Водород

Водород (лат. hydrogenium = греч. ὕδωρ — вода + γεννάω — рождаю) - самый легкий химический элемент, при обычных условиях - газ без цвета, запаха и вкуса. В соединении с кислородом образует воду.

Водород - самый распространенный элемент Вселенной, входит в состав всего живого и небесных тел (73% массы Солнца).

Водород
Степени окисления

Проявляет степени окисления: -1, 0, +1.

Электронная конфигурация водорода
Получение

В промышленности водород получают различными методами:

  • Конверсия с водяным паром при t = 1000 °C
  • CH4 + H2O → CO + H2

  • Методом газификации угля, торфа, сланца
  • C + H2O → CO + H2

  • Электролизом водных растворов щелочей
  • H2O → H2↑ + O2

  • Каталитическим окислением кислородом (неполное окисление)
  • CH4 + O2 → CO + H2

Реактор парциального оксиления

Лабораторные методы традиционно отличаются от промышленных своей простотой. В лаборатории водород получают:

  • Вытеснением водорода из кислот
  • Fe + HCl → FeCl2 + H2

  • Гидролизом гидридов
  • CaH2 + H2O → Ca(OH)2 + H2

  • Взаимодействием активных металлов с водой
  • Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2

  • Реакцией цинка или алюминия с раствором щелочи
  • Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2

Химические свойства

    В реакциях водород проявляет себя как восстановитель и окислитель. Как восстановитель реагирует с элементами, электроотрицательность которых выше, чем у водорода:

  • Как восстановитель реагирует с кислородом, галогенами, азотом, серой, оксидами металлов. При комнатной температуре из перечисленных реакция идет только со фтором.
  • H2 + O2 → (t) H2O

    H2 + F2 → HF (со взрывом в темноте)

    H2 + Cl2 → (t) HCl (со взрывом только на свету)

    H2 + N2 → NH3

    H2 + S → H2S

    H2 + ZnO → Zn + H2O

    Горение водорода в хлоре
  • Как окислитель реагирует с металлами
  • Na + H2 → NaH (гидрид натрия)

    Mg + H2 → MgH2

Вода

Химические свойства:

  • Реакция с металлами
  • Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют водород из воды.

    K + H2O → KOH + H2

  • Реакции с основными и кислотными оксидами
  • Реагирует с основными оксидами - с образованием оснований (реакция идет, если основание растворимо), и с кислотными оксидами - с образованием соответствующих кислот. Не забывайте сохранять степени окисления!

    CaO + H2O → Ca(OH)2

    P2O5 + H2O → H3PO4

  • Гидролиз солей
  • Отмечу здесь реакцию двойного гидролиза, которая заключается в гидролизе одной соли по катиону (CrBr3), а другой - по аниону (Na2CO3).

    Na2CO3 + CrBr3 + H2O → Cr(OH)3↓ + CO2 + NaBr

  • Реакция с гидридами активных металлов
  • LiH + H2O → LiOH + H2

  • Реакции с C, CO, CH4
  • C + H2O → CO + H2

    H2O + CO → (кат.) CO2 + H2

    H2O + CH4 → (кат.) CO + H2

  • С галогенами
  • Cl2 + H2O → HCl + HClO (соляная и хлорноватистая кислоты - без нагревания)

    Cl2 + H2O → HCl + HClO3 (соляная и хлорноватая кислоты - при нагревании)

    Хлор

Кристаллогидраты

Кристаллогидраты - кристаллические соединения, содержащие молекулы воды как самостоятельные структурные единицы. Вода, входящая в состав кристаллогидратов, называется кристаллической. Примеры: CaSO4*2H2O, Na2SO4*10H2O.

При нагревании кристаллогидраты теряют воду. Одним из наиболее известных кристаллогидратов является медный купорос: CuSO4*5H2O. Медный купорос имеет характерный голубой цвет, а безводный сульфат меди - белый.

Медный купорос

В задачах бывает дана масса медного купороса. Надо помнить о том, что часто в реакции не участвует кристаллическая вода. В таком случае следует вычесть кристаллизационную воду и найти массу безводного сульфата калия.

Расчет массы кристаллогидрата
Пероксид водорода

Представляет собой бесцветную жидкость с металлическим вкусом. Концентрированные растворы пероксида водорода взрывоопасны.

Получают пероксид водорода в реакции с пероксидами и супероксидами металлов.

K2O2 + H2O → KOH + H2O2

BaO2 + H2SO4 → BaSO4 + H2O2

В разбавленных растворах пероксид водорода легко разлагается:

H2O2 → H2O + H2

Также перекись проявляет окислительные свойства:

KCl + H2O2 + H2SO4 → Cl2 + K2SO4 + H2O

Пероксид водорода

Перекисью водорода обрабатывают раневую поверхность. Выделяющийся при разложении атомарный кислород разрушает бактериальные клетки, предотвращая осложнение в виде бактериальной инфекции.

Пройдите тест для закрепления знаний

1. Продолжите реакцию K + H2O →

Схема реакции записывается так: K + H2O → KOH + H2

2. Продолжите реакцию Fe + HCl →

Схема реакции записывается так: Fe + HCl → FeCl2 + H2

3. Водород преимущественно используется в промышленности как

В промышленности водород часто используют как восстановитель.

4. С металлами водород образует

В реакции с металлами водород образует гидриды.

5. Водород можно получить гидролизом

В результате гидролиза гидридов образуется основание и выделяется водород.

Ваш результат