Получение водорода в лабораторных условиях составьте уравнения

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6e20b554fc727a3c • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Получение водорода в промышленности и в лаборатории

Задача 785.
Почему в периодической системе элементов водород относят как к I, так и к VII группе?
Решение:
Атом водорода содержит один электрон, его электронная конфигурация имеет вид: 1s 2 . Поэтому атом водорода способен как отдавать, так и присоединять по одному электрону. Таким образом, образом водород проявляет двойственную химическую природу, как окислительную, так и восстановительную способность. В большинстве реакций водород выступает в качестве восстановителя, образуя соединения, в которых степень его окисленности равна +1. в реакциях с активными металлами водород выступает в качестве окислителя, степень окисленности его при этом равна -1. Итак, водород, отдавая электрон, проявляет сходство с металлами I-й группы главной подгруппы периодической системы химических элементов, а, присоединяя электрон, — с неметаллами VII-й группы главной подгруппы. Поэтому водород в периодической системе обычно помещают в главной подгруппе I-й группы и, в тоже время, в скобках, помещают в главной подгруппе VII-й группы.

Задача 786.
Как получают водород в промышленности и в лаборатории? Привести уравнения реакций.
Решение:
а) Получение водорода в промышленности:
1. Получение синтез-газа:

3. Электролиз водного раствора едкого натра или едкого калия. Используют 25% NaOH или 34% КОН. Электроды изготавливают из листового никеля. При этом на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород:

Катодный процесс: 2Н₂О + 2 = Н₂ + 2ОН — ;
Анодный процесс: 4ОН — — 4 = О₂ + 4Н + .

4. Вытеснение водорода из воды различными металлами. Метод основан на том, что активные металлы вытесняют водород из воды, например, натрий и кальций разлагают воду при обычных условиях, магний – при нагревании, цинк – при накаливании с водяным паром, железо – при нагревании около 700 о C . Чаще всего используют в промышленности для получения водорода так называемый железо-паровой метод:

5. Получение водорода из природного газа. В промышленности по этому методу природный газ смешивают с кислородом и водяным паром при нагревании данной смеси до 800-900 0 С в присутствии катализатора (пароводяная и кислородная конверсия):

6. Метод выделения водорода из коксового газа или из газов переработки нефти. Метод основан на глубоко охлаждении газовой смеси, при котором все газы кроме водорода сжижаются – водород остаётся в газовой фазе, которую под давлением собирают в баллоны.

7. Метод получения водорода при получении сажи из природного газа:

8. Метод получения водорода при пропускании паров воды над раскалённым углем при температуре 10000 о C (водяной газ, содержащий до 86% угарного газа и водорода):

б) Получение водорода в лабораторных условиях:

1. Метод растворения цинка в холодной соляной кислоте или в разбавленной серной кислоте:

2. Растворение алюминия с сильными щелочами:

3. Электролиз раствора КОН (электроды из листового никеля):

Катодный процесс: 2Н₂О + 2 = Н₂ + 2ОН — ;
Анодный процесс: 4ОН — — 4 = О₂ + 4Н + .

4. Действие порошком алюминия на кипящую воду в присутствии нескольких капель разбавленного перманганата калия:

5. В полевых условиях водород получают из смеси (порошок ферросилиция с сухим Са(ОН)₂ и NaOH). При поджигании данной смеси сначала она начинает тлеть, а затем наблюдается выделение водорода:

Смесь называется гидрогенит.

Задача 787.
Можно ли для электролитического получения водорода использовать в качестве электролита водные растворы H₂SO₄, K₂,SO₄ KCl, CuSO₄, NaOH? Ответ обосновать.
Решение:
Электродные потенциалы калия, натрия и меди соответственно равны -2,92 В, -2,714 В и +0,337 В, а водородного электрода в кислой в щелочной и в нейтральной средах соответственно равен 0,00 В, -0,83 В и -0,41 В. При этом на катоде происходит электрохимическое выделение водорода в зависимости от условий среды:

Катодный процесс:
В кислой среде: 2H + + 2 = Н₂ ↑ ;
В щелочной или нейтральной среде: 2Н₂О + 2₂ = H₂ + 2ОН — .

Следовательно, при электролизе H₂SO₄ будет разряжаться ионы водорода и выделяться газообразный водород.

При электролизе K₂SO₄ и KCl происходит электрохимическое восстановление воды, результатом которого будет выделение водорода и гидроксид-ионов, потому что электродный потенциал калия (-2,92 В) значительно электроотрицательнее, чем потенциалы -0,41В и -0,83 В.

При электролизе раствора CuSO₄ будет происходить разряд ионов меди и, при этом на катоде выделится металлическая медь, потому что электродный потенциал меди значительно положительнее, чем потенциал водородного электрода.

При электролизе NaOH происходит электрохимическое восстановление воды, результатом которого будет выделение водорода и гидроксид-ионов, потому что электродный потенциал натрия (-2,714 В) значительно электроотрицательнее, чем потенциалы -0,41 В и -0,83 В.

Таким образом, для электрохимического получения водорода можно использовать растворы H₂SO₄, K₂SO₄ KCl и NaOH.

Задача 788.
Железо-паровой метод получения водорода основан на обратимой реакции:
Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂ ↑ . В каких условиях следует осуществлять этот процесс, чтобы реакция протекала до практически полного окисления железа?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

Из уравнения реакции следует, что из четырёх молекул парообразной воды образуется четыре молекулы газообразного водорода, т.е. реакция протекает без изменения числа молей газообразных веществ, поэтому равновесие системы не нарушается при изменении давления. В данном случае при удалении продукта реакции водорода из реакционной зоны равновесие системы согласно принципу Ле Шателье сместится вправо, в сторону увеличения образования водорода. Но лучше всего выводить из реакционной системы твёрдый продукт Fe₃O₄, что будет способствовать смещению равновесия вправо, если железную окалину направлять на регенерацию, допустим посредством накаливания окалины в струе паровоздушной смеси и, затем, возвратить образуемое металлическое железо в реакционную зону. Избыток металлического железа будет способствовать ускорению реакции и, следовательно, увеличению продукта реакции. Таким образом, отведение водорода и регенерация железа способствуют протеканию реакции до практически полного окисления металлического железа.

Практическая работа №5.

Получение водорода и изучение его свойств.

Цель работы: получить водород в реакции кислоты с металлом, собрать полученный газ и исследовать его свойства.

Реактивы и оборудование: раствор хлороводородной кислоты, гранулы цинка (или кусочки железа), части прибора для получения газов, стаканчик или пробирка с водой, пробирка для собирания водорода, спиртовка, спички, лучинка.

Опыт 1. Получение водорода.

Соберите прибор для получения водорода и проверьте его на герметичность. Положите в пробирку несколько гранул цинка и прилейте к ним небольшой объем (1-2 см 3 ) раствора хлороводородной кислоты. Быстро закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, конец которой погрузите в стаканчик или пробирку с водой.

Опыт 2. Изучение свойств водорода.

Физические свойства водорода. Наблюдая за протеканием опыта 1, обратите внимание на отсутствие окраски у водорода. Растворяется ли водород в воде?

Химические свойства водорода. Соберите водород. Для этого газоотводную трубку извлеките из воды и введите в пробирку, закрепленную в штативе вверх дном. Вспомните, почему пробирка должна быть расположена именно так. Примерно через 1 минуту осторожно извлеките газоотводную трубку и к отверстию пробирки поднесите горящую лучинку или спичку. Какой признак свидетельствует о протекании химической реакции? Какое химическое свойство проявляет водород в этой реакции?

Составьте отчет о проделанной работе. Сделайте вывод о способе получения водорода в лаборатории, о его физических и химических свойствах, которые вы исследовали. Составьте соответствующие уравнения химических реакций.

ОТВЕТЫ

Опыт 1.

Для цинка
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂
Это реакция замещения. Её продуктами являются хлорид цинка и водород.

Для железа
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂
Это реакция замещения. Её продуктами являются хлорид железа (II) и водород.

Опыт 2.

Водород в воде практически нерастворим.
Для собирания водорода пробирку нужно держать вверх дном потому, что водород легче воздуха.
При поднесении горящей лучины (спички) к отверстию пробирки с водородом мы слышим хлопок – происходит взрыв в результате взаимодействия кислорода воздуха с водородом. В результате этой реакции на стенках пробирки можно увидеть капельки прозрачной жидкости – воды.
2H₂ + O₂ = 2H₂
В этой химической реакции водород проявляет свойство горючести.

Вывод: мы научились получать водород в лабораторных условиях путем взаимодействия металла (цинка или железа) с кислотой (хлороводородная кислота). При собирании водорода пробирку держат дном вверх, т.к. водород легче воздуха.
Физические свойства водорода: газ без цвета и запаха, нерастворим в воде, легче воздуха.
Химические свойства водорода: при поджигании происходит взрывная реакция горения с кислородом воздуха с образованием воды.