IV. свойства неорганических веществ

Вид материала

Документы

Содержание 4.3. Вода. Пероксид водорода Физико-химические свойства природной или питьевой воды Опыты 1-3. Природная вода содержит растворенные соли и газы. Опыты 4-12. Определение физических и органолептических свойств воды. Опыт 14. Вода при замерзании расширяется. Опыты 15-20. Определение химического состава природной или водопроводной воды. Жесткость воды Опыты 1-2. Образование жесткой воды в природе. Опыты 3-4. Другие способы приготовления жесткой воды. Опыты 5-9. Умягчение жесткой воды. Опыты 10-14. Влияние жесткости воды на пенобразование мыла. Получение и обнаружение воды Опыты 1-5. При горении многих веществ образуется вода. Химические свойства воды Опыт 1. Моделирование реакций синтеза и анализа воды. Пероксид водорода Опыты 1-4. Получение и обнаружение пероксида водорода. Вопросы и задания

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине "Химическая технология неорганических веществ " Направление:, 112.47kb.
• Задачи урока: Образовательные: Закрепить на практике знания о классах неорганических, 211.06kb.
• Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Основные направления, 102.41kb.
• Получение топлив из угля, 241.18kb.
• Рабочая программа дисциплины приборы и методы исследования в технологии неорганических, 249.27kb.
• «показатели качества воды и их определение» введение, 948.44kb.
• Гоу впо «Московский государственный открытый университет», 483.26kb.
• Лабораторная работа №2 Важнейшие классы неорганических соединений, 88.03kb.
• Реферат по курсу технологии неорганических веществ на тему: Технология неконцентрированной, 289.65kb.
• Технология переработки отходов производств, использующих высокочистый кремний 05. 17., 277.13kb.

4.3. Вода. Пероксид водорода

Вода, так или иначе, участвует во многих химических явлениях в качестве растворителя, исходного вещества, продукта реакции или катализатора. Поэтому важно через учебный эксперимент показать не только физические и химические свойства чистой воды, но и акцентировать внимание учащихся на роль воды в природе, в химических процессах, в различных отраслях человеческой деятельности и на необходимости предотвращения загрязнения природных водоемов и водоисточников.

Физико-химические свойства природной или питьевой воды

Для определения свойств природной воды необходимо провести отбор пробы из водоисточника так, чтобы взятая проба отражала бы наиболее точно свойства воды в данном источнике. Вода для исследования отбирается в стеклянную или пластмассовую посуду, предназначенную для пищевых продуктов или воды. Анализы проводятся по возможности сразу же после отбора пробы.

Опыты 1-3. Природная вода содержит растворенные соли и газы. а) По капле каждого образца природной (талая, дождевая, речная, родниковая и т.д.), водопроводной и минеральной воды выпарите (осторожно!) на предметных стеклах. Сравните остатки на стеклах и сделайте выводы о содержании растворенных веществ в исследуемых пробах. Для сравнения выпарите аналогично каплю дистиллированной воды.

б) Перегоните образец воды, содержащей наибольшее количество растворенных примесей, и проверьте путем выпаривания капли дистиллята его качество, сделайте вывод о качестве перегонки как метода очистки воды.

в) Наполните две пробирки холодной водой. Одну из них нагрейте, прокипятите воду и охладите. Затем обе пробирки опустите в стакан с горячей водой. Наблюдайте появление на стенках второй пробирки пузырьков газа (в отличие от пробирки, в которой воду кипятили). Следовательно, в природной воде растворен воздух, а его растворимость при нагревании уменьшается.

Опыты 4-12. Определение физических и органолептических свойств воды. а) Для определения температуры воды в источнике погрузите термометр при отборе пробы в воду на 5-10 минут. Отсчет показаний прибора проведите, держа термометр на уровне глаз.

б) Измерение прозрачности воды проводят с помощью цилиндра из бесцветного стекла высотой до 50 см. Отпечатайте на белой бумаге любой текст с высотой букв шрифта 3,5 мм. Закрепите в штативе цилиндр из бесцветного стекла на высоте 4 см от поверхности стола, на который положите лист бумаги с текстом. Медленно небольшими порциями наливайте испытуемую воду в цилиндр и смотрите сверху вниз через столб воды на упомянутый текст. Максимальная высота столба воды в сантиметрах, сквозь который еще можно прочесть текст, выразит прозрачность данного образца. Питьевая вода должна иметь прозрачность не менее 30 см.

в) Для определения цветности налейте около 200 мл воды в химический стакан из бесцветного стекла и просмотрите на белом фоне. Мутную воду нужно предварительно отфильтровать. Показатель цветности выразите соответствующими прилагательными: желтоватый, светло-зеленый и т.д.

г) Для определения запаха налейте в колбу объемом 300-350 мл порцию исследуемой воды объемом 250 мл, закройте пробкой (без запаха) и несколько раз взболтайте содержимое. Затем колбу откройте и тотчас же определяйте характер запаха (неопределенный, рыбный, болотный, плесневый, ароматический и т.д.) и его интенсивность (без запаха, слабый, заметный, сильный, очень сильный).

д) Для определения вкуса прокипятите воду в течение 5 минут и охладите до комнатной температуры. Два-три раза прополощите рот, затем наберите в рот небольшую порцию воды и определите характер вкуса (неопределенный, кислый, соленый, горький, специфический и т.д.) и его интенсивность (без вкуса, слабый, заметный, сильный, очень сильный). Примечание: Вкус воды, не предназначенной для питья или при подозрении на наличие загрязнения или заражения, не определяется.

е) Определение температуры замерзания, температуры кипения, плотности и электропроводности исследуемой воды проведите, как это было указано выше (см. Раздел 3.2. Предмет химии).

Опыт 13. Вода может кипеть при температуре ниже 100 ^оС. Известно, что температура кипения жидкости зависит не только от природы вещества, но и от давления. При понижении давления температура кипения понижается. Укрепите в штативе круглодонную колбу емкостью 150-250 мл, налейте до половины чистой воды, с помощью горелки доведите воду до кипения и кипятите 2-3 минуты. Отставьте горелку, быстро плотно закройте (осторожно!) колбу пробкой, поверните колбу (не снимая со штатива) вверх дном и подставьте под нее для безопасности большую чашку или кристаллизатор. Вода в колбе вновь закипит. Когда кипение закончится, поместите на дно колбы снег или лед в мешочке, либо салфетку, смоченную в холодной воде. Наблюдайте возобновление кипения жидкости внутри колбы.

Объясните сущность опыта, применив для этого знания, полученные из курса физики.

Опыт 14. Вода при замерзании расширяется. Наберите воды (до краев) в небольшую пробирку и плотно закройте ее резиновой пробкой. Излишки воды при этом вытесните из пробирки так, чтобы в нее не вошел воздух. Пробирку с водой поместите в стакан и засыпьте ее охлаждающей смесью (смешайте 1 часть поваренной соли с 2-3 частями снега или измельченного льда). В охлаждающую смесь вставьте термометр. Когда температура смеси опустится ниже 0 ^оС (зафиксируйте минимальное значение), и пройдет некоторое время, убедитесь, что вода в пробирке замерзла. При этом сосуд от давления расширившегося льда либо разорвало, либо из пробирки вылетела пробка.

Опыты 15-20. Определение химического состава природной или водопроводной воды. Природная и водопроводная вода содержат растворенные вещества. Некоторые из них имеют естественное происхождение, другие поступают в водоисточники в результате деятельности человека. Содержание примесей в природной воде определяет не только ее свойства, но и возможность использования в хозяйственно-питьевых целях. В последнем случае содержание примесей, то есть химический состав воды, регламентируется предельно-допустимыми концентрациями (ПДК).

а) Для определения активной реакции (рН) пробы исследуемой воды смочите этой водой универсальную индикаторную бумажку и тотчас же сравните цвет бумажки с цветной шкалой. Запишите значение водородного показателя (рН) в рабочую тетрадь.

