• История открытия водорода

    Если является самым распространенным химическим элементом на Земле, то водород – самый распространенный элемент во всей Вселенной. Наше (и другие звезды) примерно на половину состоит из водорода, а что касается межзвездного газа, то он на 90% состоит из атомов водорода. Немалое место этот химический элемент занимает и на Земле, ведь вместе с кислородом он входит в состав воды, а само его название «водород» происходит от двух древнегреческих слов: «вода» и «рожаю». Помимо воды водород присутствует в большинстве органических веществ и клеток, без него, как и без кислорода, была бы немыслима сама Жизнь.

    История открытия водорода

    Первым среди ученых водород заметил еще великий алхимик и лекарь средневековья Теофраст Парацельс. В своих алхимических опытах, в надежде отыскать «философский камень» смешивая с кислотами Парацельс получил некий неизвестный до того горючий газ. Правда отделить этот газ от воздуха так и не удалось.

    Только спустя полтора века после Парацельса французскому химику Лемери таки удалось отделить водород от воздуха и доказать его горючесть. Правда Лемери так и не понял, что полученный им газ является чистым водородом. Параллельно подобными химическими опытами занимался и русский ученый Ломоносов, но настоящий прорыв в исследовании водорода был сделан английским химиком Генри Кавендишом, которого по праву считают первооткрывателем водорода.

    В 1766 году Кавендишу удалось получить чистый водород, который он называл «горючим воздухом». Еще через 20 лет талантливый французский химик Антуан Лавуазье смог синтезировать воду и выделить из нее этот самый «горючий воздух» – водород. И к слову именно Лавуазье предложил водороду его название – «Hydrogenium», он же «водород».

    Антуан Лавуазье со своей женой, помогавшей ему проводить химические опыты, в том числе и по синтезу водорода.

    В основе расположения химических элементов в периодической системе Менделеева лежит их атомный вес, рассчитанный относительно атомного веса водорода. То есть иными словами водород и его атомный вес является краеугольным камнем таблицы Менделеева, той точкой опоры, на основе которой великий химик создал свою систему. Поэтому не удивительно, что в таблице Менделеева водород занимает почетное первое место.

    Помимо этого водород имеет такие характеристики:

    • Атомная масса водорода составляет 1,00795.
    • У водорода в наличии три изотопа, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами.
    • Водород – легкий элемент имеющий малую плотность.
    • Водород обладает восстановительными и окислительными свойствами.
    • Вступая в с металлами, водород принимает их электрон и стает окислителем. Подобные соединения называются гидратами.

    Водород это газ, молекула его состоит из двух атомов.

    Так схематически выглядит молекула водорода.

    Молекулярный водород, образованный из таких вот двухатомных молекул взрывается при поднесенной горящей спичке. Молекула водорода при взрыве распадается на атомы, которые превращаются в ядра гелия. Именно таким образом происходят на Солнце и других звездах – за счет постоянного распадение молекул водорода наше светило горит и обогревает нас своим теплом.

    Физические свойства водорода

    У водорода в наличие следующие физические свойства:

    • Температура кипения водорода составляет 252,76 °C;
    • А при температуре 259,14 °C он уже начинает плавиться.
    • В воде водород растворяется слабо.
    • Чистый водород – весьма опасное взрывчатое и горючее вещество.
    • Водород легче воздуха в 14,5 раз.

    Химические свойства водорода

    Поскольку водород может быть в разных ситуациях и окислителем и восстановителем его используют для осуществления реакций и синтезов.

    Окислительные свойства водорода взаимодействуют с активными (обычно щелочными и щелочноземельными) металлами, результатом этих взаимодействий является образование гидридов – солеподобных соединений. Впрочем, гидриды образуются и при реакциях водорода с малоактивными металлами.

    Восстановительные свойства водорода обладают способностью восстанавливать металлы до простых веществ из их оксидов, в промышленности это называется водородотермией.

    Как получить водород?

    Среди промышленных средств получения водорода можно выделить:

    • газификацию угля,
    • паровую конверсию метана,
    • электролиз.

    В лаборатории водород можно получить:

    • при гидролизе гидридов металлов,
    • при реакции с водой щелочных и щелочноземельных металлов,
    • при взаимодействии разбавленных кислот с активными металлами.

    Применение водорода

    Так как водород в 14 раз легче воздуха, то в былые времена им начиняли воздушные шары и дирижабли. Но после серии катастроф произошедших с дирижаблями конструкторам пришлось искать водороду замену (напомним, чистый водород – взрывоопасное вещество, и малейшей искры было достаточно, чтобы случился взрыв).

    Взрыв дирижабля Гинденбург в 1937 году, причиной взрыва как раз и стало воспламенение водорода (вследствие короткого замыкания), на котором летал этот огромный дирижабль.

    Поэтому для подобных летательных аппаратов вместо водорода стали использовать гелий, который также легче воздуха, получение гелия более трудоемкое, зато он не такой взрывоопасный как водород.

    Также с помощью водорода производится очистка различных видов топлива, в особенности на основе нефти и нефтепродуктов.

    Водород, видео

    И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.


    • Водород – это газ, именно он находится на первом месте в Периодической системе. Название этого широко распространенного в природе элемента в переводе с латыни означает «порождающий воду». Так какие физические и химические свойства водорода нам известны?

    Водород: общая информация

    При обычных условиях водород не имеет ни вкуса, ни запаха, ни цвета.

    Рис. 1. Формула водорода.

    Поскольку атом имеет один энергетический электронный уровень, на котором могут находиться максимум два электрона, то для устойчивого состояния атом может как принять один электрон (степень окисления -1), так и отдать отдать один электрон (степень окисления +1), проявляя постоянную валентность I. Именно поэтому символ элемента водорода помещают не только в IA группу (главную подгруппу I группы) вместе со щелочными металлами, но и в VIIA группу (главную подгруппу VII группы) вместе с галогенами. Атомам галогенов тоже не хватает одного электрона до заполнения внешнего уровня, и они, как и водород, являются неметаллами. Водород проявляет положительную степень окисления в соединениях, где он связан с более электроотрицательными элементами-неметаллами, а отрицательную степень окисления – в соединениях с металлами.

    Рис. 2. Расположение водорода в периодической системе.

    У водорода есть три изотопа, каждый из которых имеет собственное название: протий, дейтерий, тритий. Количество последнего на Земле ничтожно.

    Химические свойства водорода

    В простом веществе H 2 связь между атомами прочная (энергия связи 436 кДж/моль), поэтому активность молекулярного водорода невелика. При обычных условиях он взаимодействует только с очень активными металлами, а единственным неметаллом, с которым водород вступает в реакцию, является фтор:

    F 2 +H 2 =2HF (фтороводород)

    С другими простыми (металлами и неметаллами) и сложными (оксидами, органическими неопределенными соединениями) веществами водород реагирует либо при облучении и повышении температуры, либо в присутствии катализатора.

    Водород горит в кислороде с выделением значительного количества теплоты:

    2H 2 +O 2 =2H 2 O

    Смесь водорода с кислородом (2 объема водорода и 1 объем кислорода) при поджигании сильно взрывается и поэтому носит название гремучего газа. При работе с водородом следует соблюдать правила техники безопасности.

    Рис. 3. Гремучий газ.

    В присутствии катализаторов газ может реагировать с азотом:

    3H 2 +N 2 =2NH 3

    – по этой реакции при повышенных температурах и давлении в промышленности получают аммиак.

    В условиях высокой температуры водород способен реагировать с серой, селеном, теллуром. а при взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами происходит образование гидридов:4.3 . Всего получено оценок: 186.

    Гидроген Н - химический элемент, один из самых распространённых в нашей Вселенной. Масса водорода как элемента в составе веществ составляет 75 % от общего содержания атомов другого типа. Он входит в наиважнейшее и жизненно необходимое соединение на планете - воду. Отличительной особенностью водорода также является то, что он первый элемент в периодический системе химических элементов Д. И. Менделеева.

