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

МехАусложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.

Дополнительно:

Видео - Эксперимент "Мыльные пузыри с водородом"

АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ УХР ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

АЛГОРИТМ №1

АЛГОРИТМ №2