б) Для определения сульфат-ионов (сульфатов) в природной воде налейте в небольшой стаканчик 30 мл исследуемой пробы, добавьте 2-3 капли концентрированной соляной кислоты и хорошо перемешайте. Затем прибавляйте к образцу по каплям раствор хлорида бария (10%). После добавления каждой капли смесь перемешивайте и наблюдайте образование (или отсутствие) мути и усиление ее интенсивности. Появление осадка укажет на наличие в пробе сульфатов вследствие реакции:

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄.

По числу капель раствора хлорида бария, вызвавших увеличение интенсивности мути, можно приблизительно судить о количественном содержании сульфат-ионов в образце воды. Предельно-допустимая концентрация сульфатов в питьевой воде – не более 500 мг/л.

в) Качественное определение хлорид-ионов (хлоридов) в воде проводят следующим образом. Пробу исследуемой воды объемом 30 мл подкислите 2-3 каплями азотной кислоты, затем по каплям при перемешивании добавляйте раствор нитрата серебра (5%). Появление мути и увеличение ее интенсивности при добавлении последующей капли раствора нитрата серебра укажет на наличие хлорид-ионов в данной воде:

Ag⁺ + Cl^- = AgCl.

По числу капель раствора нитрата серебра, вызвавших увеличение интенсивности мути, можно приблизительно судить о количественном содержании хлорид-ионов в образце воды. Предельно-допустимая концентрация хлоридов в питьевой воде – не более 350 мг/л.

г) Для определения содержания ионов железа в пробе налейте в стакан 30 мл испытуемой воды, добавьте 3-4 капли концентрированной азотной кислоты и прибавляйте по каплям раствор (10%) роданида аммония или калия до прекращения усиления интенсивности окраски. Появление розовой окраски вследствие реакции:

Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃

укажет на наличие ионов железа в образце воды, а число капель раствора роданида позволит приблизительно оценить их концентрацию в пробе. Предельно-допустимая концентрация ионов железа в питьевой воде – не более 0,3 мг/л.

д) Загрязненность воды органическими веществами косвенно определяют по окисляемости. Для ее определения налейте в коническую колбу 50 мл исследуемой воды, добавьте 1-2 капли серной кислоты и вскипятите жидкость. К горячему раствору (осторожно!) при помешивании добавляйте по каплям раствор перманганата калия (0,1%). Исчезновение окраски раствора перманганата калия укажет на наличие в воде веществ, способных к окислению. Число капель раствора соли, обесцветившегося при этом, дает возможность приблизительно оценить величину окисляемости в пробе.

Для определения активного хлора в водопроводной воде в результате ее хлорирования приготовьте иодкрахмальную бумажку (см. Раздел 7.4. Растворы) и опустите ее в испытуемую воду. Посинение бумажки и интенсивность цвета укажут на наличие активного хлора в питьевой воде и относительное его содержание в пробе.

Жесткость воды

Известно, что жесткость природной воды обусловлена содержанием в ней растворенных солей магния и кальция, которое выражают через молярную концентрацию эквивалента ионов этих элементов. Для питьевой воды значение общей жесткости не должно превышать 7 ммоль эквивалентов ионов магния и кальция в 1 л воды.

Опыты 1-2. Образование жесткой воды в природе. а) Для моделирования образования в природе воды с различными типами жесткости приготовьте три колбы объемом до 500 мл. В первую колбу налейте до половины ее объема дистиллированной воды. Добавьте в нее небольшую щепотку растертого в тонкий порошок мела и хорошо взболтайте. Через взвесь при постоянном перемешивании пропускайте углекислый газ до полного растворения мела:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(НCO₃)₂.

При необходимости полученный образец воды с карбонатной (временной) жесткостью отфильтруйте.

б) Для моделирования образования природной воды с постоянной жесткостью поместите во вторую колбу тонко измельченный порошок сульфата кальция (гипса), залейте дистиллированной водой, хорошо перемешайте и отфильтруйте.

