§ 25. Водород, его общая характеристика и нахождение в природе

§ 25. Водород, его общая характеристика и нахождение в природе Общая характеристика Химический знак — Н Относительная атомная масса АГ(Н) = 1,008 Химическая формула — Н2 Относительная молекулярная масса Мг(Н) = 2,016 В соединениях водород одновалентен Нахождение в природе. Водород — самый распростра­ненный химический элемент во вселенной. Он является главной составной частью Солнца, а также многих звезд. В земной коре массовая доля водорода составляет всего лишь 1%. Однако его соединения распространены широко, например вода Н2О. В состав природного горючего газа входит в основном соединение углерода с водородом — метан СН4. Водород содержится также во многих органиче­ских веществах. § 26. Получение водорода Получение в лаборатории. Один из способов получения водорода вам уже знаком. Это разложение воды при действии постоянного электрического тока: В лабораторных условиях водород проще получить при взаимодействии некоторых металлов с кислотами. Обычно используют цинк и растворы соляной НС1 или серной H2SO4 кислоты. Для собирания водорода над водой, который выделяется в этих реакциях, можно ис­пользовать прибор, изображенный на рисунке 41. Для по­лучения водорода пользуются также аппаратом Киппа (рис. 42). Так как водород легче воздуха, его собирают в приборе, как показано на рисунке 43. Рис. 41. Собирание водорода методом вы­теснения воды. Рис. 42. Аппарат Киппа: 1 — кислота. Реакции можно выразить при помощи следующих уравнений: ИЛИ Рис. 43. Собирание водорода методом вытеснения воздуха. Водород выделяется также при взаимодействии актив­ных металлов (например, Na, Ca) с водой (рис. 44). Эти реакции протекают бурно, иногда со взрывом. Поэтому для опыта следует брать небольшой кусочек металла, а пробирку накрыть воронкой. Опытным путем установлено, что из молекулы воды вытесняется только один атом водорода и образуется одновалентная группа ОН — гидроксогруппа, которая соединяется с атомом металла. Число гидроксогрупп зависит от валентности металла. Образующиеся соединения относятся к основаниям, а конк­ретные представители этого класса веществ называются гидроксидами. Химические реакции, протекающие между активными металлами и водой, можно выразить следующи­ми уравнениями: Рис. 44. Взаимодействие натрия с водой: 1 — сосуд с песком. Получение в промышленности. В технике водород получают либо из природного газа (главная составная часть которого метан СН4), либо из воды (с. 13). Ответьте на вопросы 1—5 (с. 66). § 27. Свойства и применение водорода Физические свойства. Водород — бесцветный, самый легкий газ. Он в 14,5 раза легче воздуха (1 л весит 0,09 г). Поэтому если мыльные пузыри наполнить водородом, то они поднимаются вверх (рис. 45). Растворимость водорода в воде очень мала, а температура сжижения чрезвычайно низкая ( — 252,8 °С). Химические свойства. 1. Водород соединяется с кисло­родом. Если зажечь водород (после проверки на чистоту, см. далее) и трубку с горящим водородом опустить в сосуд с кислородом, то на стенках сосуда образуются капельки воды: Водород без примеси сгорает спокойно. Однако смесь водорода с кислородом или воздухом взрывается. Наиболее взрывчата смесь, состоящая из двух объемов водорода и одного объема кислорода,— гремучий газ. Если взрыв произойдет в стеклянном сосуде, то его осколки могут поранить окружающих. Поэтому, прежде чем поджигать водород, необходимо проверить его на чистоту. Для этого собирают водород в пробирку, которую в положении вверх дном подносят к пламени. Если водород чистый, то он сгорает спокойно, с характерным звуком «п-пах». Если же водород содержит примесь воздуха, то он сгорает со взры­вом. При работе с водородом следует соблюдать правила техники безопасности. 