H2O – Water

Tên cũ: nước · Còn gọi là: hydrogen oxide; oxidane

  • Dung môi phân cực
  • Lỏng, không màu
  • Là dung môi phân cực phổ biến nhất
  • M = 18

Water (H₂O, tên cũ: nước; còn gọi: hydrogen oxide) là oxide, chất lỏng không màu, là dung môi phân cực phổ biến nhất; phân tử khối 18. Nước vừa là dung môi vừa là chất phản ứng: tác dụng với kim loại hoạt động, nhiều oxide, phi kim; bị điện phân; tham gia phản ứng thuỷ phân.

Cấu tạo của H2O

Sự hình thành phân tử H₂O: O góp chung electron với H, HNguyên tử O (2, 6) góp chung electron với H (1) 1 cặp, H (1) 1 cặp; mỗi nguyên tử đủ 8 electron lớp ngoài (H: 2) tạo liên kết cộng hoá trị → phân tử H₂O.OO (2, 6) — thiếu 2eO (2, 8) — đủ 8eHH (1) — thiếu 1eH (2) — đủ 2e như Hecặp e dùng chungHH (1) — thiếu 1eH (2) — đủ 2e như Heliên kết cộng hoá trịCặp e lệch về O (độ âm điện 3,44 so với 2,20) → liên kết phân cực; phân tử gấp khúc ≈ 104,5°
  • O
  • H
  • electron
  • Mô hình lớp electron (Bohr) — sơ đồ, không theo tỉ lệ thật
  1. 1 · Mỗi nguyên tử còn thiếu e ở lớp ngoài
  2. 2 · Góp chung electron thành cặp
  3. 3 · Mỗi nguyên tử đủ 8e (H: 2e) → phân tử H₂O

Phân tử H–O–H có dạng góc (104,5°), liên kết O–H phân cực mạnh nên phân tử phân cực và tạo được liên kết hydrogen giữa các phân tử. Vì vậy nước sôi cao bất thường so với H₂S, nước đá nhẹ hơn nước lỏng và nước hoà tan tốt các chất phân cực, chất ion.

Thông số vật lý của H2O

Đại lượngGiá trịGhi chú
Phân tử khối18tính theo nguyên tử khối làm tròn trong SGK (H 1, O 16)
Khối lượng mol chính xác18,015 g/moltheo nguyên tử khối IUPAC (H 1,008, O 15,999)
Trạng thái, màulỏng, không màu, không mùi, không vị; sôi ở 100 °C, đông đặc ở 0 °C
Nhiệt độ nóng chảy0 °Cở 1 atm
Nhiệt độ sôi100 °Cở 1 atm (NIST: 373,17 K); cao bất thường so với H₂S (−60 °C) nhờ liên kết hydrogen
Khối lượng riêng0,99997 g/cm³lớn nhất ở 3,98 °C; 0,9982 g/cm³ ở 20 °C — tính toán phổ thông lấy 1 g/mL
Khối lượng riêng nước đá0,92 g/cm³ở 0 °C, nhẹ hơn nước lỏng nên nổi
Nhiệt dung riêng4,18 J/(g·K)ở 25 °C; lớn hơn hầu hết chất lỏng thường gặp nên nước nóng lên và nguội đi chậm
Nhiệt hoá hơi40,68 kJ/molở 100 °C
Góc liên kết H–O–H104,5°phân tử gấp khúc, phân cực; momen lưỡng cực 1,85 D
Tích số ion của nước Kw1,0 × 10⁻¹⁴ở 25 °C; nước tinh khiết có [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M nên pH = 7

Số liệu làm tròn cho phổ thông; nguồn ghi ở mục Tài liệu tham khảo.

Thành phần nguyên tố của H2O

Nguyên tốNTKSố ng.tửKL% khối lượng
H 12211,11 %
O 1611688,89 %
Tổng318100 %

NTK = nguyên tử khối (làm tròn như trong bài tập phổ thông), KL = khối lượng. Ví dụ: %H = 2 ÷ 18 × 100 % = 11,1 %.

Tính nhanh: mol – khối lượng – nồng độ

Khối lượng
m = n × M = 0,25 × 18
4,5 g
Số phân tử
N = n × NA = 0,25 × 6,022 × 10²³
1,506 × 10²³
Nồng độ mol
CM = n / V = 0,25 / 0,25
1 M

M = phân tử khối (g/mol); NA = 6,022 × 10²³ là số Avogadro — số phân tử có trong 1 mol của bất kỳ chất nào; V là thể tích dung dịch tính bằng lít.

Điều chế H2O

Có sẵn trong tự nhiên; nước tinh khiết thu bằng chưng cất hoặc trao đổi ion. Tổng hợp từ đơn chất: 2H₂ + O₂ → 2H₂O (t°, hỗn hợp nổ mạnh).

Tính chất hoá học của H2O

Nước vừa là dung môi vừa là chất phản ứng: tác dụng với kim loại hoạt động, nhiều oxide, phi kim; bị điện phân; tham gia phản ứng thuỷ phân.

  • Với kim loại kiềm, kiềm thổ ở nhiệt độ thường: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑; Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑; với sắt nung đỏ: 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ (dưới 570 °C).
  • Với basic oxide của kim loại kiềm, kiềm thổ: Na₂O + H₂O → 2NaOH; CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
  • Với acidic oxide: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄; CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃.
  • Với phi kim: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO; C + H₂O → CO + H₂ (1000 °C).
  • Điện phân (có H₂SO₄ loãng hoặc NaOH làm chất điện li): 2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑ (điện phân).
  • Tự ion hoá rất yếu: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ (pH = 7 ở 25 °C).
  • Thuỷ phân muối, ester, chất béo, carbohydrate, peptide.

Lỗi thường gặp với H2O

  • Coi nước "trung tính nên không phản ứng với gì". Nước tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ (2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂), với nhiều oxide (CaO + H₂O → Ca(OH)₂; SO₃ + H₂O → H₂SO₄) và là chất phản ứng trong mọi phản ứng thuỷ phân.
  • Cho Fe, Cu, Ag tác dụng với nước ở nhiệt độ thường. Chỉ kim loại đứng trước Mg trong dãy hoạt động (K, Na, Ca, Ba) đẩy được H₂ khỏi nước lạnh; Fe chỉ phản ứng với hơi nước nóng, Cu và Ag không phản ứng.
  • Cho mọi oxide đều tan trong nước. Chỉ oxide của kim loại kiềm, kiềm thổ (Na₂O, CaO, BaO) và oxide acid (SO₂, SO₃, CO₂, P₂O₅) tác dụng với nước; CuO, Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂ không tan và không phản ứng.
  • Nghĩ nước đá nặng hơn nước lỏng. Khi đông đặc, liên kết hydrogen xếp các phân tử thành mạng lục giác rỗng nên thể tích tăng, khối lượng riêng giảm còn 0,92 g/cm³ — vì thế đá nổi.
  • Lấy khối lượng riêng 1 g/mL cho mọi dung dịch. Chỉ nước và dung dịch rất loãng mới xấp xỉ 1 g/mL; dung dịch acid đặc, muối đậm đặc nặng hơn rõ rệt (H₂SO₄ tinh khiết 1,83 g/cm³), phải dùng D đề bài cho.

Ứng dụng của H2O

Ứng dụngDựa trên tính chất nào
Dung môi trong phòng thí nghiệm, công nghiệp và cơ thể sốngPhân tử phân cực, tạo liên kết hydrogen nên hoà tan tốt chất ion và chất phân cực (muối, acid, base, đường, ethanol)
Làm mát động cơ, tản nhiệt nhà máyNhiệt dung riêng 4,18 J/(g·K) và nhiệt hoá hơi 40,68 kJ/mol đều lớn: hấp thụ nhiều nhiệt mà nhiệt độ tăng ít
Điều chế H₂ và O₂Điện phân nước có thêm chất điện li: 2H₂O → 2H₂ + O₂
Sản xuất vôi tôi, xútCaO + H₂O → Ca(OH)₂ (tôi vôi); điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂
Hơi nước chạy tua-bin, nồi hơiHoá hơi làm thể tích tăng mạnh; nước cứng (chứa Ca²⁺, Mg²⁺) phải làm mềm trước để không đóng cặn CaCO₃ trong nồi

Nhận biết H2O

Làm CuSO₄ khan màu trắng chuyển xanh lam: CuSO₄ + 5H₂O → CuSO₄·5H₂O; làm giấy tẩm CoCl₂ khan từ xanh chuyển hồng.

An toàn và bảo quản H2O

Không xếp loại nguy hiểm theo GHS (ECHA C&L). Nguy hiểm thực tế nằm ở nước nóng, hơi nước (bỏng) và ở phản ứng của nước với chất khác: Na, K bốc cháy khi gặp nước; rót nước vào H₂SO₄ đặc làm acid sôi và bắn ra; CaO tôi vôi toả nhiệt mạnh.

