Урок №27. Водород, его общая характеристика и нахождение в природе. Получение водорода и его физические свойства. Меры безопасности при работе с водородом
I. Водород – химический элемент
а) Положение в ПСХЭ
Порядковый номер – №1
Период – 1 (первый)
Группа – I/VII, подгруппа – А – главная
Относительная масса Аr(Н)=1
Латинское название – Hydrogenium (рождающий воду)
Произношение – аш
Неметалл
б) Распространённость водорода в природе
Водород - химический элемент:
В земной коре – 10 место среди всех элементов
Самый распространённый элемент во вселенной – 92% от числа всех атомов (основная составная часть звёзд и межзвёздного газа)
В соединениях:
Н2 – газ водород;
Н2О – вода (11% по массе);
СН4 – газ метан (25% по массе);
Органические вещества (нефть, горючие природные газы и других);
В организмах животных и растений – в составе белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других;
В теле человека в среднем содержится около 7 килограммов водорода в составе соединений.
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).
в) Валентность водорода в соединениях
I - одновалентен
Например,
H2O - вода
Н2О2 - перекись водорода
Н2 - газ водород
II. Водород – простое вещество (Н2)
а) Физические свойства
Н2 – газ↑, ц, з, горюч
Mr(Н2) =2, газ легче воздуха
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.
б) Получение водорода
Промышленность
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 =t°С, Ni = 4H2 ↑+CO2
или обрабатывают при высокой температуре парами воды уголь:
2H2O + С (уголь) = t°С= 2H2 + CO2
Чистый водород получают из воды, разлагая ее электрическим током, подвергая электролизу:
2H2O = эл. ток = 2H2↑ + O2↑
Лаборатория
В лаборатории водород можно получить в аппарате Киппа или приборе Кирюшкина:
1) Взаимодействие металлов с кислотами:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Видео - Эксперимент "Получение водорода и проверка его на чистоту"
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).
2) Взаимодействие активных металлов с водой:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
основание
Получение водорода методом вытеснения воздуха и методом вытеснения воды
Получение водорода в аппарате Петера-Якоба Киппа и при помощи прибора Д. М. Кирюшкина
Кислоты
НnА – это сложные вещества в состав которых входят кислотный остаток (А) и атомы водорода, которые способны замещаться на атомы металла
Основания
Mе(OH)n – это сложные вещества, состоящие из атома металла, связанного с одной или несколькими гидроксильными группами - ОН.
Соли
МехАу – сложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.
Дополнительно:
Видео - Эксперимент "Мыльные пузыри с водородом"
АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ УХР ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА