Номер 6, страница 138 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

6. Перечислите химические свойства воды, иллюстрируя их уравнениями соответствующих реакций. Какую роль играют эти свойства в природе?

Вода ($H_2O$) — уникальное вещество, обладающее рядом химических свойств, которые играют фундаментальную роль в природе и жизни на Земле. Ниже перечислены основные из них с иллюстрациями в виде уравнений реакций и описанием их значения.

1. Взаимодействие с активными металлами и металлами средней активности

Вода реагирует со щелочными и щелочноземельными металлами при комнатной температуре, а также с менее активными металлами (например, железом, цинком) при сильном нагревании. В этих реакциях вода выступает как окислитель, а металл — как восстановитель. Продуктами реакции с активными металлами являются гидроксид и водород.

Уравнения реакций:

С активным металлом (калий): $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

С металлом средней активности (железо) при высокой температуре: $3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$

Роль в природе: Активные металлы не встречаются в природе в свободном состоянии, поэтому такая реакция не протекает в естественных условиях. Однако она лежит в основе многих промышленных процессов, а также помогает понять процессы коррозии металлов, где вода является одним из ключевых агентов.

Ответ: Вода реагирует с активными металлами, образуя щелочь и водород (например, $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$), и с менее активными при нагревании, образуя оксид и водород. В природе это свойство имеет значение в процессах коррозии металлов.

2. Взаимодействие с оксидами

Вода вступает в реакции соединения с оксидами многих металлов и неметаллов.

• При реакции с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов (основными оксидами) образуются соответствующие основания (щелочи).
  Уравнение реакции: $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
• При реакции с оксидами неметаллов (кислотными оксидами) образуются кислоты.
  Уравнения реакций: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$ (угольная кислота), $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$ (серная кислота)

Роль в природе: Это свойство имеет огромное значение. Растворение диоксида углерода ($CO_2$) из атмосферы в природных водах с образованием слабой угольной кислоты приводит к химическому выветриванию известняков и других карбонатных пород, формированию пещер и карстовых ландшафтов. Реакции воды с оксидами серы и азота, попадающими в атмосферу в результате промышленных выбросов и вулканической активности, являются причиной выпадения кислотных дождей, наносящих вред экосистемам.

Ответ: Вода реагирует с основными оксидами, образуя основания ($CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$), и с кислотными оксидами, образуя кислоты ($CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$). В природе эти реакции ответственны за химическое выветривание пород, формирование кислотных дождей и регулирование кислотности природных водоемов.

3. Реакции гидролиза

Гидролиз — это реакция обменного разложения веществ с водой. Гидролизу подвергаются многие соли, а также органические соединения (жиры, белки, углеводы, сложные эфиры).

Уравнения реакций:

Гидролиз соли (карбоната натрия), создающий щелочную среду: $Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH$ (в ионном виде: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$)

Гидролиз органического вещества (сахарозы) при участии ферментов: $C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{ферменты} C_6H_{12}O_6 \text{(глюкоза)} + C_6H_{12}O_6 \text{(фруктоза)}$

Роль в природе: Гидролиз является основой пищеварения у всех живых организмов, в ходе которого сложные органические молекулы пищи расщепляются на более простые, усваиваемые организмом. В геологии гидролиз силикатных минералов является важнейшим процессом химического выветривания, ведущим к образованию глин и других вторичных минералов, формирующих почву.

Ответ: Вода вызывает гидролиз солей и органических веществ, что играет ключевую роль в процессах пищеварения и обмена веществ у живых организмов, а также в геологическом процессе выветривания минералов и почвообразовании.

4. Участие в процессе фотосинтеза

Вода является одним из двух ключевых исходных веществ в процессе фотосинтеза, который протекает в зеленых растениях, водорослях и некоторых бактериях под действием света.

Суммарное уравнение реакции: $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \uparrow$

Роль в природе: Фотосинтез — важнейший биохимический процесс на планете. Он обеспечивает практически все живые организмы органическими веществами (пищей) и является основным источником кислорода в атмосфере Земли, необходимого для дыхания подавляющего большинства живых существ.

Ответ: Вода используется растениями в процессе фотосинтеза ($6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$) для создания органических веществ и кислорода. Это фундаментальный процесс, поддерживающий жизнь на Земле, формируя основу пищевых цепей и состав атмосферы.

5. Образование кристаллогидратов

Вода способна входить в состав кристаллической решетки многих солей и других веществ, образуя соединения постоянного состава — кристаллогидраты.

Уравнение реакции: $CuSO_4 \text{(безводный, белый)} + 5H_2O \rightarrow CuSO_4 \cdot 5H_2O \text{(медный купорос, синий)}$

Роль в природе: Многие минералы, слагающие земную кору, являются кристаллогидратами. Яркие примеры — гипс $CaSO_4 \cdot 2H_2O$, глауберова соль (мирабилит) $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$, карналлит $KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O$. Наличие кристаллизационной воды определяет физические свойства (плотность, твердость, цвет) и геологическое поведение этих минералов.

Ответ: Вода образует с солями кристаллогидраты ($CuSO_4 + 5H_2O \rightarrow CuSO_4 \cdot 5H_2O$). В природе это свойство проявляется в существовании многих минералов (например, гипса), что определяет их структуру и свойства.

6. Разложение (электролиз)

Вода — термически очень устойчивое соединение, но ее можно разложить на составляющие элементы (водород и кислород) с помощью электрического тока.

Уравнение реакции: $2H_2O \xrightarrow{электрический\:ток} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Роль в природе: В макромасштабе электролиз в природе не происходит. Однако на молекулярном уровне ключевой стадией фотосинтеза является фотолиз воды — расщепление молекул воды под действием энергии света. Этот процесс поставляет протоны и электроны для синтеза органических веществ и является источником выделяемого кислорода.

Ответ: Вода разлагается на водород и кислород под действием электрического тока. В природе аналог этого процесса — фотолиз воды — является неотъемлемой частью фотосинтеза, обеспечивающей его реагентами и приводящей к выделению кислорода.