Водород, его положение в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева, строение его атома и молекулы, физические и химические свойства, получение, применение.

ПЛАН ОТВЕТА:

1. Элемент водород:
   1. положение в п.с.
   2. строение атома
   3. распространённость в природе
   4. Строение молекулы водорода
   5. Физические свойства водорода
   6. Химические свойства:
      1. взаимодействие с неметаллами
      2. взаимодействие с металлами
      3. восстановление металлов из оксидов
      4. Получение:
         1. в лаборатории
         2. в промышленности
         3. Применение

Водород – первый элемент в периодической системе. Он находится в первом периоде первой группе главной подгруппе. Заряд ядра атома водорода + 1, в атоме один электронный слой и на нём находится один электрон. Этот электрон находится на s-подуровне:

Водород проявляет во всех соединениях валентность 1, возможные степени окисления: - 1, 0, + 1. как элемент с характерной степенью окисления + 1 водород располагается в I группе.

Учитывая способность водорода существовать в форме двухатомных молекул Н₂ и проявлять степень окисления – 1, водород ставят в седьмую группу главную подгруппу.

В природе существует три изотопа водорода: ¹Н – водород, ²Н – дейтерий (¹Н : ²Н = 6800 : 1), ³Н – тритий (радиоактивный; на земле 2 кг).

По распространённости в земной коре водород занимает 10-е место, 0,15% массы земной коры. Входит в состав воды, содержится в каменном угле, нефти, природном газе. В свободном виде практически не встречается. В космосе по распространённости водород занимает первое место.

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью:

Н₂ – газ, без цвета, без запаха, легче воздуха в 14,5 раз, t_кип. =  - 252,6⁰С, t_пл. = - 259,1⁰С. Очень плохо растворяется в воде, но способен растворяться в некоторых металлах.

Химические свойства:

1. При комнатной температуре водород химически малоактивен. Без нагревания реагирует только со фтором: Н₂ + F₂ = 2HF. С кислородом и хлором реагирует при поджигании:           2H₂ + O₂ = 2H₂O;
   H₂ + Cl₂ = 2HCl. С серой водород реагирует при нагревании до 150 – 200⁰С:             H₂ + S = H₂S.
   В жёстких условиях водород реагирует с азотом с образованием аммиака:  3H₂ + N₂ = 2NH₃.

1. При нагревании водород реагирует с некоторыми металлами, образуя гидриды:
   Са + Н₂ = СаН₂^-1.

1. Водород способен восстанавливать железо и менее активные, чем железо металлы из их оксидов:                              Fe₃O₄ + 2H₂ = 3Fe + 2H₂O                            CuO + H₂ = Cu + H₂O.

Получение:

В лаборатории водород получают взаимодействием цинка с серной или соляной кислотами в аппарате Киппа:                 Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂.

Основной источник получения водорода в промышленности – метан. Наиболее распространённый способ получения водорода – взаимодействие метана с водяным паром. Реакцию проводят при 400⁰С, давлении 2 – 3 МПа в присутствии алюмоникелевых катализаторов:
СН₄ + 3Н₂О = 3Н₂ + СО. Для некоторых синтезов используют полученную смесь. Если нужен чистый водород, то оксид углерода(II) окисляют водяным паром, используя катализаторы:
СО + Н₂О = СО₂ + Н₂. Oт углекислого газа можно освободиться, пропуская смесь через раствор щёлочи.

Водород в промышленности образуется при электролизе водного раствора хлорида натрия:
2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂ + Cl₂; и при разложении воды электрическим током: 2H₂O = O₂ + H₂.

Применение:

Водород используют для синтеза аммиака, получения хлороводорода, восстановления некоторых металлов (W Мо и др.) из их оксидов, для гидрирования органических веществ.