Александр Кудрявцев - Составление химических уравнений
Вода является очень реакционноспособным веществом вследствие наличия в ее молекуле двух неподеленных пар электронов.
Химические реакции с участием воды можно разделить на 3 группы:
1. Реакции, в которых вода проявляет окислительные свойства.
2. Реакции, в которых вода является восстановителем.
3. Реакции обмена и присоединения.
1. При комнатной температуре вода окисляет щелочные и щелочноземельные металлы (кроме магния):
2K + H2O = ↑H2 + 2KOH
Ca + H2O = ↑H2 + Ca(OH)2
Аналогично окисляются водой и гидриды щелочных и щелочноземельных металлов:
NaH + H2O = ↑H2 + NaOH
CaH2 + 2H2O = ↑2H2 + Ca(OH)2
Магний и цинк в виде пыли окисляются водой при 100°. Менее активные вещества взаимодействуют с H2O лишь при довольно высокой температуре
2Fe + 3H2O = 3H2 + Fe2O3 (красного каления)
2B + 6H2O = 3H2 + 2H3BO3 (красного каления)
C + H2O = H2 + CO2 (раскаленный уголь)
CO + H2O = H2 + CO2 (450°, катализатор Fe)
CH4 + H2O = 3H2 + CO (1200—1400° или с катализатором Ni или Co при 700—800°)
2. Вода окисляется атомарным кислородом и фтором при обычной температуре
H2O + O = H2O2
H2O + F2 = O + 2HF
В этой реакции образуются также O2, O3, H2O2, F2O благодаря взаимодействию атомов кислорода как друг с другом, так и с F2 и H2O.
При взаимодействии хлора с водой протекает реакция с образованием хлорноватистой и соляной кислот
Cl2 + H2O ⇄ HOCl + HCl
Аналогично протекают реакции при растворении в воде брома и иода с той лишь разницей, что равновесие сильно сдвинуто (в особенности для I2) справа налево.
Следует также иметь в виду, что хлор при температуре выше 100° или на холоду при действии света, а бром при 550° и выше окисляют воду с выделением кислорода
2H2O + Cl2 = O2 + 4HCl
2H2O + Br2 = O2 + 4HBr
3. Многие вещества (соли, галогенангидриды и др.) вступают с водой в реакции обмена и присоединения:
Rb2CO3 + HOH ⇄ RbHCO3 + RbOH (гидролиз)
CoCl2 + 6H2O = [Co(H2O)6]Cl2 (образование аквакомплекса)
BaO + H2O = Ba(OH)2 (образование основания)
SeO2 + H2O = H2SeO3 (образование кислоты)
При растворении в воде солей, кислот, оснований и других веществ происходит их гидратация, т. е. присоединение молекул воды к молекуле растворенного вещества.
Большое значение имеет каталитическое действие воды. Многие реакции протекают только в присутствии следов воды и совсем не идут без нее. Так, например, хлор при полном отсутствии влаги не действует на железо, гремучая смесь без следов влаги не взрывает, в сухом виде H2S и SO2 не вступают в реакцию.
В некоторых случаях вода является каталитическим ядом, например, для железа при синтезе аммиака.