Какие свойства характерны для водорода

Атомная масса – 1 а.е.м. Молекула водорода двухатомна – Н2.

Электронная конфигурация атома водорода – 1s1. Водород относится к семейству s-элементов. В своих соединениях проявляет степени окисления -1, 0,
+1. Природный водород состоит из двух стабильных изотопов – протия 1Н (99,98%) и дейтерия 2Н (D) (0,015%) – и радиоактивного изотопа трития 3Н (Т) (следовые количества, период полураспада – 12,5 лет).

Химические свойства водорода

При обычных условиях молекулярный водород проявляет сравнительно низкую реакционную способность, что объясняется высокой прочностью связей в молекуле. При нагревании вступает во взаимодействие практически со всеми простыми веществами, образованными элементами главных подгрупп (кроме благородных газов, B, Si,
P, Al). В химических реакциях может выступать как в роли восстановителя (чаще), так и окислителя (реже).

Водород проявляет свойства восстановителя (Н20 -2е → 2Н+) в следующих реакциях:

1. Реакции взаимодействия с простыми веществами – неметаллами. Водород реагирует с галогенами, причем, реакция взаимодействия со фтором при обычных условиях, в темноте, со взрывом, с хлором – при освещении (или УФ-облучении) по цепному механизму, с бромом и йодом только при нагревании; кислородом (смесь кислорода и водорода в объемном отношении 2:1 называют «гремучим газом»), серой, азотом и углеродом:

H2 + Hal2 = 2HHal;

2H2 + O2 = 2H2O + Q (t $^{circ}$ );

H2 + S = H2S (t $^{circ}$ = 150 – 300 $^{circ}$ C);

3H2 + N2 ↔ 2NH3 (t $^{circ}$ = 500 $^{circ}$ C, p, kat = Fe, Pt);

2H2 + C ↔ CH4 (t $^{circ}$ , p, kat).

2. Реакции взаимодействия со сложными веществами. Водород реагирует с оксидами малоактивных металлов, причем он способен восстанавливать только металлы, стоящие в ряду активности правее цинка:

CuO + H2 = Cu + H2O (t $^{circ}$ );

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (t $^{circ}$ );

WO3 + 3H2 = W + 3H2O (t $^{circ}$ ).

Водород реагирует с оксидами неметаллов:

H2 + CO2 ↔ CO + H2O (t $^{circ}$ );

2H2 + CO ↔ CH3OH (t $^{circ}$ = 300 $^{circ}$ C, p = 250 – 300 атм., kat = ZnO, Cr2O3).

Водород вступает в реакции гидрирования с органическими соединениями класса циклоалканов, алкенов, аренов, альдегидов и кетонов и др. Все эти реакции проводят при нагревании, под давлением, в качестве катализаторов используют платину или никель:

CH2 = CH2 + H2 ↔ CH3-CH3;

C6H6 + 3H2 ↔ C6H12;

C3H6 + H2 ↔ C3H8;

CH3CHO + H2 ↔ CH3-CH2-OH;

CH3-CO-CH3 + H2 ↔ CH3-CH(OH)-CH3.

Водород в качестве окислителя (Н2 $^{circ}$ +2е → 2Н—) выступает в реакциях взаимодействия со щелочными и щелочноземельными металлами. При этом образуются гидриды – кристаллические ионные соединения, в которых водород проявляет степень окисления -1.

2Na +H2 ↔ 2NaH (t $^{circ}$ , p).

Ca + H2 ↔ CaH2 (t $^{circ}$ , p).

Физические свойства водорода

Водород – легкий бесцветный газ, без запаха, плотность при н.у. – 0,09 г/л, в 14,5 раз легче воздуха, tкип = -252,8 $^{circ}$ С, tпл = — 259,2 $^{circ}$ С. Водород плохо растворим в воде и органически растворителях, хорошо растворим в некоторых металлах: никеле, палладии, платине.

По данным современной космохимии водород является самым распространенным элементом Вселенной. Основная форма существования водорода в космическом пространстве – отдельные атомы. По распространенности на Земле водород занимает 9 место среди всех элементов. Основное количество водорода на Земле находится в связанном состоянии – в составе воды, нефти, природного газа, каменного угля и т.д. В виде простого вещества водород встречается редко – в составе вулканических газов.

Получение водорода

Различают лабораторные и промышленные способы получения водорода. К лабораторным способам относят взаимодействие металлов с кислотами (1), а также взаимодействие алюминия с водными растворами щелочей (2). Среди промышленных способов получения водорода большую роль играют электролиз водных растворов щелочей и солей (3) и конверсия метана (4):

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ (1);

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] +3 H2↑ (2);

2NaCl + 2H2O = H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH (3);

CH4 + H2O ↔ CO + H2 (4).

Примеры решения задач

Источник

История открытия водорода

Водород в таблице Менделеева

Строение молекулы водорода

Физические свойства водорода

Химические свойства водорода

Как получить водород?

Применение водорода

Водород, видео

Если кислород является самым распространенным химическим элементом на Земле, то водород – самый распространенный элемент во всей Вселенной. Наше Солнце (и другие звезды) примерно на половину состоит из водорода, а что касается межзвездного газа, то он на 90% состоит из атомов водорода. Немалое место этот химический элемент занимает и на Земле, ведь вместе с кислородом он входит в состав воды, а само его название «водород» происходит от двух древнегреческих слов: «вода» и «рожаю». Помимо воды водород присутствует в большинстве органических веществ и клеток, без него, как и без кислорода, была бы немыслима сама Жизнь.

История открытия водорода

Первым среди ученых водород заметил еще великий алхимик и лекарь средневековья Теофраст Парацельс. В своих алхимических опытах, в надежде отыскать «философский камень» смешивая металлы с кислотами Парацельс получил некий неизвестный до того горючий газ. Правда отделить этот газ от воздуха так и не удалось.

Только спустя полтора века после Парацельса французскому химику Лемери таки удалось отделить водород от воздуха и доказать его горючесть. Правда Лемери так и не понял, что полученный им газ является чистым водородом. Параллельно подобными химическими опытами занимался и русский ученый Ломоносов, но настоящий прорыв в исследовании водорода был сделан английским химиком Генри Кавендишом, которого по праву считают первооткрывателем водорода.

В 1766 году Кавендишу удалось получить чистый водород, который он называл «горючим воздухом». Еще через 20 лет талантливый французский химик Антуан Лавуазье смог синтезировать воду и выделить из нее этот самый «горючий воздух» – водород. И к слову именно Лавуазье предложил водороду его название – «Hydrogenium», он же «водород».

Антуан Лавуазье

Антуан Лавуазье со своей женой, помогавшей ему проводить химические опыты, в том числе и по синтезу водорода.

Водород в таблице Менделеева

В основе расположения химических элементов в периодической системе Менделеева лежит их атомный вес, рассчитанный относительно атомного веса водорода. То есть иными словами водород и его атомный вес является краеугольным камнем таблицы Менделеева, той точкой опоры, на основе которой великий химик создал свою систему. Поэтому не удивительно, что в таблице Менделеева водород занимает почетное первое место.

Водород в таблице Менделеева

Помимо этого водород имеет такие характеристики:

Атомная масса водорода составляет 1,00795.
У водорода в наличии три изотопа, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами.
Водород – легкий элемент имеющий малую плотность.
Водород обладает восстановительными и окислительными свойствами.
Вступая в химические реакции с металлами, водород принимает их электрон и стает окислителем. Подобные соединения называются гидратами.

Строение молекулы водорода

Водород это газ, молекула его состоит из двух атомов.

Строение молекулы водорода

Так схематически выглядит молекула водорода.

Молекулярный водород, образованный из таких вот двухатомных молекул взрывается при поднесенной горящей спичке. Молекула водорода при взрыве распадается на атомы, которые превращаются в ядра гелия. Именно таким образом происходят ядерные реакции на Солнце и других звездах – за счет постоянного распадение молекул водорода наше светило горит и обогревает нас своим теплом.

Физические свойства водорода

У водорода в наличие следующие физические свойства:

Температура кипения водорода составляет 252,76 °C;
А при температуре 259,14 °C он уже начинает плавиться.
В воде водород растворяется слабо.
Чистый водород – весьма опасное взрывчатое и горючее вещество.
Водород легче воздуха в 14,5 раз.

Химические свойства водорода

Поскольку водород может быть в разных ситуациях и окислителем и восстановителем его используют для осуществления реакций и синтезов.

Окислительные свойства водорода взаимодействуют с активными (обычно щелочными и щелочноземельными) металлами, результатом этих взаимодействий является образование гидридов – солеподобных соединений. Впрочем, гидриды образуются и при реакциях водорода с малоактивными металлами.

Восстановительные свойства водорода обладают способностью восстанавливать металлы до простых веществ из их оксидов, в промышленности это называется водородотермией.

Водород

Как получить водород?

Среди промышленных средств получения водорода можно выделить:

газификацию угля,
паровую конверсию метана,
электролиз.

В лаборатории водород можно получить:

при гидролизе гидридов металлов,
при реакции с водой щелочных и щелочноземельных металлов,
при взаимодействии разбавленных кислот с активными металлами.

Применение водорода

Так как водород в 14 раз легче воздуха, то в былые времена им начиняли воздушные шары и дирижабли. Но после серии катастроф произошедших с дирижаблями конструкторам пришлось искать водороду замену (напомним, чистый водород – взрывоопасное вещество, и малейшей искры было достаточно, чтобы случился взрыв).

взрыв дирижабля

Взрыв дирижабля Гинденбург в 1937 году, причиной взрыва как раз и стало воспламенение водорода (вследствие короткого замыкания), на котором летал этот огромный дирижабль.

Поэтому для подобных летательных аппаратов вместо водорода стали использовать гелий, который также легче воздуха, получение гелия более трудоемкое, зато он не такой взрывоопасный как водород.

Тем не менее, водород весьма хорошо зарекомендовал себя в качестве одного из компонентов ракетного топлива. А автомобили, работающие на водородном топливе более экологичнее своих дизельных и бензиновых собратьев.

Также с помощью водорода производится очистка различных видов топлива, в особенности на основе нефти и нефтепродуктов.

Водород, видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Какие свойства характерны для водорода

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Источник

Химические свойства
водорода

При обычных условиях молекулярный Водород сравнительно мало активен, непосредственно соединяясь лишь с наиболее активными из неметаллов (с фтором, а на свету и с хлором). Однако при нагревании он вступает в реакции со многими элементами.

Водород вступает в реакции с простыми и сложными веществами:

Какие свойства характерны для водорода

– Взаимодействие водорода с металлами приводит к образованию сложных веществ – гидридов, в химических формулах которых атом металла всегда стоит на первом месте:

Какие свойства характерны для водорода

При высокой температуре Водород непосредственно реагирует с некоторыми металлами (щелочными, щелочноземельными и другими), образуя белые кристаллические вещества – гидриды металлов (LiН, NaН, КН, СаН2 и др.):

Н2 + 2Li = 2LiH

Гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:

СаH2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2↑

– При взаимодействии водорода с неметаллами образуются летучие водородные соединения. В химической формуле летучего водородного соединения, атом водорода может стоять как на первом так и на втором месте, в зависимости от местонахождения в ПСХЭ (см. табличку в слайде):

Какие свойства характерны для водорода

1). С кислородом
Водород образует воду:

Видео “Горение водорода”

2Н2 + О2 = 2Н2О + Q

При обычных температурах реакция протекает крайне
медленно, выше 550°С – со взрывом (смесь
2 объемов Н2 и 1 объема О2 называется гремучим газом).

Видео “Взрыв гремучего газа”

Видео “Приготовление и взрыв гремучей смеси”

2). С галогенами
Водород образует галогеноводороды, например:

Н2 + Cl2 = 2НСl

При этом с фтором Водород взрывается (даже в темноте и
при – 252°С), с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а
с йодом только при нагревании.

3). С азотом
Водород взаимодействует с образованием аммиака:

ЗН2 + N2 = 2NН3

лишь на катализаторе и при повышенных температуpax и
давлениях.

4). При нагревании Водород энергично реагирует с серой:

Н2 + S = H2S (сероводород),

значительно труднее с селеном и теллуром.

5). С чистым
углеродом Водород может реагировать без катализатора только при высоких
температуpax:

2Н2 + С (аморфный) = СН4 (метан)

– Водород вступает в реакцию замещения с оксидами металлов, при этом образуются в продуктах вода и восстанавливается металл. Водород – проявляет свойства восстановителя:

Какие свойства характерны для водорода

Водород используется для восстановления многих металлов, так как отнимает кислород у их
оксидов:

CuO + H2 = Cu + H2O,

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe +
4Н2О, и т. д.

Применение
водорода

Видео “Применение водорода”

В настоящее время водород получают в огромных
количествах. Очень большую часть его используют при синтезе аммиака,
гидрогенизации жиров и при гидрировании угля, масел и углеводородов. Кроме
того, водород применяют для синтеза соляной кислоты, метилового спирта,
синильной кислоты, при сварке и ковке металлов, а также при изготовлении ламп
накаливания и драгоценных камней. В продажу водород поступает в баллонах под
давлением свыше 150 атм. Они окрашены в тёмно-зелёный цвет и снабжаются красной
надписью “Водород”.

Водород используется для
превращения жидких жиров в твердые (гидрогенизация), производства жидкого
топлива гидрогенизацией углей и мазута. В металлургии водород используют как
восстановитель оксидов или хлоридов для получения металлов и неметаллов
(германия, кремния, галлия, циркония, гафния, молибдена, вольфрама и др.).

Практическое применение водорода
многообразно: им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он
служит сырьём для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.), в
пищевой – для выработки из растительных масел твёрдых жиров и т. д. Высокая
температура (до 2600 °С), получающаяся при горении водорода в кислороде,
используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п. Жидкий водород
является одним из наиболее эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое
потребление водорода превышает 1 млн. т.

ТРЕНАЖЕРЫ

№1. Химические свойства водорода

№2. Водород

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

Задание №1
Составьте уравнения реакций взаимодействия водорода со следующими веществами: F2, Ca, Al2O3, оксидом ртути (II), оксидом вольфрама (VI). Назовите продукты реакции, укажите типы реакций.

Задание №2
Осуществите превращения по схеме:
H2O -> H2 -> H2S -> SO2

Задание №3.
Вычислите массу воды, которую можно получить при сжигании 8 г водорода?

Источник

Обобщающая схема «ВОДОРОД»

I.
Водород – химический элемент

а) Положение в ПСХЭ

порядковый номер №1
период 1
группа I (главная подгруппа «А»)
относительная масса Ar(Н)=1
латинское название Hydrogenium (рождающий
воду)

б) Распространённость водорода в
природе

Водород – химический элемент.

В земной коре (литосфера и гидросфера) – 1% по массе (10 место
среди всех элементов)

АТМОСФЕРА – 0,0001% по числу атомов

Самый распространённый элемент во вселенной – 92% от числа всех атомов
(основная составная часть звёзд и межзвёздного газа)

Водород – химический

элемент

В соединениях

Н2О – вода (11% по массе)

СН4 – газ метан (25% по массе)

Органические вещества (нефть, горючие природные газы и
других)

В организмах животных и растений (то есть в составе белков,
нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других)

В теле человека в среднем содержится около 7 килограммов водорода.