    Открытие и исследование

    Первые упоминания о водороде в трудах Парацельса датируются шестнадцатым веком. Но его выделение из газовой смеси воздуха и исследование горючих свойств были произведены уже в семнадцатом веке учёным Лемери. Досконально изучил гидроген английский химик, физик и естествоиспытатель который опытным путём доказал, что масса водорода наименьшая в сравнении с другими газами. В последующих этапах развития науки многие учёные работали с ним, в частности Лавуазье, назвавший его «рождающим воду».

    Характеристика по положению в ПСХЭ

    Элемент, открывающий периодическую таблицу Д. И. Менделеева, - это водород. Физические и химические свойства атома проявляют некую двойственность, так как гидроген одновременно относят к первой группе, главной подгруппе, если он ведёт себя как металл и отдаёт единственный электрон в процессе химической реакции, и к седьмой - в случае полного заполнения валентной оболочки, то есть приёме отрицательной частицы, что характеризует его как подобный галогенам.

    Особенности электронного строения элемента

    Свойства сложных веществ, в состав которых он входит, и самого простого вещества Н 2 в первую очередь определяются электронной конфигурацией гидрогена. Частица имеет один электрон с Z= (-1), который вращается по своей орбите вокруг ядра, содержащего один протон с единичной массой и положительным зарядом (+1). Его электронная конфигурация записывается как 1s 1 , что означает наличие одной отрицательной частицы на самой первой и единственной для гидрогена s-орбитали.

    При отрыве или отдаче электрона, а атом этого элемента имеет такое свойство, что роднит его с металлами, получается катион. По сути ион водорода - это положительная элементарная частица. Поэтому лишенный электрона гидроген называют попросту протоном.

    Физические свойства

    Если описывать водорода кратко, то это бесцветный, малорастворимый газ с относительной атомной массой равной 2, в 14,5 раза легче, чем воздух, с температурой сжижения, составляющей -252,8 градуса Цельсия.

    На опыте можно легко убедиться в том, что Н 2 самый легкий. Для этого достаточно наполнить три шара различными веществами - водородом, углекислым газом, обычным воздухом - и одновременно выпустить их из руки. Быстрее всех достигнет земли тот, который наполнен СО 2 , после него опустится надутый воздушной смесью, а содержащий Н 2 вовсе поднимется к потолку.

    Маленькая масса и размер частиц водорода обосновывают его способность проникать через различные вещества. На примере того же шара в этом легко убедиться, через пару дней он сам сдуется, так как газ просто пройдёт через резину. Также водород может накапливаться в структуре некоторых металлов (палладий или платина), а при повышении температуры испаряться из неё.

    Свойство малорастворимости водорода используют в лабораторной практике для его выделения способом вытеснения водорода (таблица, изображенная ниже, содержит основные параметры) определяют сферы его применения и методы получения.

    Параметр атома или молекулы простого вещества Значение
    Атомная масса (молярная масса) 1,008 г/моль
    Электронная конфигурация 1s 1
    Кристаллическая решётка Гексагональная
    Теплопроводность (300 K) 0,1815 Вт/(м·К)
    Плотность при н. у. 0,08987 г/л
    Температура кипения -252,76 °C
    Удельная теплота сгорания 120,9·10 6 Дж/кг
    Температура плавления -259,2 °C
    Растворимость в воде 18,8 мл/л

    Изотопный состав

    Как и многие другие представители периодической системы химических элементов, гидроген имеет несколько природных изотопов, то есть атомов с одинаковым числом протонов в ядре, но различным числом нейтронов - частиц с нулевым зарядом и единичной массой. Примеры атомов, обладающих подобным свойством - кислород, углерод, хлор, бром и прочие, в том числе радиоактивные.

