Водород и его свойства


ВОДОРОД И ЕГО СВОЙСТВА
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАВодород — это самый легкий газ (он в 14,4 раза легче воздуха), не имеет цвета, вкуса и запаха. Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С растворяется 18 мл водорода). При температуре — 252,8°С и атмосферном давлении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород бесцветен.Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 — дейтерий D и тритий Т.ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАДля водорода характерны следующие реакции с простыми веществами (с Al, B, Si, P соединения водорода получают косвенным путём):1. Взаимодействие с неметаллами
При поджигании или в присутствии платинового катализатора реагирует с кислородом, реакция протекает со взрывом. O2 + 2H2 = 2H2O, Смесь двух объёмов водорода и одного объёма кислорода называется гремучим газом.При нагревании водород обратимо взаимодействует с серой:S + H2 ⇔ H2S С азотом — при нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора (железо):N2 + 3H2 = 2NH3 С галогенами образует галогеноводороды:F2 + H2 = 2HF,
реакция протекает со взрывом при любой температуре, Cl2 + H2 = 2HCl,
реакция протекает только на свету. С сажей взаимодействует при сильном нагревании:C + 2H2 = CH4 2. Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами
Водород образует с активными металлами гидриды:Na + H2 = 2NaH Ca + H2 = CaH2 Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2 ↑ 3. Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)
Оксиды восстанавливаются до металлов:CuO + H2 = Cu + H2O Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O WO3 + 3H2 = W + 3H2O 4. Гидрирование органических соединений
При действии водорода на ненасыщенные углеводороды в присутствии никель-катализатора и повышенной температуре происходит реакция гидрирования:CH2=CH2 + H2 = CH3-CH3Водород восстанавливает альдегиды до спиртов:CH3CHO + H2 = C2H5OHПОЛУЧЕНИЕ:Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Добывали его в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность относительно легко добывать его тоннами с помощью электролиза. Выглядит электролитический процесс примерно так: в ванну с водой опускают два электрода, на одном — положительный потенциал, на другом — отрицательный. На плюсе в результате прохождения тока выделяется кислород, а на минусе — водород. В промышленности
1.Электролиз водных растворов солей:2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2 2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:H2O + C ⇔ H2 + CO 3.Из природного газа.Конверсия с водяным паром: CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 (1000°C) Каталитическое окисление кислородом: 2CH4 + O2 ⇔ 2CO + 4H2 4. Крекинг и реформинг углеводородов в процессе переработки нефти.В лаборатории
1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 2.Взаимодействие кальция с водой:Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 3.Гидролиз гидридов:NaH + H2O = NaOH + H2 4.Действие щелочей на цинк или алюминий:2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2 5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O ПРИМЕНЕНИЕ:
Водород используют при синтезе аммиака NH3, хлороводорода HCl, метанола СН3ОН, при гидрокрекинге (крекинге в атмосфере водорода) природных углеводородов, как восстановитель при получении некоторых металлов. Гидрированием природных растительных масел получают твёрдый жир — маргарин. Жидкий водород находит применение как ракетное топливо, а также как хладагент. Смесь кислорода с водородом используют при сварке.ВОДА:
Взаимодействие с металлами:
Ca +2H2O = Ca(OH)2 + H2
Mg(порошок) + 2H2O + Mg(OH)2 + H2
2Al (без оксидной плёнки) + 6H2O =2Al(OH)3 + 3H2O
Zn +H2O = ZnO + H2
3Fe +4H2O = Fe3O4 + 4H2O
С неметаллами:
2H2O + 2F2 = 4HF + O2
H2O + Cl2 = HCl + HClOС оксидами:
СaO + H2O = Ca(OH)2
P2O5 + 3H2O + 2H3PO4
С органическими веществами:
СН2=СН2 + Н2О = С2Н5ОН
Получение аквакомплексов:
CuSO4 + 5H2O = CuSO4 · 5H2O
Na2CO3 + 10H2O = Na2CO3 · 10H2O
ПЕРОКСИД ВОДОРОДА:
2H2O2 = 2H2O + O2
H2O2 + 2KI = I2 + 2KOH
NaNO2 + H2O2 = NaNO3 + H2O
PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O
2KMnO4 + 7H2O2 + 5H2SO4 = 2MnSO4 + 7O2 + 2SO2 + K2SO4 + 12H2O

Приложенные файлы


Добавить комментарий