Водород и его свойства

Водород и его свойства

Водород — элемент с символом H, первый в Периодической системе. Простое вещество H_2 — самый лёгкий газ, без цвета и запаха. Водород важен как восстановитель и как экологически чистое топливо.

Получение

• В лаборатории — действием кислот на активные металлы: Zn + H_2SO_4 -> ZnSO_4 + H_2(вверх).
• Действием активных металлов на воду: 2Na + 2H_2O -> 2NaOH + H_2(вверх).
• В промышленности — из природного газа и при электролизе воды.

Химические свойства

Водород проявляет в основном восстановительные свойства: он отнимает кислород у оксидов металлов.

Реакция	Уравнение	Роль водорода
С кислородом	2H_2 + O_2 -> 2H_2O	Восстановитель
С оксидом меди	CuO + H_2 -> Cu + H_2O	Восстановитель
С хлором	H_2 + Cl_2 -> 2HCl	Восстановитель

Гремучий газ

Смесь H_2 и O_2 в объёмном отношении 2 : 1 = "гремучий газ" При поджигании взрывается: 2H_2 + O_2 -> 2H_2O Поэтому водород проверяют на чистоту перед опытами

Физические свойства подробнее

Водород в 14,5 раз легче воздуха, поэтому его молярная масса всего 2 г/моль. Он плохо растворим в воде и обладает самой высокой теплопроводностью среди газов. Из-за лёгкости водородом раньше наполняли воздушные шары, но от этого отказались из-за взрывоопасности.

Применение водорода

• Синтез аммиака для производства удобрений: N_2 + 3H_2 -> 2NH_3.
• Получение металлов из их оксидов (восстановление).
• Гидрогенизация жиров в пищевой промышленности.
• Перспективное экологически чистое топливо: при сгорании даёт только воду.

Пример расчёта

Какой объём водорода (н.у.) выделится при реакции 13 г цинка с кислотой? M(Zn) = 65 г/моль -> n(Zn) = 13/65 = 0,2 моль Zn + 2HCl -> ZnCl_2 + H_2 => n(H_2) = n(Zn) = 0,2 моль V(H_2) = 0,2 * 22,4 = 4,48 л

Здесь использован молярный объём газа 22,4 л/моль при нормальных условиях.

Положение в Периодической системе

Водород занимает особое место: его помещают и в первую группу (как у щелочных металлов, он имеет один электрон), и в седьмую (как галогены, ему не хватает одного электрона до завершения оболочки). Это объясняет двойственность его свойств — он может и отдавать, и принимать электроны. Однако в школьном курсе чаще всего его рассматривают как восстановитель, поэтому в большинстве реакций водород отдаёт электроны.

Частые ошибки. Не путайте знаки: при восстановлении оксида меди водород окисляется (отдаёт электроны), а медь восстанавливается. Сам водород при этом является восстановителем, хотя «окисляется».

Кратко о главном

• Водород H_2 — самый лёгкий газ, без цвета и запаха.
• Получают действием кислот или активных металлов на воду.
• Главное химическое свойство — восстановление оксидов металлов.
• Смесь с кислородом (гремучий газ) взрывоопасна.