    Физические свойства водорода 1 Н, самого распространённого из представителей данной группы, значительно отличаются от таких же характеристик его собратьев. В частности, разнятся особенности веществ, в состав которых они входят. Так, существует обычная и дейтерированная вода, содержащая в своём составе вместо атома водорода с одним-единственным протоном дейтерий 2 Н - его изотоп с двумя элементарными частицами: положительной и незаряженной. Этот изотоп в два раза тяжелее обычного гидрогена, что и объясняет кардинальное различие в свойствах соединений, которые они составляют. В природе дейтерий встречается в 3200 раз реже, чем водород. Третий представитель - тритий 3 Н, в ядре он имеет два нейтрона и один протон.

    Способы получения и выделения

    Лабораторные и промышленные методы весьма отличаются. Так, в малых количествах газ получают в основном с помощью реакций, в которых участвуют минеральные вещества, а крупномасштабные производства в большей степени используют органический синтез.

    В лаборатории применяют следующие химические взаимодействия:


    В промышленных интересах газ получают такими методами, как:

    1. Термическое разложение метана в присутствии катализатора до составляющих его простых веществ (350 градусов достигает значение такого показателя, как температура) - водорода Н 2 и углерода С.
    2. Пропускание парообразной воды через кокс при 1000 градусов Цельсия с образованием углекислого газа СО 2 и Н 2 (самый распространённый метод).
    3. Конверсия газообразного метана на никелевом катализаторе при температуре, достигающей 800 градусов.
    4. Водород является побочным продуктом при электролизе водных растворов хлоридов калия или натрия.

    Химические взаимодействия: общие положения

    Физические свойства водорода во многом объясняют его поведение в процессах реагирования с тем или иным соединением. Валентность гидрогена равняется 1, так как он в таблице Менделеева расположен в первой группе, а степень окисления проявляет различную. Во всех соединениях, кроме гидридов, водород в с.о.= (1+), в молекулах типа ХН, ХН 2 , ХН 3 - (1-).

    Молекула газа водорода, образованная посредством создания обобщенной электронной пары, состоит из двух атомов и довольно устойчива энергетически, именно поэтому при нормальных условиях несколько инертна и в реакции вступает при изменении нормальных условий. В зависимости от степени окисления водорода в составе прочих веществ, он может выступать как в качестве окислителя, так и восстановителя.

    Вещества, с которыми реагирует и которые образует водород

    Элементные взаимодействия с образованием сложных веществ (часто при повышенных температурах):

    1. Щелочной и щелочноземельный металл + водород = гидрид.
    2. Галоген + Н 2 = галогеноводород.
    3. Сера + водород = сероводород.
    4. Кислород + Н 2 = вода.
    5. Углерод + водород = метан.
    6. Азот + Н 2 = аммиак.

    Взаимодействие со сложными веществами:

    1. Получение синтез-газа из монооксида углерода и водорода.
    2. Восстановление металлов из их оксидов с помощью Н 2 .
    3. Насыщение водородом непредельных алифатических углеводородов.

    Водородная связь

    Физические свойства водорода таковы, что позволяют ему, находясь в соединении с электроотрицательным элементом, образовывать особый тип связи с таким же атомом из соседних молекул, имеющих неподелённые электронные пары (например, кислородом, азотом и фтором). Ярчайший пример, на котором лучше рассмотреть подобное явление, - это вода. Она, можно сказать, прошита водородными связями, которые слабее ковалентных или ионных, но за счёт того, что их много, оказывают значительное влияние на свойства вещества. По сути, водородная связь - это электростатическое взаимодействие, которое связывает молекулы воды в димеры и полимеры, обосновывая её высокую температуру кипения.

    Гидроген в составе минеральных соединений

    В состав всех входит протон - катион такого атома, как водород. Вещество, кислотный остаток которого имеет степень окисления больше (-1), называется многоосновным соединением. В нём присутствует несколько атомов водорода, что делает диссоциацию в водных растворах многоступенчатой. Каждый последующий протон отрывается от остатка кислоты всё труднее. По количественному содержанию водородов в среде определяется его кислотность.

    Применение в деятельности человека

    Баллоны с веществом, так же как и емкости с другими сжиженными газами, например кислородом, имеют специфический внешний вид. Они выкрашены в темновато-зелёный цвет с ярко-красной надписью «Водород». Газ закачивают в баллон под давлением порядка 150 атмосфер. Физические свойства водорода, в частности легкость газообразного агрегатного состояния, используют для наполнения им в смеси с гелием аэростатов, шаров-зондов и т.д.

    Водород, физические и химические свойства которого люди научились использовать много лет назад, на сегодняшний момент задействован во многих отраслях промышленности. Основная его масса идёт на производство аммиака. Также водород участвует в (гафния, германия, галлия, кремния, молибдена, вольфрама, циркония и прочих) из окислов, выступая в реакции в качестве восстановителя, синильной и соляной кислот, а также искусственного жидкого топлива. Пищевая промышленность использует его для превращения растительных масел в твёрдые жиры.

    Определили химические свойства и применение водорода в различных процессах гидрогенизации и гидрирования жиров, углей, углеводородов, масел и мазута. С помощью него производят драгоценные камни, лампы накаливания, проводят ковку и сварку металлических изделий под воздействием кислородно-водородного пламени.

    Химические свойства водорода

    При обычных условиях молекулярный Водород сравнительно мало активен, непосредственно соединяясь лишь с наиболее активными из неметаллов (с фтором, а на свету и с хлором). Однако при нагревании он вступает в реакции со многими элементами.

    Водород вступает в реакции с простыми и сложными веществами:

    - Взаимодействие водорода с металлами приводит к образованию сложных веществ - гидридов, в химических формулах которых атом металла всегда стоит на первом месте:


    При высокой температуре Водород непосредственно реагирует с некоторыми металлами (щелочными, щелочноземельными и другими), образуя белые кристаллические вещества - гидриды металлов (Li Н, Na Н, КН, СаН 2 и др.):

    Н 2 + 2Li = 2LiH

    Гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:

    СаH 2 + 2Н 2 О = Са(ОН) 2 + 2Н 2

    - При взаимодействии водорода с неметаллами образуются летучие водородные соединения. В химической формуле летучего водородного соединения, атом водорода может стоять как на первом так и на втором месте, в зависимости от местонахождения в ПСХЭ (см. табличку в слайде):

    1). С кислородом Водород образует воду:

    Видео "Горение водорода"

    2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О + Q

    При обычных температурах реакция протекает крайне медленно, выше 550°С - со взрывом (смесь 2 объемов Н 2 и 1 объема О 2 называется гремучим газом ) .

    Видео "Взрыв гремучего газа"

    Видео "Приготовление и взрыв гремучей смеси"

    2). С галогенами Водород образует галогеноводороды, например:

    Н 2 + Cl 2 = 2НСl

    При этом с фтором Водород взрывается (даже в темноте и при - 252°С), с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а с йодом только при нагревании.

    3). С азотом Водород взаимодействует с образованием аммиака:

    ЗН 2 + N 2 = 2NН 3

    лишь на катализаторе и при повышенных температуpax и давлениях.

    4). При нагревании Водород энергично реагирует с серой :

    Н 2 + S = H 2 S (сероводород),

    значительно труднее с селеном и теллуром.

    5). С чистым углеродом Водород может реагировать без катализатора только при высоких температуpax:

    2Н 2 + С (аморфный) = СН 4 (метан)


    - Водород вступает в реакцию замещения с оксидами металлов , при этом образуются в продуктах вода и восстанавливается металл. Водород - проявляет свойства восстановителя:


    Водород используется для восстановления многих металлов , так как отнимает кислород у их оксидов:

    Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4Н 2 О, и т. д.