Чтобы получить образец воды со смешанной жесткостью слейте часть образцов воды в третью колбу. Не забудьте на все колбы наклеить соответствующие этикетки.

Опыты 3-4. Другие способы приготовления жесткой воды. Налейте в колбу 200-300 мл воды и добавьте по щепотке растворимых солей кальция и (или) магния. При отсутствии в лаборатории растворимых солей этих катионов поместите в колбу кусочки мела, известняка и доломита (из коллекции), залейте небольшим количеством воды и добавьте 2-4 мл концентрированной соляной кислоты (можно взять уксусную или азотную кислоту). После завершения реакции разбавьте раствор до 500 мл и при необходимости профильтруйте.

Предложите другие способы получения искусственных образцов жесткой воды, используя металлы (кальций, магний), их оксиды и гидроксиды.

Опыты 5-9. Умягчение жесткой воды. а) Образец жесткой воды (с временной жесткостью) прокипятите в пробирке. Наблюдайте образование осадка:

Ca(НCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O.

б) Этот же опыт проделайте с образцом воды, обладающей постоянной жесткостью. Образование осадка не наблюдается.

в) К двум порциям жесткой воды различного типа добавьте прозрачный раствор известковой воды. Этот метод умягчения воды пригоден также только при наличии в воде гидрокарбонатов:

Ca(НCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃+ 2H₂O.

г) К двум образцам жесткой воды с постоянной и карбонатной жесткостью добавьте раствор карбоната натрия. Наблюдайте образование осадков карбоната кальция или магния в обоих случаях.

После проведения каждого опыта по умягчению воды, дайте ей отстояться или отфильтруйте несколько капель воды, подвергшейся обработке. Выпарите на предметном стекле по капле полученных образцов.

Проанализируйте результаты опытов и сделайте соответствующие выводы.

Опыты 10-14. Влияние жесткости воды на пенобразование мыла. а) Приготовьте раствор хозяйственного мыла. Для этого налейте в колбу объемом 100 мл до половины дистиллированной воды, добавьте мыльных стружек, взболтайте и нагрейте, чтобы мыло растворилось. Охладите раствор.

б) Приготовьте несколько образцов природной, водопроводной и минеральной воды, а также искусственный образец очень жесткой воды. Для проведения опыта налейте в колбы по 100-150 мл каждого образца воды, добавьте по 2 мл раствора мыла и сильно взболтайте каждую смесь. Тот образец воды, где образовалась плотная, устойчивая пена, содержит наименьшее количество ионов магния и кальция, то есть – вода мягкая.

в) К тем образцам воды, где пена не образовалась или она неустойчива, добавьте еще по 2 мл раствора мыла столько раз, чтобы пенообразование стало нормальным.

Зафиксируйте в рабочей тетради объемы мыльного раствора, необходимые для получения устойчивой пены в различных образцах воды, и сделайте соответствующие выводы.

г) Прокипятите в течение 10 минут образец самой жесткой воды, установленный предыдущим опытом. Охладите воду и повторно определите способность образца воды к пенообразованию, как было описано выше.

Изменилась ли жесткость этого образца воды после кипячения?

Если жесткость стала сопоставимой с этим показателем для мягкой воды, значит, исходный образец воды имел временную, или постоянную жесткость. Если же пенообразование образца воды после кипячения осталось на прежнем уровне или усилилось незначительно, можно сделать вывод о наличии постоянной жесткости в исходной воде.

д) Добавьте в образец жесткой воды немного стиральной соды (карбонат натрия) и повторно проделайте опыт по образованию пены.

е) Проверьте, можно ли восстановить способность мыла к пенообразованию, если вначале в жесткую воду ввести раствор мыла, а лишь затем добавить раствор соды.

Объясните результаты опытов по умягчению воды на основе химических свойств соединений кальция и магния.

Получение и обнаружение воды

Чистую воду получают путем перегонки (дистилляции) природной или водопроводной воды (см. Раздел 3.3. Вещества и смеси). Получение воды из простых веществ можно показать реакцией горения (взрыва) водорода в кислороде или в воздухе (см. Раздел 4.2. Водород). Выделение воды в виде пара при сгорании водородсодержащих веществ (метан, пропан-бутановая смесь, природный газ и т.д.) можно демонстрировать самыми различными методами.

Опыты 1-2. Качественные (специфические) реакции на воду. а) Для обнаружения воды приготовьте безводный сульфат меди (см. Раздел 3.5. Типы химических реакций). Приведите в соприкосновение исследуемую жидкость или смесь с порошком безводного сульфата меди, посинение порошка свидетельствует о наличии воды в анализируемом веществе:

CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄5H₂O.

б) Если в лаборатории имеется хлорид кобальта (СоCl₂6H₂O), приготовьте немного концентрированного раствора этой соли (4-5 г кристаллогидрата на 10 мл воды). Пропитайте этим раствором лист фильтровальной бумаги, подсушите его на воздухе, затем окончательно просушите горячим утюгом (гладить через чистую фильтровальную бумагу). Кристаллогидрат при этом обезвоживается, и бумага приобретает синий цвет. Разрежьте лист на полоски и поместите их в герметически закрывающуюся склянку. Во влажной среде или при соприкосновении с водой кобальтовая бумажка становится красной.

Опыты 1-5. При горении многих веществ образуется вода. а) Подержите вверх дном на небольшой высоте над пламенем спиртовки или горящей свечи сухой химический стакан. Наблюдайте запотевание внутренних стенок сосуда вследствие конденсации паров воды.

б) Наберите в большой химический стакан холодной воды, поставьте его на треножник и подставьте горящую горелку, установив небольшое пламя. Наблюдайте появление капель воды на наружных стенках стакана.

в) Аналогичный опыт можно поставить дома. Поставьте на зажженную конфорку газовой плиты большую кастрюлю с холодной водой. Наблюдайте появление конденсата на стенках кастрюли до уровня воды в посудине.

г) Нагрейте в пробирке немного пищевой соды, наблюдайте появление паров воды и ее конденсацию на холодных стенках сосуда вследствие реакции:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O+ CO₂.

Докажите с помощью специфической реакции, что при разложении соды образовалась вода.

д) Нагрейте немного железного купороса или другого кристаллогидрата в пробирке и наблюдайте образование паров и появление капель жидкости на стенках сосуда:

FeSO₄7H₂O = FeSO₄H₂O + 6H₂O.

Докажите, что капельки жидкости на стенках пробирки – это вода.

Примеры других многочисленных реакций, где одним из продуктов является вода, можно найти в других разделах книги.

Проанализируйте уравнения этих реакций, определите к какому типу они относятся и предложите свою классификацию химических реакций, в результате которых образуется вода. Изобразите эту классификацию в виде таблицы или схемы.

Химические свойства воды

Химические свойства воды обычно в школьных курсах не выделены отдельной темой, некоторые из них рассматриваются при изучении первоначальных понятий химии, с большинством свойств воды учащиеся знакомятся при изучении других соединений или химических элементов. В связи с этим у школьников не формируется цельное представление о химии воды. Отсюда на определенном этапе изучения химии возникает необходимость обобщить и систематизировать знания учащихся об этом важнейшем веществе, привлекая для этого разнообразный и обширный химический эксперимент, иллюстрирующий свойства воды.

Взаимодействие воды с важнейшими классами простых и сложных неорганических веществ исчерпывающе показано выше. Кроме этого многие реакции будут рассмотрены при обсуждении свойств отдельных простых веществ и соединений. Поэтому здесь мы ограничимся описанием опыта, моделирующего синтез и анализ воды.

Опыт 1. Моделирование реакций синтеза и анализа воды. Изготовьте из пластилина по 30 небольших шариков двух цветов. Например, шарики, символизирующие атомы водорода, изготовьте из пластилина белого цвета. Шарики, символизирующие атомы кислорода, изготовьте несколько большего размера из голубого пластилина. Соедините одинаковые шарики попарно, моделируя тем самым образование двухатомных молекул водорода и кислорода из атомов:

Н + Н = Н₂;

О + О = О₂.