Bỏng nước nóng, hơi nước: làm mát vùng bỏng dưới vòi nước mát ít nhất 15 phút, không chườm đá, không bôi kem đánh răng hay mỡ. Trong phòng thí nghiệm: không dùng nước dập đám cháy kim loại kiềm; pha loãng acid đặc bằng cách rót acid từ từ vào nước, không làm ngược lại.

Bảo quản: Nước cất giữ trong bình nhựa hoặc thuỷ tinh đậy kín; để hở, nước hấp thụ CO₂ không khí và hoà tan ion từ thành thuỷ tinh nên không còn đủ tinh khiết để pha dung dịch chuẩn. Hoá chất kị nước (Na, K, CaC₂, P₂O₅, CaO) cất xa nước và nơi ẩm.

Phản ứng tiêu biểu của H2O (244)

Xem tất cả 244 phản ứng →

Tự luyện về H2O

Gom từ bài tập của các phản ứng có water và câu hỏi riêng cho chất.

1. Trong phản ứng Cu + HNO₃ (loãng) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O, chất khử là

A. HNO₃B. CuC. NOD. H₂O

Đáp án B. Cu tăng số oxi hoá từ 0 lên +2 (nhường electron) nên là chất khử.

2. Phương trình ion thu gọn của NaOH + HCl là

A. Na⁺ + Cl⁻ → NaClB. H⁺ + OH⁻ → H₂OC. NaOH + H⁺ → Na⁺ + H₂OD. OH⁻ + HCl → Cl⁻ + H₂O

Đáp án B. Na⁺ và Cl⁻ không đổi ở hai vế (không tham gia phản ứng) nên lược bỏ.

3. Khí thoát ra khi cho Cu vào HNO₃ đặc có màu

A. không màuB. vàng lụcC. nâu đỏD. xanh

Đáp án C. Sản phẩm khử là NO₂, khí màu nâu đỏ.

4. Dãy kim loại nào đều tác dụng với nước ở nhiệt độ thường?

A. Na, K, CaB. Fe, Cu, AgC. Mg, Al, ZnD. Na, Fe, Cu

Đáp án A. Chỉ kim loại kiềm và kiềm thổ hoạt động mạnh (K, Na, Ca, Ba) đẩy được H₂ khỏi nước lạnh. Mg, Al, Zn chỉ phản ứng với nước nóng hoặc hơi nước (Al còn bị lớp Al₂O₃ bảo vệ); Fe cần hơi nước nóng; Cu, Ag không phản ứng.

5. Tính chất nào sau đây của nước KHÔNG phải do liên kết hydrogen giữa các phân tử gây ra?

A. Nhiệt độ sôi cao bất thường so với H₂SB. Nước đá nhẹ hơn nước lỏngC. Nhiệt dung riêng lớnD. Phân tử khối bằng 18

Đáp án D. Phân tử khối chỉ phụ thuộc thành phần nguyên tử (2 × 1 + 16 = 18). Ba tính chất còn lại đều do liên kết hydrogen: phải cắt liên kết mới bay hơi được, mạng lục giác rỗng của nước đá, và nhiệt hấp thụ dùng để làm rung, đứt liên kết hydrogen.

6. Hoà tan hoàn toàn 2,3 g Na vào nước dư. Thể tích H₂ thu được ở điều kiện chuẩn (24,79 L/mol) là

A. 1,24 LB. 2,48 LC. 0,62 LD. 4,96 L

Đáp án A. n(Na) = 2,3/23 = 0,1 mol. 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ nên n(H₂) = 0,05 mol; V = 0,05 × 24,79 ≈ 1,24 L.

Câu hỏi thường gặp về H2O

Nước là axit hay bazơ?

Không phải acid cũng không phải base: nước trung tính, pH = 7 ở 25 °C vì [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M. Nhưng nước lưỡng tính theo Brønsted: nhận proton từ acid (HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻) và nhường proton cho base (NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻).

H₂O là oxit gì?

Về thành phần, H₂O là oxide (hợp chất của oxygen với một nguyên tố khác, ở đây là hydrogen). Nhưng khi phân loại oxide theo tính chất (oxide acid, oxide base, lưỡng tính, trung tính), nước không xếp vào nhóm nào — nó chính là dung môi để xét tính acid – base của các oxide khác.