    Применение водорода

    Видео "Применение водорода"

    В настоящее время водород получают в огромных количествах. Очень большую часть его используют при синтезе аммиака, гидрогенизации жиров и при гидрировании угля, масел и углеводородов. Кроме того, водород применяют для синтеза соляной кислоты, метилового спирта, синильной кислоты, при сварке и ковке металлов, а также при изготовлении ламп накаливания и драгоценных камней. В продажу водород поступает в баллонах под давлением свыше 150 атм. Они окрашены в тёмно-зелёный цвет и снабжаются красной надписью "Водород".

    Водород используется для превращения жидких жиров в твердые (гидрогенизация), производства жидкого топлива гидрогенизацией углей и мазута. В металлургии водород используют как восстановитель оксидов или хлоридов для получения металлов и неметаллов (германия, кремния, галлия, циркония, гафния, молибдена, вольфрама и др.).

    Практическое применение водорода многообразно: им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он служит сырьём для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.), в пищевой - для выработки из растительных масел твёрдых жиров и т. д. Высокая температура (до 2600 °С), получающаяся при горении водорода в кислороде, используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п. Жидкий водород является одним из наиболее эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое потребление водорода превышает 1 млн. т.

    ТРЕНАЖЕРЫ

    №2. Водород

    ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

    Задание №1
    Составьте уравнения реакций взаимодействия водорода со следующими веществами: F 2 , Ca, Al 2 O 3 , оксидом ртути (II), оксидом вольфрама (VI). Назовите продукты реакции, укажите типы реакций.

    Задание №2
    Осуществите превращения по схеме:
    H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

    Задание №3.
    Вычислите массу воды, которую можно получить при сжигании 8 г водорода?

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ

    Водород – первый элемент Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Символ – Н.

    Атомная масса – 1 а.е.м. Молекула водорода двухатомна – Н 2 .

    Электронная конфигурация атома водорода – 1s 1 . Водород относится к семейству s-элементов. В своих соединениях проявляет степени окисления -1, 0, +1. Природный водород состоит из двух стабильных изотопов – протия 1 Н (99,98%) и дейтерия 2 Н (D) (0,015%) – и радиоактивного изотопа трития 3 Н (Т) (следовые количества, период полураспада – 12,5 лет).

    Химические свойства водорода

    При обычных условиях молекулярный водород проявляет сравнительно низкую реакционную способность, что объясняется высокой прочностью связей в молекуле. При нагревании вступает во взаимодействие практически со всеми простыми веществами, образованными элементами главных подгрупп (кроме благородных газов, B, Si, P, Al). В химических реакциях может выступать как в роли восстановителя (чаще), так и окислителя (реже).

    Водород проявляет свойства восстановителя (Н 2 0 -2е → 2Н +) в следующих реакциях:

    1. Реакции взаимодействия с простыми веществами – неметаллами. Водород реагирует с галогенами , причем, реакция взаимодействия со фтором при обычных условиях, в темноте, со взрывом, с хлором – при освещении (или УФ-облучении) по цепному механизму, с бромом и йодом только при нагревании; кислородом (смесь кислорода и водорода в объемном отношении 2:1 называют «гремучим газом»), серой , азотом и углеродом :

    H 2 + Hal 2 = 2HHal;

    2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q (t);

    H 2 + S = H 2 S (t = 150 – 300C);

    3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

    2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

    2. Реакции взаимодействия со сложными веществами. Водород реагирует с оксидами малоактивных металлов , причем он способен восстанавливать только металлы, стоящие в ряду активности правее цинка:

    CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);

    Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O (t);

    WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O (t).

    Водород реагирует с оксидами неметаллов :

    H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

    2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 – 300 атм., kat = ZnO, Cr 2 O 3).

    Водород вступает в реакции гидрирования с органическими соединениями класса циклоалканов, алкенов, аренов, альдегидов и кетонов и др. Все эти реакции проводят при нагревании, под давлением, в качестве катализаторов используют платину или никель:

    CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3 ;

    C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12 ;

    C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8 ;

    CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;

    CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3 .

    Водород в качестве окислителя (Н 2 +2е → 2Н —) выступает в реакциях взаимодействия со щелочными и щелочноземельными металлами. При этом образуются гидриды – кристаллические ионные соединения, в которых водород проявляет степень окисления -1.

