Физические и химические свойства водорода
Лекция 29 Водород. Вода План лекции: Водород как химический элемент Получение и применение водорода Физические и химические свойства водорода Вода. Химические и физические свойства Роль водорода и воды в природе Водород как химический элемент Водород — это единственный элемент периодической системы Д. И. Менделеева, местоположение которого неоднозначно. Его химический символ в таблице Менделеева записан дважды: и в IA,и в VIIAгруппах. Это объясняется тем, что водород имеет ряд свойств, объединяющих его как с щелочными металлами, так и с галогенами (табл. 14). Таблица 14 Сравнение свойств водорода со свойствами щелочных металлов и галогенов
В природе водород существует в виде трех изотопов с массовыми числами 1, 2 и 3: протий 11Н, дейтерий 21D и тритий 31Т. Первые два являются стабильными изотопами, а третий — радиоактивен. В природной смеси изотопов преобладает протий. Количественные соотношения между изотопами Н : D : Т составляют 1 : 1,46 • 10-5 : 4,00 • 10-15. Соединения изотопов водорода отличаются по свойствам друг от друга. Так, например, температура кипения и замерзания легкой протиевой воды (H2O) соответственно равны – 100оС и 0оС, а дейтериевой (D2O) – 101,4оС и 3,8оС. Скорость протекания реакций с участием легкой воды выше, чем тяжелой. Во Вселенной водород является самым распространенным элементом — на его долю приходится около 75% массы Вселенной или свыше 90% всех ее атомов. Водород входит в состав воды в ее важнейшую геологическую оболочку Земли — гидросферу. Водород образует, наряду с углеродом, все органические вещества, т. е. входит в состав живой оболочки Земли — биосферы. В земной коре — литосфере — массовое содержание водорода составляет всего лишь 0,88%, т. е. он занимает 9-е место среди всех элементов. Воздушная оболочка Земли — атмосфера содержит менее миллионной части общего объема, приходящейся на долю молекулярного водорода. Он встречается только в верхних слоях атмосферы. Получение и применение водорода Впервые водород был получен в XVI веке средневековым врачом и алхимиком Парацельсом, при погружении железной пластины в серную кислоту, а в 1766 году английским химиком Генри Кавендишом было доказано, что водород получается не только при взаимодействии железа с серной кислотой, но и других металлов с другими кислотами. Кавендиш также описал впервые свойства водорода. В лабораторных условиях водород получают: 1. Взаимодействием металлов с кислотой: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 2. Взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 В промышленности водород получают следующими способами: 1. Электролиз водных растворов солей, кислот и щелочей. Чаще всего используют раствор поваренной соли: 2NaCl + 2H2O →эл. ток H2 + Cl2 + NaOH 2. Восстановление водяного пара раскаленным коксом: С + Н2О → t СО + Н2 Образующаяся смесь угарного газа и водорода называется водяным газом (синтез газ), и широко используется для синтеза различных химических продуктов (аммиака, метанола и др.). Для выделения водорода из водяного газа угарный газ превращают в углекислый, при нагревании с парами воды: СО + Н2 → t СО2 + Н2 3. Нагревание метана в присутствии паров воды и кислорода. Этот способ в настоящее время является основным: 2СН4 + О2 + 2Н2О → t 2СО2 + 6Н2 Водород широко применяется для: 1. промышленного синтеза аммиака и хлороводорода; 2. получения метанола и синтетического жидкого топлива в составе синтез-газа (2 объема водорода и 1 объем СО); 3. гидроочистки и гидрокрекинга нефтяных фракций; 4. гидрогенизации жидких жиров; 5. резки и сварки металлов; 6. получения вольфрама, молибдена и рения из их оксидов; 7. космических двигателей в качестве топлива. 8. в термоядерных реакторах в качестве топлива используются изотопы водорода. Физические и химические свойства водорода Водород – газ без цвета, вкуса и запаха. Плотность при н.у. 0,09 г/л (в 14 раз легче воздуха). Водород плохо растворим в воде (только 2 объема газа на 100 объемов воды), однако хорошо поглощается d-металлами — никелем, платиной, палладием (в одном объеме палладия растворяется до 900 объемов водорода). В химических реакциях водород проявляет как восстановительные, так и окислительные свойства. Чаще всего водород выступает в качестве восстановителя. 1. Взаимодействие с неметаллами. Водород с неметаллами образует летучие водородные соединения (см. лекция 25). С галогенами скорость реакции и условия протекания изменяются от фтора к иоду: с фтором водород реагирует со взрывом даже в темноте, с хлором реакция идет довольно спокойно при небольшом облучении светом, с бромом и иодом реакции обратимы и идут только при нагревании: H2 + F2 → 2HF H2 + Cl2 → hν 2HCl H2 + I2 → t 2HI С кислородом и серой водород реагирует при небольшом нагревании. Смесь кислорода и водорода в соотношении 1:2 называется гремучим газом: Н2 + О2 → t Н2О H2 + S → t H2S С азотом, фосфором и углеродом реакция происходит при нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора. Реакции обратимы: 3H2 + N2 →кат., р, t2NH3 2H2 + 3P →кат., р, t3PH3 H2 + C →кат., p, t CH4 2. Взаимодействие со сложными веществами. При высокой температуре водород восстанавливает металлы из их оксидов: CuO + H2 → t Cu + H2O 3. При взаимодействие со щелочными и щелочноземельными металлами водород проявляет окислительные свойства: 2Na + H2 → 2NaH Ca + H2 → CaH2 4. Взаимодействие с органическими веществами. Водород активно взаимодействует с со многими органическими веществами, такие реакции называются реакциями гидрирования. Подобные реакции более подробно будут рассмотрены в III части сборника «Органическая химия».
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1113)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |