты реакции оксида серы(VI) с водой и расставим коэффициенты.
Если в задании требуется определить среду раствора, используйте продукты реакции. Например, при гидролизе карбоната появляются \(OH^-\), поэтому среда щелочная. При растворении углекислого газа образуется угольная кислота, поэтому среда становится кислой.
| Исходное вещество | Продукт реакции с водой | Пример |
|---|---|---|
| Активный металл | Основание и водород | \(2Na+2H_2O\rightarrow2NaOH+H_2\) |
| Основный оксид | Основание | \(CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2\) |
| Кислотный оксид | Кислота | \(SO_3+H_2O\rightarrow H_2SO_4\) |
| Некоторая соль | Продукты гидролиза или новые вещества | \(CaC_2+2H_2O\rightarrow C_2H_2+Ca(OH)_2\) |
Не путайте оксид с гидроксидом: \(CaO\) — оксид, а \(Ca(OH)_2\) — основание. Не ставьте стрелку вниз для любого растворимого вещества: осадок обозначают только при его образовании. В уравнении \(CO_2+H_2O\rightleftarrows H_2CO_3\) используют обратимую стрелку, потому что угольная кислота неустойчива.
Запомните три вопроса: 1) насколько активен металл; 2) какой тип оксида перед вами; 3) образуются ли при взаимодействии соли с водой газ, осадок или слабый электролит. Эти вопросы помогают выбрать правильное уравнение.
Связь с другими темами
Вода участвует в реакциях, связанных с гидратацией оксидов и образованием оснований. При анализе окислительно-восстановительных процессов полезно сравнивать её свойства со свойствами кислорода, водорода и неметаллов.
Быстрая проверка
Главное
- Активные металлы реагируют с водой с образованием основания и водорода; условия зависят от активности металла.
- Основные оксиды могут давать основания, кислотные оксиды — кислоты, но не каждый оксид реагирует с водой.
- Некоторые соли гидролизуются или вступают с водой в химические реакции с образованием газа, осадка или слабого электролита.
- При составлении уравнения определите тип вещества, запишите продукты и проверьте сохранение атомов.
- Растворение соли и химическая реакция соли с водой — не одно и то же.