    2Na +H 2 ↔ 2NaH (t, p).

    Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

    Физические свойства водорода

    Водород – легкий бесцветный газ, без запаха, плотность при н.у. – 0,09 г/л, в 14,5 раз легче воздуха, t кип = -252,8С, t пл = — 259,2С. Водород плохо растворим в воде и органически растворителях, хорошо растворим в некоторых металлах: никеле, палладии, платине.

    По данным современной космохимии водород является самым распространенным элементом Вселенной. Основная форма существования водорода в космическом пространстве – отдельные атомы. По распространенности на Земле водород занимает 9 место среди всех элементов. Основное количество водорода на Земле находится в связанном состоянии – в составе воды, нефти, природного газа, каменного угля и т.д. В виде простого вещества водород встречается редко – в составе вулканических газов.

    Получение водорода

    Различают лабораторные и промышленные способы получения водорода. К лабораторным способам относят взаимодействие металлов с кислотами (1), а также взаимодействие алюминия с водными растворами щелочей (2). Среди промышленных способов получения водорода большую роль играют электролиз водных растворов щелочей и солей (3) и конверсия метана (4):

    Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);

    2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);

    2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);

    CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

    Примеры решения задач

    ПРИМЕР 1

    Задание При взаимодействии 23,8 г металлического олова с избытком соляной кислоты выделился водород, в количестве, достаточном, чтобы получить 12,8 г металлической меди Определите степень окисления олова в полученном соединении.
    Решение Исходя из электронного строения атома олова (…5s 2 5p 2) можно сделать вывод, что для олова характерны две степени окисления — +2, +4. На основании этого составим уравнения возможных реакций:

    Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1);

    Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2);

    CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3).

    Найдем количество вещества меди:

    v(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 12,8/64 = 0,2 моль.

    Согласно уравнению 3, количество вещества водорода:

    v(H 2) = v(Cu) = 0,2 моль.

    Зная массу олова, найдем его количество вещества:

    v(Sn) = m(Sn)/M(Sn) = 23,8/119 = 0,2 моль.

    Сравним количества вещества олова и водорода по уравнения 1 и 2 и по условию задачи:

    v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (уравнение 1);

    v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (уравнение 2);

    v(Sn): v(H 2) = 0,2:0,2 = 1:1 (условие задачи).

    Следовательно, олово взаимодействует с соляной кислотой по уравнению 1 и степень окисления олова равна +2.
    Ответ Степень окисления олова равна +2.

    ПРИМЕР 2

    Задание Газ, выделившийся при действии 2,0 г цинка на 18,7 мл 14,6%-ной соляной кислоты (плотность раствора 1,07 г/мл), пропустили при нагревании над 4,0 г оксида меди (II). Чему равна масса полученной твердой смеси?
    Решение При действии цинка на соляную кислоту выделяется водород:

    Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2 (1),

    который при нагревании восстанавливает оксид меди (II) до меди (2):

    СuО + Н 2 = Cu + Н 2 О.

    Найдем количества веществ в первой реакции:

    m(р-ра НСl) = 18,7 . 1,07 = 20,0 г;

    m(НСl) = 20,0 . 0,146 = 2,92 г;

    v(НСl) = 2,92/36,5 = 0,08 моль;

    v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 моль.

    Цинк находится в недостатке, поэтому количество выделившегося водорода равно:

    v(Н 2) = v(Zn) = 0,031 моль.

    Во второй реакции в недостатке находится водород, поскольку:

    v(СuО) = 4,0/80 = 0,05 моль.

    В результате реакции 0,031 моль СuО превратится в 0,031 моль Сu, и потеря массы составит:

    m(СuО) — m(Сu) = 0,031×80 — 0,031×64 = 0,50 г.

    Масса твердой смеси СuО с Сu после пропускания водорода составит:

    4,0-0,5 = 3,5 г.
    Ответ Масса твердой смеси СuО с Сu равна 3,5 г.