в) Валентность водорода в соединениях

I Н2 ↑,
ц, з, Mr(Н2)=2,

газ легче воздуха

H2O – вода;

Н2О2 –
перекись водорода

II. Водород – простое вещество (Н2)

Получение

1.Лаборатория
(аппарат Киппа)

А) Взаимодействие металлов с кислотами:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

соль

Б) Взаимодействие активных металлов с водой:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

основание

2.
Промышленность

·
Электролиз воды

эл. ток

2H2O =
2H2↑ + O2↑

·
Из природного газа

t, Ni

CH4 + 2H2O =
4H2 ↑+CO2

Нахождение
водорода в природе.

Водород широко
распространен в природе, его содержание в земной коре (литосфера и гидросфера) составляет
по массе 1%, а по числу атомов 16%. Водород входит в состав самого
распространенного вещества на Земле – воды (11,19% Водорода по массе), в состав
соединений, слагающих угли, нефть, природные газы, глины, а также организмы
животных и растений (то есть в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров,
углеводов и других). В свободном состоянии Водород встречается крайне редко, в
небольших количествах он содержится в вулканических и других природных газах.
Ничтожные количества свободного Водорода (0,0001% по числу атомов) присутствуют
в атмосфере. В околоземном пространстве Водород в виде потока протонов образует
внутренний (“протонный”) радиационный пояс Земли. В космосе Водород
является самым распространенным элементом. В виде плазмы он составляет около
половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газов межзвездной
среды и газовых туманностей. Водород присутствует в атмосфере ряда планет и в
кометах в виде свободного Н2, метана СН4, аммиака NH3,
воды Н2О, радикалов. В виде потока
протонов Водород входит в состав корпускулярного излучения Солнца и космических
лучей.

Существуют три изотопа водорода:
а) легкий водород – протий,
б) тяжелый водород – дейтерий (D),
в) сверхтяжелый водород – тритий (Т).

Тритий неустойчивый
(радиоактивный) изотоп, поэтому в природе он практически не встречается.
Дейтерий устойчив, но его очень мало: 0,015% (от массы всего земного водорода).

Валентность
водорода в соединениях

В соединениях водород
проявляет валентность I.

Физические
свойства водорода

Простое вещество
водород (Н2) – это газ, легче воздуха, без цвета, без запаха, без
вкуса, tкип = – 2530С, водород в воде нерастворим , горюч. Собирать водород можно путем вытеснения
воздуха из пробирки или воды. При этом пробирку нужно перевернуть вверх дном.

Получение
водорода

В лаборатории водород
получают в результате реакции

Видео – Эксперимент
“Получение водорода и проверка его на чистоту”

Zn + H2SO4
= ZnSO4 + H2

Вместо цинка можно
использовать железо, алюминий и некоторые другие металлы, а вместо серной
кислоты – некоторые другие разбавленные кислоты. Образующийся водород собирают
в пробирку методом вытеснения воды (см. рис. 10.2 б) или просто в
перевернутую колбу (рис. 10.2 а).

В промышленности в больших
количествах водород получают из природного газа (в основном это метан) при
взаимодействии его с парами воды при 800 °С в присутствии никелевого
катализатора:

CH4 + 2H2O = 4H2 +CO2
(t, Ni)

или обрабатывают при
высокой температуре парами воды уголь:

2H2O + С =
2H2 + CO2. (t)

Чистый водород получают
из воды, разлагая ее электрическим током (подвергая электролизу):

2H2O = 2H2+ O2(электролиз).

Дополнительно:

Видео – Эксперимент
“Мыльные пузыри с водородом”

ТРЕНАЖЁРЫ

Тренажёр №1- Нахождение
водорода в природе. Физические свойства

Тренажёр №2 –
Характеристика водорода по положению в Периодической системе элементов Д. И.
Менделеева

АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ УХР ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

Источник