Изготовьте модель молекулы воды, соединив два белых шарика с одним голубым под углом около 105^о, изобразив тем самым образование "молекулы" воды из "атомов" водорода и кислорода:

Н + Н + О = Н₂О.

Отсчитайте по 10 "молекул" водорода и кислорода, расположите их на листе бумаги двумя порциями и промоделируйте образование молекул воды, разъединяя по одной "молекулы" простых веществ и соединяя полученные "атомы" водорода и кислорода в "молекулы" воды. В результате этой "реакции" получится 10 "молекул" воды, а 5 "молекул" кислорода останется в избытке:

10Н₂ + 10О₂ = 10Н₂О + 5О₂.

Повторите опыт, взяв 8 "молекул" водорода и 4 "молекулы" кислорода. Обратите внимание, что в этом случае "вещества прореагировали" полностью, без остатка по стехиометрическому уравнению:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Проведите опыт, моделирующий разложение воды, используя ранее полученные модели молекул этого вещества:

2Н₂О = 2Н₂ + О₂.

1. Объясните с точки зрения атомно-молекулярного учения проведение и результаты проделанных опытов.

2. Объясните количественные отношения (молярные, массовые, объемные) водорода, кислорода и воды, наблюдаемые при синтезе и разложении воды.

3. Запишите уравнения реакций синтеза и разложения воды. Укажите типы реакций и условия их проведения.

Пероксид водорода

В пероксиде водорода в пероксидах металлов атомы кислорода связаны между собой пероксидным мостиком -О–О-. Поэтому, несмотря на формальное сходство пероксидов с оксидами, свойства их резко различаются. В зависимости от условий проведения химических реакций с пероксидами могут образоваться различные вещества, а сами пероксиды могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Примечание. При работе с пероксидами соблюдайте соответствующие правила техники безопасности.

Опыты 1-4. Получение и обнаружение пероксида водорода.

а) Налейте в пробирку 3-4 мл раствора (10%) серной кислоты и установите ее в охлаждающую смесь (поваренная соль со снегом). Добавьте в пробирку небольшими порциями (всего около 0,5 г) пероксида бария и перемешивайте стеклянной палочкой несколько минут. Наблюдайте за ходом реакции:

H₂SO₄ + BaО₂ = BaSO₄ + H₂O₂.

Когда смесь в пробирке отстоится, слейте раствор и поставьте его в прохладное место (закрытая склянка, этикетка).

б) При отсутствии в лаборатории пероксида бария воспользуйтесь для получения раствора перекиси водорода таблетками гидроперита. Чтобы получить раствор с массовой долей пероксида примерно 3% растворите 6 таблеток в холодной воде объемом 100 мл.

в) При определенных условиях можно получить пероксид водорода и при горении водорода. Поместите в фарфоровый стакан охлаждающую смесь (хлорид натрия со снегом или льдом). Получите одним из доступных вам способов водород и, проверив его на чистоту, подожгите газ у газоотводной трубки. Пламя направьте на холодный фарфоровый стакан. Капли конденсата соберите в чашечку или иной сосуд. Резкое охлаждение реагирующих веществ изменяет привычный ход реакции, наряду с водой образуется пероксид водорода:

H₂ + O₂ = H₂O₂.

г) Убедитесь, что в полученных растворах содержится пероксид водорода. Для этого к нескольким каплям испытуемой жидкости добавьте 2 капли иодкрахмального раствора. Появление синего окрашивания укажет на образование свободного иода:

2KI + H₂O₂ = 2KOH + I₂.

Опыты 5-10. Свойства пероксида водорода. Разложение пероксида водорода описано выше (см. Раздел 4.1. Кислород. Оксиды. Горение).

а) Налейте в пробирку 2-3 мл раствора (5%) нитрата или ацетата свинца (II), добавьте 2-3 капли раствора сульфида натрия или сероводородной воды (см. Раздел 6.1. Растворы). Наблюдайте образование черного осадка:

Pb⁺² + S^-2 = PbS.

