Важнейшие методы получения водорода

1. Растворение цинка в разбавленной соляной кислоте

Zn + 2 HCl = ZnCl₂ + H₂

Этот способ чаще всего применяют в лабораториях.

2.Растворение алюминия или кремния в едкой щёлочи

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

Si + 2 KOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2 H₂

Эти реакции применяли раньше для получения водорода в полевых условиях (для наполнения аэростатов).

Вместо кремния также применяют ферросилиций (кремниевый метод). Смесь ферросилиция и раствора едкого натра, введённая в употребление незадолго до первой мировой войны во французской армии под названием гидрогенита, обладает свойством после поджигания тлеть с энергичным выделением водорода по следующей реакции:

Si + Ca(OH)₂ + 2 NaOH = Na₂SiO₃ + CaO + 2 H₂.

3. Действие натрия на воду

2 Na + 2 H₂O = 2 NaOH + H₂

4. Действие гидрида кальция на воду

СaН₂ + 2 H₂O = Сa(OH)₂ + 2 H₂

Этот метод является удобным способом получения водорода в полевых условиях.

5. Пропускание водяного пара над раскалённым докрасна железом

4 Н₂О + 3 Fe = Fe₃O₄ + 4 H₂

При помощи этой реакции в 1783 г. Лавуазье впервые аналитически доказал состав воды. Этот метод долгое время имел большое промышленное значение. В небольших масштабах его применяют и в настоящее время.

6.Пропускание водяного пара над коксом.

При температуре выше 1000 °С реакция идёт главным образом по уравнению

Н₂О + С = СО + Н₂.

СО + NaOH = HCOONa - формиат натрия.

Этот метод даёт очень чистый водород, который используют, например, для гидрогенизации жиров.

СО реагирует с водой по уравнению

СО + Н₂Опар = СО₂ + Н₂ ("конверсия СО").

Образующийся при этом СО₂

Выделяемый из водяного газа водород (содержащий азот) применяют главным образом для синтеза аммиака и гидрирования угля.

7. Фракционное сжиженнее коксового газа.

Подобно получению из водяного газа, водород можно получать фракционным сжижением коксового газа, основной составной частью которого является водород.

Этот метод применяют главным образом, чтобы получить водород для синтеза аммиака.

8. Взаимодействие метана с водяным паром (разложение метана).

Метан взаимодействует с водяным паром в присутствии соответствующих катализаторов при нагревании (1100 °С) по уравнению

СН₄ + Н₂Опар + 204 кДж (при постоянном давлении).

Необходимое для реакции тепло следует подводить или извне, или применяя "внутреннее сгорание", т. е. подмешивая воздух или кислород таким образом, чтобы часть метана сгорала до диоксида углерода

СН₄ + 2 О₂ = СО₂ + 2 Н₂Опар + 802 кДж (при постоянном давлении).

При этом соотношение компонентов выбирают с таким расчётом, чтобы реакция в целом была экзотермичной

12 СН₄ + 5 Н₂Опар + 5 О₂ = 29 Н2 + 9 СО + 3 СО₂ + 85,3 кДж.

9.Взаимодействие водяного пара с фосфором (фиолетовым).

2 Р + 8 Н₂О = 2 Н₃РО₄ + 5 Н₂

Этот метод применяют прежде всего, если водород идёт для синтеза аммиака, который затем перерабатывают на важное, не содержащее примесей удобрение - аммофос (смесь гидро- и дигидрофосфата аммония).

10. Электролитическое разложение воды.

2 H₂O = 2 H₂ + O₂

Водород, получаемый этим методом довольно дорог.

Применение водорода.

Водород используют в различных отраслях промышленности.

Много водорода уходит на производство аммиака (NH₃). Далее из аммиака получают азотные удобрения, синтетические волокна и пластмассы, лекарства.

Из водорода и хлора производят хлороводород (HCl) и соляную кислоту (водный раствор HCl).

Водород используют при производстве различных органических веществ. Например, для производства метилового спирта используют смесь водорода с угарным газом (CO) — синтез-газ.

В пищевой промышленности водород используют при производстве маргарина, в состав которого входят твердые растительные жиры. Чтобы их получить из жидких жиров, над ними пропускают водород.

С помощью водорода в промышленных масштабах восстанавливают некоторые металлы из их оксидов. Так получают, например, вольфрам.

Когда водород горит в кислороде, то поднимается температура около 3000 °C. При такой температуре можно плавить и сваривать тугоплавкие металлы. Таким образом водород используется при сварке.

Сжиженный водород применяют как ракетное горючее.

Раньше водородом заполняли воздушные шары и аэростаты, так как он намного легче воздуха.

2. Характеристика кислорода, получение водорода и его применение.

Кислород - самый распространенный химический элемент в земной коре. Воздух содержит 0,209 объемных долей, или 20.9% кислорода, что составляет приблизительно 1/5 по объему.
Кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ. Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, составляющие земную кору, содержат кислород. Кислород является также важной частью многих органических соединений, например, белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.

Получение кислорода

Получение в лаборатории. В лаборатории кислород получают при разложение некоторых сложных кислород содержащих веществ:
2H₂O^{постоянный ток}>2H₂ + O₂
2H₂O₂^{оксид магнезий}>2H₂O + O₂
2HgO ^t >2Hg + O₂

Из курсов природоведения и ботаники вам известно, что кислород, выделяющийся в этих реакциях, можно собрать методом вытеснения воздуха или над водой.