Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ГІДРОГЕН. ВОДЕНЬ

§ 16. Водень. Фізичні властивості. Добування

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

характеризувати фізичні властивості, способи добування водню; складати рівняння, схеми електронного балансу відповідних хімічних реакцій.

Фізичні властивості. Водень Н2 — безбарвний газ без запаху і смаку, неотруйний, найлегший на Землі.

Мал. 19. Молекула водню: а — схема утворення зв'язку; б — модель молекули

Ковалентний неполярний зв’язок між атомами Гідрогену в молекулі водню, утворений перекриванням двох 1s1-орбіталей обох атомів (мал. 19), зумовлює молекулярний тип кристалічної ґратки твердого водню. Тому водень кипить і плавиться за низьких температур (tпл = -259 °С, tкип = -253 °С).

У воді водень малорозчинний: за н.у. у 100 об’ємах води розчиняється лише 2 об’єми водню (кисню за тих самих умов розчиняється 5 об’ємів).

- Поясніть причину незначної розчинності водню та кисню у воді.

Рідкий і твердий водень одержати в земних умовах дуже важко, але для інших планет це цілком звичайний його стан. Так, під атмосферою гіганта Сонячної системи — планети Юпітер є океан рідкого водню завглибшки тисячі кілометрів, а під ним — оболонка з твердого водню.

Добування. У лабораторії водень добувають кількома способами, передусім — реакцією металів, розташованих у витискувальному ряді до водню (цинк, залізо, магній, алюміній), з розбавленими хлоридною або сульфатною кислотами:

Збирають водень у посудину двома способами: витісненням води або повітря в пробірку дном догори.

 Порівняйте способи збирання водню та кисню.

Дослід. Добудемо водень у приладі для добування газів, що складається з пробірки з газовідвідною трубкою. У пробірку помістимо 2—3 гранули цинку, наллємо 3—4 мл хлоридної кислоти, закриємо пробкою з газовідвідною трубкою, яку внесемо в порожню пробірку, закріплену в іншому штативі дном догори (мал. 20, а). Спостерігаємо, як бульбашки газу з’являються на поверхні цинку, відриваються від неї і спливають на поверхню рідини (мал. 20, б). Через деякий час пробірка в іншому штативі наповнюється воднем.

Для збирання водню витісненням води газовідвідну трубку підведемо у пробірку з водою в кристалізаторі (мал. 20, в). Спостерігаємо, як об’єм води поступово зменшується. Коли рідини в пробірці не залишиться, закриємо її отвір під водою скляною пластиною й витягнемо з води. У пробірці зібрався водень.

Іншим лабораторним способом добування водню є електроліз води:

Мал. 20. Прилад для добування та збирання водню витісненням повітря (а), взаємодія цинку з кислотою (б), збирання водню витісненням води (в)

У промисловості водень добувають кількома способами. Найдешевший з них — конверсія (перетворення) метану з водяною парою:

У зв’язку з розвитком водневої енергетики йде пошук нових джерел водню. Реальним і практично невичерпним джерелом водню є вода. Але добування водню з води потребує значних затрат енергії, що можна зменшити за допомоги каталізатора. Уже існують каталізатори на основі нікелю, що дають можливість розкладати воду на кисень і водень під дією сонячного світла, а також виділяти його з рослинної маси.

 Коротко про головне

Проста речовина Гідрогену — водень Н2. Це газ без кольору, запаху, смаку, неотруйний, малорозчинний у воді, легший за повітря, плавиться і кипить за низьких температур.

У лабораторії водень добувають реакцією активних металів з розбавленими хлоридною або сульфатною кислотами, електролізом води, а збирають витісненням води або повітря у посудину дном догори. Промисловий спосіб добування водню — перетворення суміші водяної пари та метану на водень і вуглекислий газ під час нагрівання у присутності нікелевого каталізатора.