Когда осадок отстоится, слейте раствор, добавьте в пробирку 1-2 мл воды и к полученной взвеси прибавляйте при перемешивании раствор (3%) пероксида водорода до перехода черного осадка в белый сульфат свинца:

PbS + 4H₂O₂ = PbSO₄ + 4H₂O.

б) Налейте в пробирку разбавленный раствор (розовый) перманганата калия, добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты и приливайте малыми порциями раствор пероксида водорода. Наблюдайте обесцвечивание раствора и выделение газа:

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5H₂O₂ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O + 5O₂.

в) Налейте в пробирку 2-3 мл раствора (5%) нитрата серебра и добавьте несколько капель раствора (5%) щелочи. Наблюдайте образование осадка оксида серебра (гидроксид серебра не образуется):

2AgNO₃ + 2NaOH = 2NaNO₃ + Ag₂O+ H₂O.

К полученному осадку добавляйте по каплям раствор пероксида водорода и наблюдайте почернение осадка вследствие образования мелкодисперсного металлического серебра и выделение газа:

Ag₂O + H₂O₂ = Ag + H₂O + О₂.

г) Каталитическое разложение пероксида водорода ферментами можно показать следующим образом. В три пробирки поместите немного ваты (клетчатка) и по кусочку картофеля и свежего мяса. Прилейте в каждую пробирку по 1-2 мл раствора (3%) пероксида водорода и проведите наблюдение. Во всех ли пробирках идет реакция?

1. Запишите в уравнениях реакций значения степени окисления элементов, составьте уравнения электронного баланса и установите, в каких реакциях пероксид водорода играет роль окислителя или восстановителя, а какие реакции с участием этого вещества протекают без изменения степени окисления элементов.

2. Предложите другие варианты реакций, иллюстрирующие окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода. Проделайте эти опыты, проверив тем самым правильность ваших прогнозов.

3. Сделайте, исходя из свойств пероксида водорода, предположение, почему раствор этого вещества используют в медицине в качестве дезинфицирующего и дезодорирующего средства для промывания ран, полоскания рта и горла.

Опыты 11-24. Пероксиды металлов и их свойства. а) Получите в большой пробирке кислород, как было описано выше (см. Раздел 4.1. Кислород. Воздух. Горение). Одновременно положите кусочек натрия, очищенный от коррозийной пленки и следов вазелинового масла (керосина), в ложечку для сжигания веществ и внесите в пламя горелки. Когда натрий загорится, внесите ложечку в пробирку с кислородом и дождитесь завершения реакции. Одним из продуктов горения натрия будет пероксид натрия:

2Na + О₂ = Na₂О₂.

б) Налейте в пробирку 3-4 мл насыщенного раствора гидроксида бария и установите ее в охлаждающую смесь (поваренная соль со снегом или льдом). Добавьте к раствору 2-3 мл концентрированного раствора пероксида водорода и наблюдайте образование осадка:

Ba(OH)₂ + H₂O₂ = BaO₂ + 2H₂O.

г) Проведите реакции гидролиза пероксидов металлов водой (протекает полностью). При этом на холоду образуется основание и пероксид водорода:

Na₂О₂ + 2H₂O = 2NaOH + H₂O₂;

BaO₂ + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂O₂.

д) Горячая вода действует на пероксиды с образованием оснований и выделением кислорода:

2Na₂О₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂.

2BaO₂ + 2H₂O = 2Ba(OH)₂ + O₂.

е) Аналогично проведите реакции пероксидов металлов с растворами кислот. На холоду при этом образуются соль и пероксид водорода, а при более высокой температуре – соль, вода и кислород:

Na₂О₂ + 2HCl _(холод) = 2NaCl + H₂O₂.

2Na₂О₂ + 2H₂SO_{4 (горяч.)} = 2Na₂SO₄ + 2H₂O + О₂.

