Химические свойства водорода. Применение водорода

Осознание содержания этого пункта позволяет:

характеризовать химические свойства, практическое значение водорода; составлять уравнения, схемы электронного баланса соответствующих химических реакций;

формулировать закон объемных отношений газов.

Химические свойства. Атомы водорода в молекулах водорода соединены между собой прочным ковалентной неполярной связью, при образовании которого выделяется значительное количество энергии:

Н • + • Н- > Н Н, ДН = -436 кДж

Столько же энергии нужно для того, чтобы молекулы водорода количеством 1 моль при реакции распались на отдельные атомы. Это достигается нагревом до температуры 2000 ° С. Поэтому при стандартных условиях водород химически инертен и взаимодействует только с активным неметаллом — фтором, с другими веществами — при нагревании, освещении или наличия катализатора. В реакциях может быть восстановителем или окислителем.

Восстановительные свойства водород проявляет в реакциях с кислородом, бромом, серой, селеном, азотом и другими неметаллами, а также с оксидами металлических элементов (как правило, d — элементов) и ненасыщенными углеводородами.

При поджигании водород реагирует с кислородом и горит светло-голубым, почти незаметным пламенем (рис. 21, а). Если к отверстию пробирки со смесью водорода и воздуха преподнести пламя, то произойдет взрыв, которому предшествует свист. Особенно взрывоопасной является смесь из двух объемов водорода и одного объема кислорода. Ее называют гремучей смесью. Способность смеси водорода с кислородом или воздухом взрываться используют для проверки водорода на чистоту, то есть на присутствие в нем воздуха (кислорода). Понятно, что проводить реакции с участием водорода можно только убедившись, что он чист.

Опыт 1. Достройке водород реакцией цинка с кислотой и соберем его в пробирку вытеснением воздуха (см. рис. 20, а). Оставляя пробирку в положении вверх дном, поднимем отверстие ее зажженную лучину. Если водород содержит примеси воздуха, то взрыв сопровождается резким звуком. В таком случае продолжаем наполнять пробирку водородом и снова проверяем его на чистоту. Если сгорания водорода происходит с приглушенным звуком, то собранный водород является чистым.

Практически значимой является реакция водорода с оксидами металлических элементов.

Опыт 2. Составим прибор, как на рис. 21, б. Добудем водород реакцией цинка с кислотой и соберем в отдельную пробирку для проверки на чистоту. Если водород чистый, то пропустим его над нагретым в пробирке меди (II) оксидом. Через некоторое время поверхность оксида покраснеет, а на стенках пробирки появятся капли воды. Итак, в результате реакции образовались медь и вода.

Применение водорода обусловлено его физическими и химическими свойствами. Ранее он широко использовался в летательных аппаратах (аэростатах, дирижаблях). Однако опасность водорода резко ограничила его применения в этом направлении. Сейчас летательные аппараты и воздушные шары наполняют чистым гелием или в смеси с водородом.

Водород является сырьем для получения аммиака, который идет на производство минеральных удобрений, хлоридной кислоты, метанола, который используется для производства пластмасс. В металлургической промышленности водород применяют для извлечения металлов из соответствующих оксидов, в пищевой — для преобразования масел в твердые жиры. Реакция горения водорода в кислороде применяется в водородном горелке для сварки и резки металлов.

Жидкий водород является одним из самых эффективных видов ракетного топлива. В ближайшем будущем возможно использование водорода как экологически чистого топлива для автомобилей: водородные двигатели не загрязняют окружающую среду, поскольку выделяют только водяной пар. Однако при современных технологиях добычи водорода из воды в качестве топлива намного дороже, чем бензина.

Коротко о главном

При стандартных условиях водород — химически инертное вещество и взаимодействует только с фтором. При нагревании, освещении или в присутствии катализатора водород реагирует с большим количеством простых и сложных веществ, проявляя восстановительные или окислительные свойства. Как восстановитель водород вступает в реакцию с кислородом, галогенами, серой, азотом, оксидами металлических элементов, ненасыщенными углеводородами и т.д., как окислитель — с щелочными и щелочноземельными металлами. Реакцию горения водорода в кислороде используют для его проверки на чистоту. Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода называется гремучей смесью, она взрывоопасна.

Водород применяют для наполнения воздушных шаров и летательных аппаратов (вместе с гелием), добыча аммиака, соляной кислоты, метанола, металлов, для преобразования масел в твердые жиры, сварки и резки металлов, как ракетное топливо. В будущем возможно использование водорода как экологически чистого топлива.

Для любознательных. В 1889 г. харьковский биохимик К. Данилевский построил первый в мире управляемый воздушный аппарат, в котором использовался баллон с водородом.

В 1937 г. немецкий дирижабль «Гинденбург», крупнейший в мире на то время, погиб в результате взрыва водорода. Эта катастрофа положила конец эре водородных дирижаблей.

Загрузка...
Мы в Google+