Залізо як хімічний елемент у хімії - формули та визначення з прикладами

Фуррум це один із найважливіших металевих елементів. Його проста речовина - метал залізо - людина використовує вже кілька тисячоліть. Без заліза та його сплавів не можна уявити сучасне життя. З'єднання Феррума відіграють особливу роль живої природи.

Атом Феррума може втратити 2 електрони і перетворитися на іон

Залізо

Феррум утворює просту речовину - залізо. З цього металу виготовляли знаряддя праці та зброю за тисячі років до нашої ери. Тоді людина використовувала метеоритне залізо, а пізніше навчилася отримувати метал із руди.

Поширеність феруму у природі

За поширеністю в земної кори Феррум поділяє з Кальцієм б-7 місця (у кожній тисячі атомів міститься по 18 атомів цих елементів).

Відомо багато природних сполук Ферруму. З'єднання Феррума з Оксигеном — червоний, магнітний та бурий залізняки — є сировиною для одержання заліза; це залізняк. Понад 14% їх розвіданих запасів перебувають в Україні. Криворізьке родовище – одне з найбільших у світі.

Крім сполук Феррума, у природі іноді зустрічається метеоритне залізо.

Невелика кількість Ферруму міститься в природної води (у вигляді іонів При її кип'ятінні на стінках судини утворюється накип, який має жовтуватий відтінок через домішки сполук Феррума.

За твердженнями вчених, залізо разом із нікелем утворюють ядро ​​нашої планети.

У живих істотах Феррума дуже мало. Іони входять до складу гемоглобіну крові. Це з'єднання «переносить» кисень від легень до живих тканин, а частина вуглекислого газу – від тканин до легень. Завдяки наявності Феррума гемоглобін, а отже, і кров мають червоний колір.Недостатня кількість цього елемента в організмі спричиняє недокрів'я. Тому рекомендують частіше вживати багаті на Феррум гречку, яблука, буряк, зелені овочі.

В організмі дорослої людини міститься 3-5 г ферумів.

Фізичні властивості заліза

Залізо — сірувато-сріблястий пластичний метал, що плавиться за температури 1539 °С, притягується магнітом. Утворює багато сплавів із різними металами.

Хімічні властивості заліза

Залізо виявляє у хімічних реакціях достатню активність, але вона змінюється в залежності від розміру частинок та наявності домішок. Так, у дуже подрібненому стані цей метал самозаймається на повітрі. Досить чисте залізо (наприклад, метеоритне) не іржавіє.

На відміну від кисню, який реагує майже з усіма простими речовинами, залізо взаємодіє лише з неметалами.

Реакції з неметалами

При сильному нагріванні на повітрі залізо розжарюється і повільно окислюється, а чистому кисні горить. Дуже ефектним є досвід зі спалювання леза або сталевої пружинки (рис. 67). На пружинці закріплюють сірник (навпроти головки) і затискають її в лабораторих щипцях. Сірника, опущена головкою вниз, підпалюють. Коли полум'я досягне пружинки, її одразу переносять у склянку з киснем. Дно судини наперед засипають шаром піску, щоб на скло не потрапили краплі розплавленого металу. Пружинка згоряє в кисні, розкидаючи іскри на всі боки (це нагадує зварювання металу):

Мал. 67. Горіння сталевої пружинки у кисні

Формулу продукту реакції можна записати і так: Цей запис свідчить про те, що речовина є з'єднанням двох оксидів Ферруму, а не їх сумішшю. Хімічна назва сполуки — ферум оксид, а тривіальна — залізна окалина.
Реакції між металами не трапляються.

Залізо згоряє і в газі хлору (рис. 68):

Мал. 68. Горіння заліза у хлорі

Якщо нагріти суміш порошків заліза та сірки, то за певної температури починається реакція, яка відбувається з виділенням значної кількості теплоти. Продуктом реакції є сполука Ферруму

Реакція із водою. Залізо при високій температурі може взаємодіяти з водою (розжарений метал реагує з водяною парою):

Раніше за допомогою цієї реакції отримували у промисловості водень.

Іржавіння (корозія) заліза

З водою залізо реагує у звичайних умовах, але дуже повільно і з участю кисню. У результаті поверхні металу утворюється коричневий чи жовто-бурий наліт — іржа. Руйнування заліза під дією води та кисню називають іржавінням, або корозією.

Використавши для іржі формулу запишемо рівняння реакції:

Щорічно через корозію втрачається приблизно 1/5 всього виробленого металу (рис. 69, а). Для запобігання руйнуванню заліза його змащують спеціальними

Мал. 69. Корозія заліза: а — бочка, яку з'їла іржа; б — іржавий дріт, на якому закріплена оцинкована залізна сітка

мастилами, що покривають фарбами, лаками, керамічними емалями, шаром іншого металу, стійкого до корозії, — нікелю, хрому, цинку (рис. 69, б).

Повністю виключає корозію заміна заліза нержавіючою сталлю - сплавом заліза з хромом та нікелем.

Застосування заліза

Напевно, немає такої галузі виробництва чи споживання, де не використовувалися чавун і сталь — найважливіші сплави з урахуванням заліза. З чавуну відливають металеві вироби різного призначення, та якщо з сталі виготовляють арматуру, рейки, труби, інструменти, транспорт, зброю, військову техніку, заліза промислове устаткування тощо. п.(Схема 10).

Схема 10. Застосування заліза

Висновки:

1. Феррум – металевий елемент; його проста речовина - метал залізо. Крім атомів Феррума, існують іони + і , які входять до складу сполук Феррума та Феррума Феррум широко поширений у літосфері. Природні сполуки цього елемента з Оксиген є залізними рудами.
2. Залізо - тугоплавкий метал, який притягується магнітом, вступає в реакції з активними неметалами, реагує з водою, зокрема за наявності кисню.
3. Хімічне перетворення заліза за участю кисню та води називають іржавінням, або корозією.
4. Для запобігання корозії вироби із заліза покривають фарбами, лаками, мастилами або шаром іншого металу. Часто замість заліза використовують нержавіючу сталь - сплав заліза з хромом та нікелем.
5. Сплави на основі заліза, насамперед чавун та сталь, широко використовують у промисловості, техніці, інших галузях.

При копіюванні будь-яких матеріалів із сайту evkova.org обов'язкове активне посилання на сайт www.evkova.org

Сайт створений колективом викладачів на некомерційній основі для додаткової освіти молоді

Сайт пишеться, підтримується та керується колективом викладачів

Telegram та логотип telegram є товарними знаками корпорації Telegram FZ-LLC.

Cайт носить інформаційний характер і за жодних умов не є публічною офертою, яка визначається положеннями статті 437 Цивільного кодексу РФ. Ганна Євкова не надає жодних послуг.

Водень як хімічний елемент у хімії - формули, визначення з прикладами

У 1766 р. англійський вчений Г. Кавендіш відкрив «горюче повітря». У 1783 р. у Парижі Ж. Шарлем було запущено кулю, заповнену воднем (рис. 25), в 1787 р. А. Лавуазьє пояснив, що відкритий Г.Кавендишем «горюче повітря» входить до складу води, і дав йому назву «gidrogenium» (Hydrogenium), що означає «що породжує воду». В даний час водень позначається першою літерою цього слова Н.

• Хімічний знак - Н.А.
• Формула простої речовини
• Валентність - 1.
• Відносна атомна маса - 1,0078.
• Відносна молекулярна маса

У вільному вигляді водень зустрічається Землі у малій кількості.

Він виділяється разом з іншими газами при вулканічному виверженні та видобутку нафти. Але він поширений як сполук. Водень - це елемент, що утворює найбільшу кількість сполук. Він становить 0,88% загальної маси земної кори та повітря. Він становить 1/9 частина маси молекули води, входить до складу всіх рослинних та тваринних організмів, нафти, природних газів, ряду мінералів.

Визначення водню

Водень - найпоширеніший у Всесвіті елемент. Він становить основну частину маси Сонця та інших зірок. Водень входить до складу газоподібних туманностей, міжзоряного газу, зірок у Всесвіті, де його атоми перетворюються на атоми гелію. Цей процес відбувається із виділенням енергії (термоядерна реакція), що є багатьом зірок, зокрема і Сонця, основним джерелом енергії.

Рис.23 Політ повітряної кулі, заповненої воднем. Париж, 1783

Ця енергія необхідна багатьом природних процесів. Сонячна енергія зігріває Землю, приводить в рух повітряні маси атмосфери та воду річок, морів та океанів, забезпечує процес фотосинтезу у зелених рослин, нарешті є основною умовою для існування життя.

Водень широко поширений на Землі у вигляді вільної води, кристалізаційної води мінералів, метану та вуглеводнів нафти, різних гідроксидів, рослинної та тваринної біомаси, органічної речовини ґрунту.

Водень та кислоти

Серед сполук водню, які у природі, особливе місце займають кислоти (кислі води).

Згадайте смак газованої води та інших прохолодних напоїв або сік урюка і кислий смак ревеню в спекотний літній день. Напевно, кожен знає кислуватий смак лимона. У природі зустрічається дуже багато кислот.

У плодах цитрусових (лимон, апельсин, мандарин) міститься лимонна кислота, у свіжих фруктах (яблука, айва, фанат) - яблучна кислота, у листі щавлю і подорожника - щавлева кислота, у черевці у мурашок (а також в отруті бджіл) кислота, у газованій воді міститься вугільна кислота.

Багато хто для приготування їжі, а особливо печеного, використовують оцтову кислоту, яка також застосовується для приготування консервів із овочів. Відомо, що оцтову кислоту можна отримати бродінням винограду або яблук. Якщо ви спостерігатимете за прокиданням молока, то дізнаєтеся, що причиною цього є молочна кислота. У сільській місцевості готують силос, у результаті утворюються молочна, олійна та інші кислоти. Для всіх вищезгаданих кислот характерний кислий смак, і вони є сполуками водню.

Такі речовини, як лакмус, метилоранж, універсальний індикатор, по-різному забарвлюються в розчинах кислот: лакмус червоніє, метилоранж стає рожевим, універсальний індикатор набуває червоного забарвлення (рис. 26).

При взаємодії металів (магній, цинк, залізо, мідь) із розчинами кислот (неорганічних кислот, отриманих синтетичним шляхом) реакція протікає по-різному, зокрема, магній витісняє водень із кислоти швидше, цинк та залізо – повільніше, а мідь взагалі не витісняє .

Отже, кислоти — це речовини, які мають такі загальними властивостями:

1. розчини кислот мають кислий смак (у цьому можна переконатися на прикладі природних кислот; пробувати на смак синтетичні кислоти небезпечно для життя);
2. розчини кислот змінюють фарбування індикаторів;
3. водні розчини багатьох кислот, взаємодіючи з низкою хімічно активних металів, втрачають водень.

Крім натуральних, є ще синтетичні кислоти, вироблені хімічною промисловістю, які також є водневими сполуками. Всім відомо, що при шлунково-кишкових розладах за вказівкою лікаря необхідно приймати слабкий розчин соляної кислоти або те, що сірчана кислота застосовується в акумуляторних батареях автомобілів.

Кислоти - це складні речовини, які володіють деякими загальними властивостями.

Речовини, що змінюють своє забарвлення, залежно від специфічних властивостей сполук, називаються індикаторами.

Мал. 26. Вплив розчинів кислот на індикатори

Одержання водню

Валентність водню завжди постійна і дорівнює 1. Тому в сполуках, що складаються з двох елементів (бінарних сполуках), одним з яких є водень, кількість його атомів показує валентність іншого елемента:

Отже, завдяки тому, що водень має постійну валентність, по ньому легко визначити валентність інших елементів.

Мал. 27. Витіснення водню цинком із соляної кислоти

Отримання водню у лабораторії

У лабораторії водень одержують у результаті взаємодії цинку або заліза із соляною кислотою (рис. 27):

Для цього використовують спеціальну установку чи апарат Кіппа (рис. 28).

Апарат Кіппа у будь-який час готовий до роботи, яку можна припинити у будь-який момент.

Апарат складається з судини А і воронки Б і являє собою з'єднані між собою кулясті і напівкулясті порожнисті резервуари. через шель. У вирву наливається розчин кислоти, який заповнює півкулю і досягає, проходячи через щілину, шматочки металу. Потім подача кислоти припиняється. Газ, збираючись, чинить тиск на кислоту, кислота починає підніматися по лійці, не стикаючись з шматочками металу, і в результаті реакція припиняється.

У разі відсутності апарату Кіппа з посуду, що є в лабораторії, можна легко виготовити спеціальну установку.

Рис. Складові частини апарату Кіппа (а);

Отримання водню у промисловості

У зв'язку з тим, що водень широко застосовується в народному господарстві, ми познайомимося з промисловими способами його одержання.До таких сполук відносяться вода та метан, що є основною складовою природного газу. З них водень одержують так:

• 1. Електроліз води:
• 2. Переробка метану: (ця реакція проводиться при 425-450 ° С у присутності нікелевого каталізатора).

Водень його формула та молярна маса

Як проста речовина водень складається з двох атомів. Його відносна молекулярна маса дорівнює ~ 2 г/моль, він є найлегшим газом, що добре проводить теплоту. За звичайних умов він зустрічається в атмосфері у невеликих кількостях. Водень має здатність розчинятися у металах. Як найлегший газ, він має найбільшу швидкість дифузії. Його молекули, порівняно з молекулами інших газів, швидко розподіляються в середовищі відповідної речовини, легко проходять через різні перешкоди. При високому тиску та температурі ця його здатність значно зростає.

Фізичні характеристики. Водень - це газ без кольору, смаку та запаху, погано розчиняється у воді (в 1 л за нормальних умов розчиняється 21,5 мл), добре розчиняється в деяких металах (нікель, паладій, платина). Це найлегший газ — у 14,5 разів легший за повітря. Температура кипіння -252,6 ° С; при -259 ГС утворюються прозорі кристали.

Хімічні властивості водню

За нормальної температури активність молекулярного водню невелика, але атомарний водень дуже активний.

Водень утворює леткі сполуки майже з усіма неметалами. Залежно від активності неметалу реакція протікає швидко чи повільно.

1. Зі фтором він взаємодіє вже при кімнатній температурі:

2. З хлором вступає в реакцію на світлі, а при нагріванні вибухає (в темряві та без нагрівання з'єднується повільно):

3.За звичайних умов із киснем не взаємодіє. Суміш водню та кисню в об'ємному співвідношенні 2:1 називається «гримким газом», який за зовнішнього впливу вибухає. Водень горить у кисні:

За цієї реакції температура може досягти 3000°С.

З багатьма неметалами водень входить у реакцію при високих температурі і тиску, у присутності каталізаторів (наприклад, з сіркою та азотом).

1. За високих температур водень відновлює (витісняє) метали з їх оксидів:

2. Лужні та лужноземельні метали утворюють з воднем при високих температурах солеподібні сполуки - гідриди:

Атомарний водень за кімнатної температури вступає у реакцію з сіркою, миш'яком, фосфором, киснем, відновлює метали з оксидів.

Водень як екологічно чисте паливо та його використання

Водень - це паливо майбутнього, яке при горінні утворює тільки воду і не забруднює навколишнє середовище, тому має величезні перспективи як екологічно чисте паливо.

Термоядерні реакції перетворення водню на гелій, що протікають на Сонці, є єдиним невичерпним джерелом енергії для багатьох природних процесів. Якщо вирішиться проблема управління цим процесом у штучних умовах, то людство матиме невичерпні джерела енергії.

Водень використовується у великій кількості у хімічній промисловості для виробництва аміаку. Основна частина цього аміаку використовується для отримання добрив та азотної кислоти. Крім цього водень витрачається на виробництво метилового спирту та хлористого водню (соляної кислоти), гідрогенізацію (насичення воднем) жирів та олій, вугілля та нафтопродуктів.При гідрогенізації масел утворюється маргарин, а завдяки гідрогенізації вугілля та нафтопродуктів одержують легке паливо.

Температура воднево-кисневого полум'я (~3000°С) дозволяє різати і паяти тугоплавкі метали і кварц. паливо. Водень має велике значення при отриманні атомної. енергії та проведення наукових досліджень.

Обчислення водню

У хімічних реакціях поряд з рідкими та твердими речовинами беруть участь і гази.

У рівних обсягах різних газів при однакових умовах міститься однакове число молекул. Наприклад, 22,4 л будь-якої газоподібної речовини при 0°С і 101,325 кПа міститься молекул.

Щільність газу р - це відношення молярної маси газу (М) до його молярного обсягу

Відносна щільність газів розраховується як відношення їх молекулярних мас за рівнянням:

Обчислення обсягу газів за рівняннями хімічних реакцій

Приклад №1

Який обсяг займає 6,8 г за нормальних умов?

за нормальних умов займають обсяг -х л.

Вирішуючи пропорцію, знаходимо:

Приклад №2

Який обсяг водню за нормальних умов виділиться при розчиненні 3,25 г цинку в надлишку соляної кислоти?

Напишемо рівняння реакції та зрівняємо його:

Складемо на основі рівняння реакції пропорцію і розв'яжемо задачу:

Приклад №3

Який обсяг водню необхідний відновлення 28,8 г FeO?

Складемо рівняння реакції:

З рівняння реакції видно, що у відновлення 1 моля (72 р) FeO потрібен 1 моль (22,4 л) водню.

Для відновлення 72 г FeO необхідно 22,4 л

Приклад №4

Для отримання кисню у лабораторних умовах використовують термічне розкладання бертолетової солі. Який обсяг кисню та яка кількість КС1 утворюється з 4,9 г цієї солі за нормальних умов?

Напишемо рівняння реакції розкладання бертолетової солі та зрівняємо його:

Відповідь: 1,344 л та 2,98 г КС1.

Обчислення об'ємних співвідношень газів за хімічними рівняннями

Приклад №5

У якому об'ємному співвідношенні необхідно взяти водень та кисень, щоб вони прореагували без залишку? Який об'єм кисню входить у реакцію з 10 л водню?

1) Напишемо рівняння реакції взаємодії кисню з воднем:

З рівняння відомо, що 2 моля водню без залишку реагують з 1 молем кисню.

2 моля водню займають об'єм 44,8 л, а 1 моль кисню - 22,4 л. Об'ємні співвідношення становитимуть:

Отже, водень вступає без залишку реакцію з киснем при об'ємних співвідношеннях, що становлять невеликі цілі числа - 2:1, тобто. 2 л водню без залишку реагують з 1 л кисню.

2) Знайдемо обсяг кисню, що входить у реакцію з 10 л водню. З 2 л водню взаємодіє 1 л кисню,

Обчислення абсолютної та відносної щільності газів

Приклад №6

Розрахуйте абсолютну щільність фтористого водню та його відносну щільність водню.

1) Знайдемо густину HF.

Молярна маса 1 молячи HF - 20 г, а молярний об'єм - 22,4 л,

2) Знайдемо відносну щільність HF за

Приклад №7

Відносна густина парів сірки по азоту при кімнатній температурі дорівнює 9,14. Визначте формулу пари сірки.

Визначимо молярну масу пари сірки.

Якщо відносна молекулярна маса пари сірки дорівнює 256, то, поділивши її на відносну атомну масу сірки — 32, отримаємо число атомів у молекулі пари сірки, тобто. 256: 32 = 8.

Значить, формула пари сірки.

Поширення водню в природі та його одержання

Влийте в пробірку трохи розведеної сірчаної чи соляної кислоти та опустіть туди 2-3 шматочки цинку чи алюмінію. Зачекайте, коли з пробірки вийде все повітря і потім підпаліть отриманий водень. Що ви спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції.

Загальна характеристика:

Поширення у природі

На земній кулі водень масою становить 1%. Елемент водню міститься у складі більшості органічних сполук. Водень вважається найпоширенішим хімічним елементом у всесвіті (у космосі). Приблизно 50% Сонця та всі зірки складаються в основному з водню. Як ви знаєте, в природі існує три ізотопи водню - Протий: , Дейтерій: (D), Тритій:

Найбільш широко поширеним у природі є Протий, найменше зустрічається - Дейтерій і в мінімальній кількості, рідко зустрічається - Тритій.

Вперше водень у чистому вигляді було отримано англійським вченим Г.Кавендішем у 1766 році.

Англійська науковець. У 1766 році він отримав водень у чистому вигляді. Вчений спочатку прийняв водень внаслідок його легкості за флогістон.

Отримання у лабораторії

1) Внаслідок розкладання води під дією електричного струму.

2) В результаті вступу в реакцію деяких металів (Li, Na, К, Mg, Са, Ва, Al, Zn, Fe) з кислотами (крім розведеної та концентрованої та концентрованою . У цих реакціях як кислота використовуються розведені соляна і сірчана кислоти. Для отримання водню користуються апаратом Кіппа (рис.1) або пристроєм, представленим на рис. 2.

Складні речовини, що складаються з одного або кількох атомів водню та кислотного залишку, називаються кислотами. Атоми або група атомів, з'єднаних із воднем у молекулі кислоти, називаються кислотними рештками.

Складемо рівняння реакції з металом цинком (таблиця 1).

1 моль будь-якого металу виділяє мольну кількість рівну половині його валентності.

Отримані в результаті реакції складні речовини (хлорид цинку та сульфат цинку) називаються солями. Солі - це складні речовини, що складаються з атома металу та кислотного залишку.

Формули солей складаються за валентністю металу та кислотного залишку. Вимова назв солей заснована на назвах металу та кислотного залишку. Наприклад, - хлорид цинку; - сульфат цинку. Якщо метал має змінну валентність, у такому разі відзначається валентність металу (Таблиця 2).

При збиранні водню шляхом витіснення повітря кінець газовідвідної трубки вставляється в перекинуту отвором вниз посудину (рис. 2).

Для перевірки наявності водню до кінця газовідвідної труби підносять невелику пробірку (на 10-20 секунд), потім, тримаючи отвором вниз, наближають до вогню. Вибухоподібний звук, що пролунав при цьому, або гудіння свідчать про наявність водню

3) В результаті реакції активних металів (Li, Na, К, Са, Ва та ін) з водою. Оскільки ці реакції протікають бурхливо, а часом і з вибухами, слід брати невеликий шматочок металу, а пробірку, в якій проводиться досвід, закрити лійкою. Під час реакції з молекули води витісняється лише 1 атом водню і в результаті виходить одновалентна гідроксильна група (ВІН). У свою чергу гідроксильна група, з'єднуючись з атомом металу, утворює нову речовину.

Число гідроксильної групи в основах залежить від валентності металу.

Отримані внаслідок цих реакцій складні речовини називаються основами або гідроксидами. Складні речовини, що складаються з атома металу та гідроксильної групи, називаються основами. Назви підстав читаються так: спочатку вимовляється слово «гідроксид», а потім назва металу. Якщо метал має змінну валентність, його валентність відзначається (таблиця 3).

Отримання у промисловості

Водень у промисловості отримують в результаті розкладання води під дією постійного струму:

Інші способи одержання водню в промисловості будуть вивчені у старших класах.

Властивості та застосування водню

Зверніть увагу на картинки. Яким чином на першому малюнку кулі залишаються у повітрі? З якою метою на зображеннях куль на другому малюнку дано формули газів? Поясніть свої міркування.

Фізичні властивості

У вільному стані водень утворює газ, що складається з молекул. Водень - це безбарвний газ без запаху, який легший за повітря в 14,5 раза. Мильні бульбашки, що легко злітають у повітря наповнені воднем, також підтверджують це.

Хімічні властивості

Реакція із неметалами. За звичайних умов водень хімічно неактивний. Його молекула відрізняється стійкістю. Для розкладання 1 молячи молекул водню на атоми потрібно 420 к Дж енергії. З неметалів водень у нормальних умовах входить у реакцію лише з фтором. Під час реакції водню з киснем або повітрям відбувається гучний вибух. Після реакції на стінках судини утворюються крапельки води. Суміш із 2-х обсягів водню та 1-го обсягу кисню називається гримучим газом.

При горінні водневого газу виділяється велика кількість теплоти і температура досягає 3000 С. Реакція горіння водню в чистому кисні застосовується при зварюванні (водневе зварювання) та різанні металів.

Водень горить не тільки в кисні, але і в хлорі, суміш з яким викликає вибух.

Отриманий хлороводень є речовиною в газоподібному стані, його водний розчин називається соляною кислотою.

Якщо пробірку з розплавленою сіркою заповнити воднем, то відчуватиметься запах тухлих яєць, що свідчить про утворення нового газу. сірководню:

Широке застосування практично знаходить також речовина під назвою аміак що утворюється внаслідок реакції водню з азотом.

Водень безпосередньо не взаємодіє з неметалами Si та Р (у тому числі і з інертними газами Ні, Ne, Ar, Kr, Хе).

Реакції із металами. Водень вступає в реакції з'єднання також з активними металами. гідриди (NaH, та ін).

Серед металів берилій (Be) та алюміній (А1) у безпосередню взаємодію з воднем не вступають.

Реакції із складними речовинами. Одержання ряду металів у металургійній промисловості засноване на реакціях взаємодії водню з оксидами даних металів. тобто він звільняє (відновлює) метали з їхніх оксидів (через отримання вільного металу маса вихідної твердої речовини зменшується).

Застосування

Водень вважається найчистішим паливом майбутнього, тому що при згорянні він виділяє велику кількість теплової енергії і продуктом його згоряння є лише водяні пари, атмосфера при цьому не забруднюється. Водень також використовується при перетворенні рідкої олії (рослинна олія) у тверду (маргарин), як паливо, при отриманні, різанні та зварюванні металів, синтезі аміаку і метанолу та ін. Застосування водню показано в наведеній нижче схемі. Оскільки водень є найлегшим газом, його використовують при наповненні аеростатів. (Рис. 1).

При копіюванні будь-яких матеріалів із сайту evkova.org обов'язкове активне посилання на сайт www.evkova.org

Сайт створений колективом викладачів на некомерційній основі для додаткової освіти молоді

Сайт пишеться, підтримується та керується колективом викладачів

Telegram та логотип telegram є товарними знаками корпорації Telegram FZ-LLC.

Cайт носить інформаційний характер і за жодних умов не є публічною офертою, яка визначається положеннями статті 437 Цивільного кодексу РФ. Ганна Євкова не надає жодних послуг.

Водень

водень
I. Історія відкриття водню
ІІ. Водень – хімічний елемент:
1. Положення водню в ПСХЕ Д.І. Менделєєва
2. Будова атома
3. Знаходження у природі
ІІІ. Водень – проста речовина:
1. Склад. Будова. Властивості
2. Одержання водню
3. Хімічні властивості
4. Застосування водню
IV. З'єднання водню
V. Тест

2.

Історія відкриття водню
Кавендіш Генрі (1731 – 1810)
Англійський фізик та хімік. Багато
часу
Кавендіш
присвятив
дослідженню газів – «видів
штучного повітря», як їх
тоді
називали.
Дією
сірчаної та соляної кислот на
залізо, цинк та олово вчений
отримав
«горючий»
або
займистий
повітря»
водень. Зважуючи колбу з
кислотою та металом до і після
реакції та точно вимірюючи об'єм
газу, що виділився, Кавендіш
визначив густину водню.

3.

Положення водню в ПСХЕ Д.І. Менделєєва
групи елементів
періоди
IA
1
1
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA VIIIA
(H)
H
H
Водень – це єдиний елемент періодичної системи Д.І.
Менделєєва, розташування якого неоднозначне.
Його хімічний елемент у таблиці Менделєєва записаний двічі: і ІА, і VII A
групаx.
Це пояснюється тим, що водень має низку властивостей, що поєднують
його як із лужними металами, так і з галогенами.

4.

Порівняння властивостей водню
із властивостями лужних металів, галогенів
Подібність до лужних металів
Подібність до галогенів
На зовнішньому та єдиному енергетичному рівні атоми водню містять один електрон.
Водень відноситься до s-елементів.
Водень, як і лужні метали в
з'єднаннях з неметалами має
ступінь окиснення +1 (H+Cl)
До завершення зовнішнього та єдиного рівня атомів водню, як і
атомам галогенів, бракує одного
електрону.
Водень, як і галогени, у сполуках із лужними та лужноземельними металами має ступінь окислення ─1 (NaH−)
Подібно до фтору і хлору, водень при
Звичайні умови є газом.
Його молекули, як і молекули галогенів, двоатомні та утворені за рахунок
ковалентного неполярного зв'язку.
Водень, як і лужні метали
є сильним відновником.
Виявляє, як і галогени, окисні властивості в реакціях із лужними
та лужноземельними металами,
утворюючи при цьому тверді сполукигідриди (NaH, CaH2), подібні до галогенідів.

5.

Будова атома
період
Кожен
енергетичний
рівень
ділиться
Число валентних
електронів
одно
s-орбіталь
Заряд
Число
ядра
енергетичних
має
атома
форму
чисельно
рівнів
кулі,рівний
s-орбіталь,
одно
на
енергетичні
підрівні,
які
номеру
групи.
що знаходиться
порядковому
номеру
періоду
на
номеру
першим
елемента
енергетичному
у ПСХЕ
утворені
орбіталями,
мають
рівні
позначають
однакову
форму1s.
та рівну енергію
На першому рівні (n = 1) є лише
1s-підрівень (одна 1s-орбіталь)
група
1
1A
1 H
1
водень
+
1,00797
Ізотопи водню
Н
1
2
1
1
протий
D
дейтерій
3
1
T
тритій
)
1s1

6.

Знаходження у природі
У Всесвіті водень є найпоширенішим елементом
- на його частку припадає 75% маси Всесвіту
Водень входить до складу гідросфери.
Водень утворює поряд з вуглецем, всі органічні речовини,
тобто. входить до складу біосфери.
У земній корі – літосфері – масовий вміст водню становить лише 0,88%, тобто. він займає 9-е місце серед усіх елементів.
Повітряна оболонка Землі – атмосфера містить менше мільйона
частини загального обсягу, що припадає на частку молекулярного
водню. Він зустрічається лише у верхніх шарах атмосфери.

7.

склад. Будова. Властивості.
Н2
Н
Н Н
+
Хімічний зв'язок ковалентний неполярний
молекулярна
Кристалічні грати
Н─Н
Заповніть таблицю:
агрегатний стан за н.у. газ (найлегший газ, щільність = 0,09 г/мл)
при t = ─253°С:
рідина
запах:
без запаху
смак:
без смаку
колір
без кольору
розчинність у воді:
погано розчинний у воді (2 V Н2 на 100 V H2O)

8.

Одержання водню
Складіть рівняння реакції взаємодії цинку із соляною кислотою.
Розгляньте у світлі ТЕД.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Zn + 2H+ + 2Cl = Zn2+ + 2Cl + H2
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
Як розпізнати водень серед інших газів?
У промисловості водень одержують:
пропускаючи водяну пару над розпеченим вугіллям.
З + Н2О = СО + Н2
взаємодією метану СН4 з водяною парою при t°= 1000°С
СН4 + Н2О = СО + 3Н2
розкладанням метану
СН4 = С + 2Н2

9.

Хімічні властивості водню
1. Взаємодія з неметалами
2. Взаємодія із металами
3. Взаємодія з оксидами металів

10.

Взаємодія з неметалами
За звичайних умов водень реагує лише з фтором (з вибухом
навіть у темряві). Взаємодія водню з хлором відбувається на світлі або
при нагріванні водень горить у хлорі.
досвід
Складіть рівняння реакцій.
Н20 + F20 = 2H+F− + Q
Н20 + Cl20 = 2H+Cl− + Q
H20 ─2e → 2H+ 2 1
F20 + 2e → 2F− 2 1
Водень – відновник, фтор та хлор окислювачі.
Взаємодія водню з киснем проходить під час запалювання суміші
газів із вибухом, тому суміш водню з киснем (2:1 за обсягом)
називають «гримким газом»
Допишіть у─я реакцій:
2Н20 + О20 = 2Н2 + О−2 + Q
H2 + I2 →
2 1
H + Br →
2 1
H2 + N2 →
Водень
H2 +– S →
відновник
H2 +–C →
кисень
H20 ─2e → 2H+
О20 + 4e2→ 2О−22
окислювач

11.

12.

Взаємодія з металами
Вставте в речення пропущені слова:
при взаємодії з активними металами водень виступає в
ролі окислювача , що утворюються гідриди металів
типово іонними сполуками, ступінь окислення водню в них −1
Складіть рівняння реакції утворення гідриду натрію.
реакцію як окислювально-відновну.
2Na0 + H20 = 2Na+H−
Na0 ─ 1e → Na+ 1 2
H20 + 2e → 2H+ 2 1
H2 – окислювач, процес відновлення
Na - Відновник, процес окислення.
Гіриди металів, що утворюються, розкладаються навіть у присутності слідів
води з утворенням гідроксиду та водню.
Складіть рівняння реакції
розкладання водою гідриду кальцію
СаН2 + Н2О = Са(ОН)2 + Н2

13.

Взаємодія водню з оксидами металів
Цей метод застосовують для
отримання металів високої
чистоти.
Закінчіть рівняння реакцій:
CuO + H2 →
Fe2O3 + H2 →
NiO
+ H2 →
WO3 + H2 →
W+6O
0
0
+1
3H
0 020 =
0 W
0 0 + 3H
0 +1
2+1 O
++HH3H
+2+2
+2
+3
3O
Cu
Fe
Pb
Ni
++
Cu
Pb
Ni
= 2Fe
++HH2 2+O3H
O 2+1O
2OO
3+H
2 22==
2=
W+6 + 6e → W 0
PbO + H2 →
Розгляньте з т.зр. ОВР.
6 1
+2+3
+2
+2
Cu
Fe
Pb
Ni
++2e
+
2e
3e
2e
2e
→→
→Cu
Fe
Pb
Ni000 323 2322 1
+1
H200 0 ─
→
2H
0 ─2e
+ + +22 23
HH
2e
→→→
2H
2H
2H
31
2H
2 2──2e
WO3 (за рахунок W+6) ─ окислювач, процес відновлення;
+2+2
+2
+3
CuO
Fe
NiO
O
(за
(за
(за
(за
рахунок
рахунок
рахунок
рахунок
Cu
Pb
Ni
Fe
)
)──
) окислювач,
─окислювач,
окислювач,
процес
процес
процес
відновлення;
відновлення;
відновлення;
HPbO
─
відновник,
процес
окиснення.
2
3
2
HH
─
─відновник,
відновник,
процес
процес
процес
окиснення.
окиснення.
окиснення.
2H
2─
2 відновник,

14.

Застосування водню
Водень широко застосовується:
для промислового синтезу аміаку та хлороводню;
1
для отримання метанолу синтетичного рідкого палива в
складі синтез-газу (2 обсяги Н2 та 1 обсяг СО);
2
для гідроочищення та гідрокрекінгу нафтових фракцій;
3
для гідрогенізації рідких жирів;
4
для різання та зварювання металів;
5
для отримання вольфраму, молібдену та ренію з їх оксидів;
для космічних двигунів як паливо;
у термоядерних реакторах як паливо використовуються
ізотопи водню.
6
7
8

15.

16.

З'єднання водню
I. Вода
1. Знаходження у природі
2. Будова молекули. Фізичні властивості
II.Хімічні
Пероксид водню
3.
властивості