ж) Пероксиды – сильные окислители, взаимодействуют с простыми и сложными веществами. Приготовьте небольшие порции (1-2 г) эквивалентных смесей пероксида натрия с порошками серы, угля (карболен), алюминия и мукой. Каждую порцию разделите на две части. К одной части смеси этих веществ (насыпать кучкой на несгораемую плитку) добавьте (осторожно!) по капле горячей воды. Другие части смеси поместите в ложечки для сжигания веществ и внесите в пламя горелки. Опишите ваши наблюдения и запишите возможные уравнения химических реакций:

2Na₂О₂ + S = Na₂SO₃ + Na₂О;

2Na₂О₂ + С = Na₂СO₃ + Na₂О;

3Na₂О₂ + 2Al = 2NaAlO₂ + Na₂О.

з) Поместите в фарфоровую чашечку немного пероксида натрия и капните (осторожно!) на него каплю безводной муравьиной или уксусной кислоты. Происходит воспламенение веществ:

2Na₂О₂ + CH₃COOН = 4NaOH + 2CO;

2CO + О₂ = 2CO₂.

и) Проведите реакции сульфида свинца, перманганата калия и оксида серебра с пероксидом натрия, как было указано выше для взаимодействия этих веществ с пероксидом водорода.

к) Пероксиды поглощают из воздуха углекислый и угарный газы, что используют для регенерации воздуха в закрытых помещениях (подводные лодки, космические корабли и т.д.):

2Na₂О₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + О₂;

Na₂О₂ + CO = Na₂CO₃.

Поместите в фарфоровую чашечку немного порошка пероксида натрия и поставьте в эксикатор или широкий сосуд. Эксикатор заполните углекислым газом и накройте крышкой. Через день проведите с газом в эксикаторе пробу с тлеющей лучинкой, а к остатку в фарфоровой чашечке прибавьте несколько капель раствора соляной кислоты. Запишите ваши наблюдения и сделайте соответствующие выводы.

Вопросы и задания

1. Изучите, используя данные ведомственных лабораторий, литературные источники и собственные исследования, состав природных вод вашего региона и сделайте соответствующие выводы.

2. Составьте красочную схему круговорота воды в природе. В схеме укажите водоисточники, лесные или горные массивы, сельскохозяйственные угодья, населенные пункты, загрязняющие воду объекты, очистные и водозаборные сооружения, количество выпадающих осадков в виде дождя и снега и другие факторы, связанные с круговоротом воды в вашей местности.

3. Проведите подсчет среднесуточного и среднегодового потребления воды в вашей семье, учитывая отдельно потребность для питья, приготовления пищи, санитарно-гигиенических нужд, ухода за животными и комнатными растениями, полива огорода и сада и т.д. Узнайте, сколько ваша семья платит за водопользование, и рассчитайте стоимость одного литра воды в вашем регионе.

4. Приоткройте кран водопровода и пустите воду тонкой струйкой. Подставьте под струю литровую банку и установите время ее заполнения. Рассчитайте сколько литров питьевой воды теряется за счет подобной утечки за год и сделайте выводы.

5. Составьте схему водопровода (водоснабжения) в вашем населенном пункте. Укажите возможные пути загрязнения воды и предложите меры по его предотвращению.

6. Почему на морозе наше дыхание становится "видимым"?

7. Почему даже в самые холодные зимы слой снега на полях (когда не идет снег) постепенно уменьшается? Почему при таких же условиях "исчезает" с ветвей деревьев иней?

8. В жаркую летнюю пору приятно поплавать в реке, озере и т.д., но стоит только выйти из воды, как нам становится холодно, и тело покрывается "гусиной кожей". Почему?

9. В природе имеется по несколько изотопов водорода и кислорода. Запишите максимально возможное число формул воды различного изотопного состава. Сколько "видов" воды вы "получили"?

10. Мода ставит проблемы, химия предлагает свои варианты их решения. Многие модницы обесцвечивают свои волосы с помощью пероксида водорода. На чем основано действие вещества в этом случае? Какие правила техники безопасности необходимо при этом соблюдать?

11. Какие свойства пероксидов предполагают особые условия хранения и работы с этими веществами?