Ситуационная задача по химии
методическая разработка по химии (8 класс)

Ситуационная задача

Удивительное вещество

Вода — самое удивительное вещество на Земле. Без нее не может существовать ни один живой организм. Ни какие биологические, химические реакции, и технологические процессы не могут протекать без воды.

Вода, у тебя нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха,
тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,
не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, 
что необходимо для жизни: ты сама жизнь. 
Ты исполняешь нас с радостью,
которую не объяснишь нашими чувствами. 
С тобой возвращаются к нам силы, 
с которыми мы уже простились. 
По твоей милости в нас вновь начинают 
бурлить высохшие родники нашего сердца. 
                                                                (А. де Сент–Экзюпери. Планета людей)

"Земля — планета поразительной голубизны"! — восторженно докладывали возвращавшиеся из далёкого Космоса после высадки на Луну американские астронавты. Да и могла ли наша планета выглядеть по–другому, если более 2/3 её поверхности занимают моря и океаны, ледники и озёра, реки, пруды и водохранилища. Да, воды на Земле более чем достаточно. Но нельзя забывать и о том, что жизнь на планете Земля, как считают учёные, впервые появилась в воде, а лишь потом организмы вышли на сушу. Свою зависимость от воды организмы сохранили в ходе эволюции в течение многих миллионов лет. Вода — главный "строительный материал", из которого состоит их тело. В этом легко убедиться, проанализировав цифры следующие таблицы:

Содержание H2O в процентах к общему весу

Учёные абсолютно правы: нет на Земле вещества, более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в тоже время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Из химических свойств воды особенно важны способность её молекул диссоциировать (распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химической природы. Роль воды, как главного и универсального растворителя определяется, прежде всего, полярностью её молекул (смещением центров положительных и отрицательных зарядов) и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноименные электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем на воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разобщить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих трудно растворимых веществ: капля камень точит…

Для воды характерна реакция разложения – электролиз воды. Он протекает под действием электрического тока в специальном устройстве – электролизёре. В результате образуется два газа – кислород и водород.

2Н2О = 2Н2↑+ О2↑

Растения также разлагают воду в процессе фотосинтеза.

Если веточку водного растения элодеи поместить в специальный прибор и выставить на яркий свет, то уже через 10-15 мин начнет выделяться кислород, в результате разложения воды на свету, т.е. происходит фотолиз воды (фотос – свет, лизос – разложение). Образовавшийся водород вместе с углекислым газом в результате биохимических реакций образует глюкозу. Совокупность всех этих реакций и называют процессом фотосинтеза. В результате фотосинтеза из углекислого газа и воды образуется глюкоза и кислород.

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2↑

Для воды также характерны и реакции соединения. Если в фарфоровую чашечку поместить несколько кусочков негашеной извести, а затем прилить к ним немного воды, то когда вода впитается, над чашечкой появиться пар. Т.о. мы «погасили» негашеную известь водой. В результате этой реакции образуется новое вещество – гашеная известь.

СаО + Н2О = Са(ОН)2

Все оксиды металлов I A группы главной подгруппы и металлы IIA группы: Ca, Ba, Sr при взаимодействии с водой образуют щёлочи. Поэтому металлы I A группы главной подгруппы называют щелочными металлами, а металлы II A группы, как Ba, Ca, Sr – щелочноземельными.

При взаимодействии с водой оксидов неметаллов будут образовываться соответствующие кислоты, где неметалл будет иметь туже степень окисления, как и в оксиде. Например, в реакции оксида фосфора (V) образуется фосфорная кислота, в которой степень окисления фосфора тоже +5.

P2O5  + 3H2O = 2H3PO4

Поэтому, основания и кислородсодержащие кислоты в химии называют гидроксидами.

Вода реагирует с оксидами металлов и неметаллов только в том случае, если образуется растворимый гидроксид. Например, с оксидом калия вода образует растворимое основание – гидроксид калия, а вот с оксидом меди (II) вода не реагирует, т.к. гидроксид меди (II) нерастворимое в воде основание. Аналогично и с оксидами неметаллов: вода реагирует с оксидом серы (VI) с образованием серной кислоты, а с оксидом кремния (IV) не реагирует, т.к. кремниевая кислота нерастворимая.

K2O + H2O = 2KOH                        CuO + H2O ≠

SO3 + H2O = H2SO4                         SiO2 + H2O ≠

Реакции замещения идут тогда, когда с водой реагируют щелочные или щелочноземельные металлы. При взаимодействии натрия с водой образуется щёлочь и водород.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

Реакции обмена с участием воды – это реакции гидролиза. Если в таблице растворимости в клетке стоит прочерк, т.е. вещество в таком случае в водной среде гидролизуется (гидро – вода, лизос – разложение). Например, при гидролизе сульфида алюминия образуется гидроксид алюминия – нерастворимое в воде основание и газ – сероводород.

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑

Гидролиз протекает и в живых организмах и составляет основу их жизнедеятельности, как гидролиз жиров и белков.

Задания

1) Масару Эмото утверждает: «Понять воду - значит понять вселенную, все чудеса природы и саму жизнь». Какое свойство воды определяет ее роль, как главного и универсального растворителя?

2) Используя текст, докажите, что вода не только самое важное вещество на планете, но и соединение, обладающее разнообразными химическими свойствами. Составьте таблицу:

3) Используя данные таблицы, подсчитайте содержание воды (в кг) у человека весом 70 кг.

4) Кровь Земли — это вода. Почему не кончается вода на Земле?

5) Объясните особенности реакции фотолиза. Каким образом комнатные растения получают вещество, необходимое для протекания реакции?

6) Комнатное растение может синтезировать 1 г глюкозы в час с поверхности листьев площадью 1 кв.м. Используя реакцию фотосинтеза, вычислите объем воды, необходимый для этого процесса.