Vì sao nước đá nổi trên mặt nước?

Vì nước đá nhẹ hơn nước lỏng: 0,92 g/cm³ so với 1,00 g/cm³. Khi đông đặc, liên kết hydrogen giữ mỗi phân tử ở vị trí cố định trong mạng lục giác có nhiều khoảng trống, thể tích tăng khoảng 9 %. Nước đặc nhất ở 4 °C, không phải ở 0 °C — nhờ vậy nước dưới đáy hồ đóng băng vẫn giữ 4 °C, cá sống được qua mùa đông.

Nước tác dụng với kim loại nào?

Ở nhiệt độ thường: kim loại kiềm và kiềm thổ trừ Be, Mg (K, Na, Ca, Ba) tạo base và H₂, ví dụ Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂. Ở nhiệt độ cao: Mg với nước sôi, Fe với hơi nước (3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂). Cu, Ag, Au không tác dụng với nước ở mọi nhiệt độ.

Nước cứng là gì và làm mềm bằng cách nào?

Nước cứng là nước chứa nhiều ion Ca²⁺, Mg²⁺: đóng cặn trong ấm, nồi hơi và làm xà phòng kém bọt. Cách làm mềm: đun sôi (chỉ với nước cứng tạm thời: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O), thêm Na₂CO₃ hoặc Ca(OH)₂ vừa đủ để kết tủa Ca²⁺, Mg²⁺, hoặc cho qua cột trao đổi ion.

Nước cất có dẫn điện không?

Gần như không: nước tinh khiết chỉ phân li rất ít (Kw = 10⁻¹⁴) nên nồng độ ion quá nhỏ. Nước máy, nước sông dẫn điện vì có muối hoà tan; muốn điện phân nước phải thêm chất điện li như H₂SO₄ loãng hoặc NaOH.

H2O và H2S

H2OH2S
Phân tử khối1834
Trạng thái ở 25 °Clỏngkhí (mùi trứng thối)
Nhiệt độ sôi (1 atm)100 °C−60 °C
Góc liên kết104,5°92°
Liên kết hydrogen giữa các phân tửcó (O độ âm điện 3,44)không đáng kể (S độ âm điện 2,58)
Tính acid trong nướctrung tính, pH 7acid yếu (pKa ≈ 7)
Độc tínhkhôngrất độc (H330)

Tài liệu tham khảo

  1. Bộ GD&ĐT, Khoa học tự nhiên 7 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2022 — bài 6 Giới thiệu về liên kết hoá học (H₂O là chất cộng hoá trị).
  2. Bộ GD&ĐT, Hoá học 10 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2022 — bài 13 Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals (nhiệt độ sôi của nước, nước đá nổi).
  3. Bộ GD&ĐT, Hoá học 11 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2023 — bài 2 Cân bằng trong dung dịch nước (Kw, pH của nước).
  4. NIST Chemistry WebBook, "Water", Phase change data, webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7732185 — nhiệt độ sôi 373,17 K.
  5. Wikipedia, "Water (data page)" và "Properties of water" (dẫn CRC Handbook), en.wikipedia.org — khối lượng riêng ở 3,98 °C và 20 °C, khối lượng riêng nước đá, nhiệt dung riêng, nhiệt hoá hơi, góc liên kết, momen lưỡng cực, pKw.
  6. Wikipedia, "Hydrogen sulfide" (infobox), en.wikipedia.org — nhiệt độ sôi −60 °C, pKa ≈ 7 (bảng so sánh).
  7. Wikipedia, "Molecular geometry" (bảng hình học VSEPR), en.wikipedia.org — góc liên kết H₂O 104,5° và H₂S 92°.
  8. Wikipedia, "Electronegativities of the elements (data page)" (thang Pauling), en.wikipedia.org — độ âm điện O 3,44; H 2,20; S 2,58.
  9. Wikipedia, "Sulfuric acid" (infobox, dẫn CRC Handbook), en.wikipedia.org — khối lượng riêng H₂SO₄ tinh khiết 1,83 g/cm³ (mục Lỗi thường gặp).
  10. ECHA CHEM, C&L Inventory: water, EC 231-791-2, chem.echa.europa.eu — không có phân loại nguy hiểm; hydrogen sulphide, EC 231-977-3 — H330 (bảng so sánh).

Cùng nhóm oxide

Xem tất cả hợp chất →

Cập nhật: