"Химия", Кузнецова Л.М.
Вода — сложное вещество, которое образуется при взаимодействии двух простых веществ: водорода и кислорода. Её формула H₂O показывает, что в каждой молекуле есть два атома водорода и один атом кислорода. Реакция сопровождается выделением энергии, а её уравнение 2H₂ + O₂ → 2H₂O отражает соотношение молекул и равное число атомов каждого элемента до и после превращения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Водород (H) — простое вещество, молекулы которого состоят из двух атомов водорода; его формула — H₂. Обозначение H относится к химическому элементу, а H₂ — к молекуле простого вещества. Это различие помогает не путать отдельный атом с газообразным водородом.
Кислород (O) — простое вещество, молекулы которого состоят из двух атомов кислорода; формула вещества — O₂. Как и в случае водорода, символ O обозначает элемент, а запись O₂ — молекулу. Это важно при подсчёте атомов в уравнении реакции.
Вода — сложное вещество с формулой H₂O; одна её молекула содержит два атома водорода и один атом кислорода. Индекс 2 относится только к символу H, а отсутствие индекса у O означает один атом. Формула нужна, чтобы точно показать состав вещества.
Реакция соединения — химическая реакция, при которой из нескольких веществ образуется одно сложное вещество. В данном случае исходные вещества — водород и кислород, а продукт — вода. Понятие помогает определить тип превращения по записи реакции.
Вода образуется при взаимодействии водорода с кислородом, потому что атомы исходных веществ в ходе химической реакции перестраиваются и входят в состав новых молекул. Получившаяся вода имеет собственный состав и свойства, поэтому это не смесь двух газов. В смеси вещества просто находятся рядом, а в воде атомы химически связаны в молекулы H₂O.
Каждая молекула водорода H₂ содержит два атома H, а молекула кислорода O₂ — два атома O. При реакции эти исходные молекулы перестраиваются: атомы объединяются в молекулы воды, в каждой из которых два H и один O. Поэтому формула H₂O отражает состав одной молекулы, а не соотношение газов в произвольной смеси.
Сначала превращение можно записать схемой H₂ + O₂ → H₂O. Но схема должна стать уравнением: число атомов каждого элемента слева и справа обязано совпадать. Это следует из закона сохранения массы: при химическом превращении атомы не исчезают и не возникают заново, а только переходят в новые молекулы.
Слева в схеме два атома кислорода, справа — один, поэтому ставим коэффициент 2 перед H₂O. Теперь справа четыре атома водорода, и для такого же числа слева ставим 2 перед H₂. Получаем уравнение 2H₂ + O₂ → 2H₂O: коэффициенты показывают соотношение молекул — две молекулы водорода реагируют с одной молекулой кислорода, образуя две молекулы воды.
Взаимодействие водорода с кислородом сопровождается выделением энергии, поэтому реакция может быть очень быстрой. Если поджечь смесь этих газов, превращение способно пройти бурно, с резким выделением тепла. Поэтому такую смесь нельзя поджигать вне специально оборудованных условий.
| Признак | Водород | Кислород | Вода |
|---|---|---|---|
| Формула вещества | H₂ | O₂ | H₂O |
| Простое или сложное вещество | Простое | Простое | Сложное |
| Число атомов каждого элемента в молекуле | Два атома H | Два атома O | Два атома H и один атом O |
| Роль в реакции | Исходное вещество | Исходное вещество | Продукт реакции |
Сначала сравните формулы: так можно определить, какие вещества простые, а какое сложное. Затем посмотрите на последнюю строку, чтобы отличить исходные вещества от продукта реакции. При подсчёте атомов учитывайте индексы в формулах, а при чтении уравнения — также коэффициенты перед ними.
Назовите исходные вещества и продукт реакции, записанной схемой H₂ + O₂ → H₂O. Сначала найдём вещества слева от стрелки: в уравнениях это исходные вещества, или реагенты. Справа от стрелки записывают то, что образуется, — продукт реакции.
Ответ: исходные вещества — водород и кислород, продукт — вода. Схема показывает ход превращения, но для уравнения её ещё нужно уравнять.
Расставьте коэффициенты в схеме H₂ + O₂ → H₂O и проверьте число атомов каждого элемента. Формулы веществ менять нельзя: иначе изменится состав самих веществ. Уравниваем число атомов с помощью коэффициентов перед формулами.
Ответ: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Коэффициенты показывают соотношение молекул, а индексы в формулах остаются прежними.
При реакции полностью израсходовались 4 г водорода. Найдите массу кислорода и массу воды. По уравнению 2H₂ + O₂ → 2H₂O известно соотношение молекул, но для этой задачи используем также закон сохранения массы и соответствующее массовое соотношение.
Ответ: вступило в реакцию 32 г кислорода, образовалось 36 г воды. Проверка: 4 г + 32 г = 36 г, значит масса до и после реакции совпадает.
Ошибка — записывать формулу воды как HO. Так теряется соотношение атомов в молекуле: в воде их два атома водорода и один кислорода. Путаница возникает, если не учитывать индекс 2; проверьте запись по составу одной молекулы: H₂O.
Ошибка — менять индексы при уравнивании, например превращать H₂ в H₄. Индекс задаёт состав молекулы, поэтому такая запись обозначит другое вещество, а не исправит уравнение. Для проверки оставьте формулы неизменными и ставьте числа только перед ними.
Ошибка — считать схему H₂ + O₂ → H₂O уже уравненной. В ней слева два атома кислорода, а справа один, поэтому число атомов не совпадает. Пересчитайте отдельно H и O по обе стороны стрелки; равенство должно быть для каждого элемента.
Ошибка — считать смесь водорода и кислорода безопасной. Её могут недооценивать, потому что оба газа не выглядят как опасная реакция до поджигания. Смесь способна реагировать взрывоподобно; не проводите опытов с ней самостоятельно и помните о выделении энергии.
Для понимания темы нужны обозначения химических элементов, различие между атомом и молекулой и умение читать формулы. Эти знания помогают увидеть, что H₂ и O₂ — молекулы простых веществ, а H₂O показывает состав сложного вещества. При уравнивании реакции применяется закон сохранения массы: число атомов каждого элемента сохраняется. Навык составления уравнений пригодится дальше при изучении химических превращений и расчётов по ним, а формулы воды и других соединений помогут разбирать состав сложных веществ.
Почему формула воды — H₂O, а не HO?
В молекуле воды на два атома водорода приходится один атом кислорода. Формула H₂O показывает это соотношение, а HO означала бы другой состав вещества.
Почему перед водородом и водой в уравнении ставят коэффициент 2?
В молекуле O₂ два атома кислорода, поэтому для сохранения их числа справа нужны две молекулы воды. В них содержатся четыре атома водорода, значит слева нужны две молекулы H₂.
Можно ли менять индексы в формулах, когда уравниваешь реакцию?
Нет, индекс показывает состав молекулы конкретного вещества. При уравнивании меняют только коэффициенты перед формулами, чтобы уравнять число атомов.
Почему водород и кислород могут образовать воду, хотя это разные вещества?
Во время химической реакции исходные молекулы перестраиваются: атомы водорода и кислорода образуют молекулы нового вещества. Поэтому вода имеет собственный состав и свойства и не является смесью газов.
Почему смесь водорода с кислородом опасно поджигать?
Реакция водорода с кислородом выделяет энергию и может идти очень быстро. При поджигании смеси она способна протекать взрывоподобно, поэтому проводить такие опыты можно только в специально оборудованных условиях.
§ 20. Вода — продукт взаимодействия водорода с кислородом
