Получение водорода отражено в уравнении реакции 2hcl

Получение водорода

История открытия водорода История водорода начинается с XVI века, когда было замечено, что при действии кислот на железо и другие металлы выделяется некий неизвестный газ. Первоначально его назвали «горючим воздухом». Такое название газ получил из-за способности гореть. Во второй половине XVIII века английский ученый Генри Кавендиш получил водород при действии соляной кислоты HCl на цинк:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2­

Что же такое кислота с точки зрения химии? Кислота – это сложное вещество, в состав которого всегда входят атомы водорода. В формулах кислот атомы водорода принято писать на первом месте. Атомы, следующие в формуле за водородом, называют кислотным остатком. Так, в соляной кислоте HCl кислотный остаток – Cl.

Например, в серной кислоте H2SO4, кислотный остаток – SO4. Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток Генри Кавендиш изучил свойства «горючего воздуха». Он установил, что этот газ намного легче воздуха, а при сгорании на воздухе образует прозрачные капли жидкости. Этой жидкостью оказалась вода.

Генри Кавендиша считают первооткрывателем водорода. Вывод о том, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, был сделан в 1784 году французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье. Антуан Лоран Лавуазье дал этому веществу латинское название (Hydrogenium), которое происходило от греческих слов «хюдор» – вода и «геннао» – рождаю. В те годы под элементами подразумевали простые вещества, которые нельзя далее разложить на составные части. Поэтому у химического элемента водорода такое же название, как и у просто вещества H2. Русское слово водород – это точный перевод латинского названия Hydrogenium.

Получение водорода в лаборатории

Современный лабораторный способ получения водорода не отличается от того, которым его получал Генри Кавендиш. Это реакции металлов с кислотами. В лаборатории водород получают в аппарате Киппа (рисунок 152).

Аппарат Киппа изготовляется из стекла и состоит из нескольких частей:

1. реакционная колба с резервуаром;
2. воронка с длинной трубкой;
3. газоотводная трубка.

Реакционная колба имеет верхнюю шарообразную часть с отверстием, в которое вставляется газоотводная трубка, снабженная краном или зажимом, и нижний резервуар в виде полусферы. Нижний резервуар и реакционная колба разделены резиновой или пластиковой прокладкой с отверстием, через которое проходит в нижний резервуар длинная трубка воронки, доходящая почти до дна. На прокладку через боковое отверстие шпателем насыпают твёрдые вещества (мрамор, цинк). Отверстие закрывается пробкой с газоотводной трубкой. Затем при открытом кране или зажиме в верхнюю воронку заливается раствор кислоты. Когда уровень жидкости достигает вещества на прокладке, начинается химическая реакция с выделением газа. При закрытии крана давление выделяющегося газа выдавливает жидкость из реактора в верхнюю часть воронки. Реакция прекращается. Открытие крана приводит к возобновлению реакции. Поместим в реакционную колбу кусочки цинка. В качестве кислоты воспользуемся серной кислотой. При контакте цинка и серной кислоты протекает реакция:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2­

Водородом можно заполнить мыльный пузырь.

Для этого необходимо опустить газоотводную трубку в мыльный раствор. На конце трубки начнется формирование мыльного пузыря, заполненного водородом; со временем пузырь отрывается и улетает вверх, что доказывает легкость водорода. Соберем выделяющийся водород. С учетом того, что водород намного легче воздуха, для сбора водорода сосуд, в котором собирается газ, необходимо располагать вверх дном, или производить собирание методом вытеснения воды. Как обнаружить водород? Заполним пробирку водородом, держа ее вверх дном, по отношению к газоотводной трубке. Поднесем пробирку отверстием к пламени спиртовки – слышится характерный хлопок.

Хлопок – это признак того, что в пробирке содержится водород. При поднесении пробирки к пламени водород вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе. При малых количествах реакция кислорода и водорода сопровождается хлопком. Более подробно об этой реакции будет рассказано в следующем параграфе.

Получение водорода в промышленности

Одним из промышленных способов получения водорода является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H2O эл.ток → 2H2­ + O2­.

Данный метод позволяет получить чистый водород и кислород. Процесс превращения химических веществ в другие вещества под действием электричества называется электролизом.

Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока Проведем электролиз воды. В стакан наполненный водой, опустим металлические электроды. Поверх электродов опустим в стакан пробирки, заполненные водой. Подсоединим электроды к источнику тока – батарейке. В пробирках наблюдается выделение газов – водорода и кислорода, которые вытесняют воду. Наблюдая за процессом электролиза, можно заметить, что в одной из пробирок газа собирается в два раза больше, чем в другой. Проанализировав уравнение реакции электролиза воды, можно сделать вывод, в какой пробирке выделяется водород, а в какой – кислород. Попробуйте это сделать самостоятельно.

Существуют и другие способы получения водорода. Железо-паровой метод долгое время широко применялся в промышленности. Через электрическую трубчатую печь проходит трубка из нержавеющей стали, заполненная железными стружками. Через трубку с железными стружками пропускают водяной пар. При температуре около 800°С пары воды взаимодействуют с железом, образуя оксид Fe3O4 (железную окалину) и газообразный водород:

3Fe + 4Н2О = 4Н2­ + Fe3O4.

Можно получить Н2, пропуская Н2О через слой раскаленного угля. При этом образуется смесь двух газов – СО и Н2 (водяной газ):

Н2О + С = CO­ + Н2­

В настоящее время водород получают взаимодействием углеводородов (в основном метана, СН4) с водяным паром или неполным окислением метана кислородом:

2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2

Итог статьи:

• В лаборатории водород получают в аппарате Киппа
• Исходными веществами для получения водорода в лаборатории являются некоторые металлы и кислоты
• Собирать водород нужно методом вытеснения воды, или методом вытеснения воздуха, расположив пробирку вверх дном по отношению к газоотводной трубке
• Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток
• Обнаружить водород можно по характерному хлопку при поднесении пробирки с водородом к пламени
• Одним из промышленных способов получения водорода является электролиз воды
• Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока

Водород. Получение водорода.

Водород – широко распространенный элемент. Благодаря своей уникальности он может выступать в качестве окислителя и в качестве восстановителя. Существует несколько методов получения водорода.

Промышленный метод получения водорода .

1. Электролиз водных растворов солей (поваренная соль NaCl).

2. Пропускание паров поды над раскаленным коксом (Т = 1000 °С):

А на 2-ой стадии водяной газ пропускают над оксидом железа (III) при температуре около 450°С:

Часто эту реакцию называют реакцией сдвига.

3. Получение из природного газа. Основа – конверсия метана (основной компонент природного газа, СН₄) с водяным паром. В итоге получается обратимая смесь, которая называется синтез-газом. Условия протекания процесса: никелевый катализатор и 1000°С:

Эту реакцию часто используют для получения водорода для реакции Габера (синтез аммиака).

4. Крекинг нефтяных продуктов.

Лабораторный метод получения водорода.

1. Под воздействием разбавленных кислот на металлы, которые стоят в ряду напряжения левее водорода.

2. Электролиз растворов кислот, щелочей на катоде выделяется водород.

Готовимся к ЕГЭ заблаговременно

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3/2010

Итоговый тест по теме.

1. Суждение “Этот газ тяжелее воздуха”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. К кислотам относится вещество, формула которого:

3. Одно из химических свойств водорода отражено в уравнении реакции:

4. Реакция, уравнение которой

относится к реакциям:

а) соединения; б) разложения;

в) обмена; г) замещения.

1. Суждение “Этот газ в смеси с воздухом взрывоопасен”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. К кислотам не относится вещество, формула которого:

3. B разбавленной серной кислоте растворяется:

а) Cu; б) Zn; в) Ag; г) Au.

4. Реакция между кислотой и оксидом металла относится к реакциям:

а) соединения; б) разложения;

в) обмена; г) замещения.

1. Суждение “Этот газ можно собирать в сосуд, перевернутый вверх дном”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Какое из приведенных веществ является лишним?

3. B ортофосфорной кислоте растворяется:

а) Cu; б) Mg; в) Ag; г) Au.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции, схема которой

а) 4; б) 5; в) 6; г) 7.

1. Суждение “Этот газ можно обнаружить с помощью тлеющей лучинки”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Какое из приведенных веществ является лишним?

3. При действии разбавленной серной кислоты на ртуть:

а) образуются сульфат ртути(II) и водород;

б) образуются сульфат ртути(II) и вода;

в) образуются сульфид ртути(II) и вода;

г) реакция не идет.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции, схема которой

а) 4; б) 5; в) 6; г) 7.

1. Суждение “Этот газ перед использованием проверяют на чистоту”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Соли соляной кислоты называются:

а) сульфидами; б) бромидами;

в) нитридами; г) хлоридами.

3. Какой из металлов не вытесняет водород из разбавленной серной кислоты?

а) Хром; б) медь; в) цинк; г) железо.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия азотной кислоты с оксидом натрия равна:

а) 4; б) 5; в) 6; г) 7.

1. Cуждение “Этот газ малорастворим в воде”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Соли сероводородной кислоты называются:

а) сульфитами; б) нитратами;

в) сульфатами; г) сульфидами.

3. Какой из металлов не вытесняет водород из соляной кислоты?

а) Магний; б) серебро; в) цинк; г) железо.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия соляной кислоты с оксидом железа(III) равна:

а) 6; б) 12; в) 8; г) 14.

1. Суждение “Этот газ используют для получения тугоплавких металлов”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Вещества, расположенные в последовательности оксид–кислота–соль, находятся в ряду:

3. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия соляной кислоты с алюминием равна:

а) 4; б) 7; в) 13; г) 14.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия ортофосфорной кислоты с оксидом калия равна:

а) 4; б) 10; в) 6; г) 14.

1. Cуждение “Газ хорошо растворим в воде”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Вещества, расположенные в последовательности оксид–кислота–соль, находятся в ряду:

3. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия серной кислоты с магнием равна:

а) 4; б) 6; в) 8; г) 10.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия серной кислоты с оксидом алюминия равна:

а) 4; б) 6; в) 8; г) 10.

1. Суждение “Газ поддерживает дыхание”:

а) справедливо для кислорода;

б) справедливо для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Вещества, расположенные в последовательности оксид–кислота–соль, находятся в ряду:

в) CuO – NaOH – PbCl₂;

3. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия ортофосфорной кислоты с магнием равна:

а) 4; б) 5; в) 7; г) 9.

4. Смесь оксида меди (II) с медью обработали избытком раствора соляной кислоты (при нагревании) и профильтровали. Какое вещество осталось на фильтре?

1. Суждение “Этот газ можно собирать способом вытеснения воды”:

а) справедливо только для кислорода;

б) справедливо только для водорода;

в) справедливо и для кислорода, и для водорода;

г) несправедливо ни для кислорода, ни для водорода.

2. Вещества, расположенные в последовательности оксид–кислота–соль, находятся в ряду:

3. С бoльшей скоростью протекает взаимодействие соляной кислоты с:

а) Cu; б) Mg; в) Fе; г) Zn.

4. Смесь оксида меди(II) с медью обработали раствором соляной кислоты (при нагревании) и профильтровали. Какое вещество осталось в растворе после фильтрования?

О т в е т ы

Тест 1. Кислород – элемент и простое вещество.
Физические свойства и получение кислорода

Тест 2. Химические свойства кислорода. Оксиды

Тест 3. Водород – химический элемент и простое вещество.
Физические свойства водорода и его получение

Тест 4. Химические свойства и применение водорода

Тест 5. Кислоты и соли: состав и номенклатура