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).
д) Соединения водорода
Гидриды (бинарные соединения, содержащие водород) делятся на два основных типа:
а) летучие (молекулярные) гидриды,
б) солеобразные (ионные) гидриды.
Элементы IVА – VIIA групп и бор образуют молекулярные гидриды. Из них устойчивы только гидриды элементов, образующих неметаллы:
B2H6 ;CH4; NH3; H2O; HF
SiH4 ;PH3; H2S; HCl
AsH3; H2Se; HBr
H2Te; HI
За исключением воды, все эти соединения при комнатной температуре – газообразные вещества, отсюда их название – "летучие гидриды" .
Некоторые из элементов, образующих неметаллы, входят в состав и более сложных гидридов. Например, углерод образует соединения с общими формулами CnH2n+2, CnH2n, CnH2n–2 и другие, где n может быть очень велико (эти соединения изучает органическая химия).
К ионным гидридам относятся гидриды щелочных, щелочноземельных элементов и магния. Кристаллы этих гидридов состоят из анионов Н
и катионов металла в высшей степени окисления Ме
или Ме2 (в зависимости от группы системы элементов).
|
LiH |
|
|
NaH |
MgH2 |
|
KH |
CaH2 |
|
RbH |
SrH2 |
|
CsH |
BaH2 |
И ионные, и почти все молекулярные гидриды (кроме Н2О и НF) являются восстановителями, но ионные гидриды проявляют восстановительные свойства значительно сильнее, чем молекулярные.
Кроме гидридов, водород входит в состав гидроксидов и некоторых солей. Со свойствами этих, более сложных, соединений водорода вы познакомитесь в следующих главах.
Главными потребителями получаемого в промышленности водорода являются заводы по производству аммиака и азотных удобрений, где аммиак получают непосредственно из азота и водорода:
N2 +3H2 
2NH3 (Р, t, Pt – катализатор).
В больших количествах водород используют для получения метилового спирта (метанола) по реакции 2Н2 + СО = СН3ОН (t, ZnO – катализатор), а также в производстве хлороводорода, который получают непосредственно из хлора и водорода:
H2 + Cl2 = 2HCl.
Иногда водород используют в металлургии в качестве восстановителя при получении чистых металлов, например: Fe2O3 + 3H2= 2Fe + 3H2O.
1.Из каких частиц состоят ядра а) протия, б) дейтерия, в) трития?
2.Сравните энергию ионизации атома водорода с энергией ионизации атомов других элементов. К какому элементу по этой характеристике водород ближе всего?
3.Проделайте то же для энергии сродства к электрону
4.Сравните направление поляризации ковалентной связи и степень окисления водорода в соединениях: а) BeH2,CH4, NH3, H2O, HF; б) CH4, SiH4,GeH4.
5.Запишите простейшую, молекулярную, структурную и пространственную формулу водорода. Какая из них чаще всего используется?
6.Часто говорят: " Водород легче воздуха". Что под этим подразумевается? В каких случаях это выражение можно понимать буквально, а в каких –нет?
7.Составьте структурные формулы гидридов калия и кальция, а также аммиака, сероводорода и бромоводорода.
8.Зная молярные теплоты плавления и парообразования водорода, определите значения соответствующих удельных величин.
9.Для каждой из четырех реакций, иллюстрирующих основные химические свойства водорода , составьте электронный баланс. Отметьте окислители и восстановители.
10.Определите массу цинка, необходимого для получения 4,48 л водорода лабораторным способом.
11.Определите массу и объем водорода, который можно получить из 30 м3 смеси метана и паров воды, взятых в объемном отношении 1:2, при выходе 80 %.
12.Составьте уравнения реакций, протекающихпри взаимодействии водорода а) со фтором, б) с серой.
13.Приведенные ниже схемы реакций иллюстрируют основные химические свойства ионных гидридов:
а) MH + O2 MOH (t); б) MH + Cl2 MCl + HCl (t);
в) MH + H2O MOH + H2; г) MH + HCl(p) MCl + H2
Здесь М – это литий, натрий, калий, рубидий или цезий. Составьте уравнения соответствующих реакций в случае, если М – натрий. Проиллюстрируйте уравнениями реакций химические свойства гидрида кальция.
14.Используя метод электронного баланса, составьте уравнения следующих реакций, иллюстрирующих восстановительные свойства некоторых молекулярных гидридов:
а) HI + Cl2 HCl + I2 (t); б) NH3 + O2 H2O + N2 (t); в) CH4 + O2 H2O + CO2 (t).
10.2 Кислород Как и в случае водорода, слово "кислород" является названием и химического элемента, и простого вещества. Кроме простого вещества "кислород" (дикислород) химический элемент кислородобразует еще одно простое вещество, называемое " озон"(трикислород). Это аллотропные модификации кислорода. Вещество кислород состоит из молекул кислорода O2, а вещество озон состоит из молекул озона O3.
а) Химический элемент кислород
В естественном ряду элементов порядковый номер кислорода – 8. В системе элементов кислород находится во втором периоде в VIA группе.
Кислород – самый распространенный элемент на Земле. В земной коре каждый второй атом – атом кислорода, то есть молярная доля кислорода в атмосфере, гидросфере и литосфереЗемли – около 50 %. Кислород (вещество) – составная часть воздуха. Объемная доля кислорода в воздухе –21 %. Кислород (элемент) входит в состав воды, многих минералов, а также растений и животных. В теле человека содержится в среднем 43 кг кислорода.
Природный кислород состоит из трех изотопов (16О, 17О и 18О), из которых наиболее распространен самый легкий изотоп 16О. Поэтому атомная масса кислорода близка к 16 Дн (15,9994 Дн).
б) Атом кислорода
Вам известны следующие характеристики атома кислорода.
|
Атомный номер Заряд ядра Число протонов в ядре Электронная формула атома Орбитальный радиус атома Молярная энергия ионизации Молярная энергия сродства к электрону |
Z = 8 |