2. Взаимодействие водорода с оксидами некоторых ме­таллов. Если, например, при нагревании пропускать над оксидом меди (II) струю водорода (рис. 46), то происходит реакция, в результате которой образуются вода и метал­лическая медь: Рис. 46. Восстановле­ние меди водородом из оксида меди (II). В этой реакции происходит процесс восстановления, так как водород отнимает кислород от атомов меди. Процесс восстановления противоположен процессу окисления. Ве­щества, которые отнимают кислород, относятся к восстано­вителям. Процессы окисления и восстановления взаимно связаны (если один элемент окисляется; то другой восста­навливается, и наоборот). В уравнении реакции это можно показать так: 3. Водород соединяется также с другими неметаллами и неко­торыми активными металлами. В этом можно убедиться, если выходящий из газоотводной трубки водород поджечь и погрузить в цилиндр с хло­ром . Водород в атмосфере хлора продолжает гореть (рис. 47). Желто-зеленый цвет хлора постепенно обесцвечивается, так как образуется бес­цветный газ — хлороводород: Хлороводород хорошо растворяется в воде с образованием соляной кислоты НС1. Если пропускать струю водорода в пробирку с расплавленной серой, то ощущается запах тухлых яиц. Это запах газообразного сероводорода H2S: Рис. 47. Горение водо­рода в атмосфере хло­ра. При взаимодействии водорода с азотом (при повышенных температуре и давлении в присутствии катализатора) образуется аммиак NH3, имею­щий большое практическое значение. Водород реагирует также с активными металлами с образованием нелетучих соединений — гидридов: NaH, CaH2. Применение. Водород используется как восстановитель ценных металлов и для синтеза многих веществ. Приме­нение водорода основано также на его способности гореть с выделением большого количества теплоты. Особенно большое значение в перспективе будет иметь водород как экологически чистое топливо, ибо при его сгорании обра­зуются водяные пары, не отравляющие атмосферу. Для осуществления этой идеи потребуется разработать эконо­мически выгодные условия проведения реакции разложения воды: Применение водорода показано на схеме 7. Схема 7 Ответьте на вопросы 6—11. 1. Дайте общую характеристику элемента водорода. Приведите примеры соединений, содержащих водород, и напишите их формулы. 2. Поясните, что означают записи: 5Н, 2Н2, 6Н и ЗН2. 3. В каком виде водород встречается в природе и какова его распространенность? Вычислите, в каком веществе содержание водорода больше: в воде Н2О или в мета­не СН„. 4. Составьте уравнения реакций, в резуль­тате которых можно получить водород. Пояс­ните, к какому типу относятся эти реакции. 5. Водород можно получить при взаимо­действии алюминия с растворами соляной и серной кислот. Составьте уравнения этих реакций. (При расстановке коэффициентов см. с. 35.) 6. Один цилиндр заполнен водородом, а другой — кислородом. Как определить, в каком цилиндре находится каждый из газов? 7. Как перелить из одного сосуда в дру­гой: а) водород; б) кислород? 8. Напишите уравнения реакций, характе­ризующих химические свойства водорода. 9. Составьте уравнения химических реак­ций водорода со следующими оксидами: а) оксидом ртути (II); б) железной окали­ной Fe3О4; в) оксидом вольфрама (VI). Объяс­ните, какова роль водорода в этих реакциях, что происходит с металлом и водородом в результате реакций. 10. Где применяется водород и каковы перспективы его применения в будущем? 11. Составьте конспект ответа, характери­зующего водород, придерживаясь плана, ука­занного на с. 54. Лабораторные опыты 9. Получение и свойства водорода. Собе­рите прибор, как показано на рисунке 43, и проверьте его на герметичность. В пробирку положите 4—5 гранул цинка и прилейте 3—4 мл раствора соляной кислоты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Затем собирайте водород, держа про­бирку отверстием вниз. После прекращения реакции перенесите несколько капель раствора на стеклянную пластинку и выпарьте его. На пластинке оста­ется белое кристаллическое вещество. Задания. 1. Почему выделяющийся газ в отличие от кислорода необходимо собирать, держа сосуд отверстием вниз? 2. Что вы наблю­дали при поднесении пробирки с водородом к пламени? Какие вещества образуются в ре­зультате горения водорода? Напишите уравне­ние этой реакции. 3. Напишите уравнение реак­ции цинка с соляной кислотой и подчеркните химическую формулу вещества, которое оста­ется на стеклянной пластинке после выпарива­ния жидкости. Под формулами напишите назва­ния соответствующих веществ. 10. Взаимодействие водорода с оксидом меди (II). Соберите прибор, как показано на рисунке 46, и проверьте его на герме­тичность. Положите в пробирку 8—10 кусочков цинка и прилейте 5—6 мл раствора соляной кислоты. Закройте пробирку пробкой с газо­отводной трубкой и проверьте выделяющийся водород на чистоту. Конец газоотводной труб­ки поместите в пробирку с оксидом меди (II), как показано на рисунке 46. Пробирка с окси­дом меди (II) должна быть закреплена в шта­тиве немного наклонно, чтобы ее отверстие находилось ниже дна. Пробирку нагрейте в том месте, где нахо­дится оксид меди (II). Как только заметите появление порошка красного цвета, нагревание прекратите. Из черного порошка оксида ме­ди (II) образовалось вещество красного цвета, а по стенкам пробирки стекают капельки воды. Задания. 1. Почему перед нагреванием оксида меди (II) в атмосфере водорода послед­ний нужно проверить на чистоту? 2. Почему пробирку с оксидом меди (II) закрепляют в штативе с наклоном в сторону отверстия? 3. Почему нагревание требовалось только до начала раскаливания оксида меди (II)? 4. Объяс­ните, почему из черного порошка образовалось вещество красного цвета. 5. Напишите уравне­ние реакции оксида меди (II) с водородом. К какому типу относится эта реакция? 6. Какие свойства водорода подтвердил этот опыт?

Похожие:

	Теория электролитической диссоциации 9 класс Тема Водород Урок №1 Водород, его нахождение в природе. Получение водорода и его свойства		Конспект урока Нуриева Ильсия Шамиловна мкоу «Бикбаевская основная... Тема Водород Урок №1 Водород, его нахождение в природе. Получение водорода и его свойства
	Урок по теме "Водород. Общая характеристика, нахождение в природе,... Тема и номер урока в теме: Какой бывает вода? (десятый урок в разделе «Родная природа»)		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Кислород, его общая характеристика и нахождение в природе. Получение кислорода. Свойства кислорода. Применение кислорода. Круговорот...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тема урока: Кислород, его общая характеристика, нахождение в природе, получение и физические свойства		Конспект урока химии. 8 класс. Тема урока: «Кислород, его общая характеристика... Развивать умение наблюдать за протеканием химических реакций, мыслительную деятельность учащихся, практические навыки при выполнении...
	Экзаменационные вопросы по дендрологии фитоценоз, его характерные... Общая характеристика семейства Маслинные. Морфо-экологическая характеристика и хозяйственное значение важнейших родов и видов		Конспект урока "Кристаллы в природе и технике" Тема урока: Металлы, положение в пс, физические свойства, нахождение в природе, применение
	Химические свойства и биологическая роль биогенных элементов” Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе		Общая характеристика общеобразовательного учреждения и условий его функционирования
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Отдел Голосеменные. Отдел Покрытосеменные. Общая характеристика и значение в природе		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели урока изучить нахождение азота в природе и его свойства, вскрыть причинно-следственные связи “строение–свойства” и “свойства–применение”,...
	Школы Общая характеристика образовательного учреждения и его материально-техническая база		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Решение задач на движение. Нахождение расстояния. Нахождение скорости. Нахождение времени
	Рассказ по теме: «Углерод и его соединения» Основные соединения углерода – оксиды углерода: угарный и углекислый газ и угольная кислота (формула, название, нахождение в природе,...		Общая характеристика учреждения и условий его функционирования Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №11