Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 16. Водень: хімічні властивості та одержання
Які йони характерні для Гідрогену?
Поміркуйте
За розміщенням Гідрогену в Періодичній таблиці визначте: він є металічним чи неметалічним елементом. Такі хімічні елементи прагнуть віддавати чи приєднувати електрони?
Гідроген — неметалічний елемент, проте він може як віддавати, так і приєднувати електрони.
Унаслідок такої особливості Гідрогену, він може утворювати сполуки як із металічними, так і з неметалічними елементами. А водень реагує як із металами, так і з неметалами.
Реакції водню з неметалами
Водень реагує майже з усіма неметалами, а з елементами 17-ї групи (галогенами) водень реагує доволі активно.
Наприклад:
- зі фтором: Н2 + F2 = 2HF (реагує з вибухом за будь-якої температури);
- зі хлором: Н2 + Сl2 = 2НСl (реагує за умови освітлення).
У разі підпалювання або за наявності каталізатора (платина, паладій тощо) водень активно реагує з киснем:
2Н2 + О2 = 2Н2О
Поміркуйте
У якому об'ємному співвідношенні слід змішати водень і кисень, щоб усі реактанти прореагували повністю? Відповідь обґрунтуйте.
Якщо в посудині змішати разом водень і кисень, то реакція відбувається з вибухом. Особливо потужний вибух відбувається в разі змішування водню з киснем у співвідношенні 2:1. Таку суміш навіть називають «гримучим газом», оскільки він вибухає від найменшої іскри.
Також за певних умов водень реагує з іншими неметалами:
Реакції водню з металами
Водень реагує з активними металами, утвореними хімічними елементами 1-ї та 2-ї груп Періодичної таблиці (відповідно, із лужними та лужноземельними металами).
Наприклад, із лужним металом натрієм:
Н2 + 2Na =t 2NaH
Поміркуйте
Як називають продукт цієї реакції?
Сполуки металічних елементів із Гідрогеном називають так само, як і інші бінарні сполуки (див. § 2). Так, NaH — натрій гідрид. Так само відбувається реакція лужноземельного металу кальцію з воднем:
Н2 + Са =t СаН2
Реакції водню з оксидами
Багато оксидів металічних хімічних елементів взаємодіють із воднем з утворенням металів:
Fe2O3 + 3Н2 =t 2Fe + 3Н2О
CuO + Н2 =t Сu + Н2О
WO3 + 3Н2 =t W + 3Н2О
Завдяки таким реакціям можна одержувати метали, зокрема в промислових кількостях.
Оксиди металічних елементів часто є складниками металічних руд, які використовують для промислового одержання металів. Водень відновлює метали з непривабливої зовні руди. Реакції оксидів із воднем є прикладом реакцій відновлення.
Одержання водню
Поміркуйте
Вивчаючи § 9, ви дізналися про спосіб одержання кисню електролізом води. Чи можна цей спосіб використовувати для одержання водню?
Ви вже знаєте, що під час електролізу води утворюються кисень і водень. Отже, у цей спосіб можна одержувати обидві ці речовини:
Поміркуйте
Проаналізуйте мал. 9.3 на с. 73. Чим можна пояснити різницю об'ємів газів в обох пробірках?
У лабораторії водень частіше одержують взаємодією металів із кислотами, зокрема цинку з хлоридною кислотою:
Zn + 2НСl = ZnCl2 + Η2↑
У цій реакції метали витісняють атоми Гідрогену з кислот. Продукти такого заміщення називають солями, про що ви дізнаєтеся на наступних уроках.
Цю реакцію для одержання водню здійснюють в апараті Кіппа.
У зарядженому стані апарат готовий до використання
Апарат у робочому стані
Робота з інформацією
175. Поясніть, як утворюються йони Гідрогену Н+ і Н-.
176. Проаналізуйте рівняння реакцій водню з неметалами. Поясніть умови, за яких відбувається та чи інша реакція. Запишіть назви утворених продуктів реакцій.
177. Складіть формули бінарних сполук Гідрогену з: К, Li, Mg, Sr, Al.
178. Складіть хімічні рівняння утворення бінарних сполук, згаданих у попередньому завданні, із простих речовин.
179. Складіть назви сполук: Fe2O3, CuO, WO3, Ag2O, МnО. Для останніх двох речовин складіть рівняння реакцій із воднем.
180. Останнім часом дедалі більше застосовують промисловий спосіб одержання чистого заліза відновленням ферум(3+) оксиду воднем. Обчисліть об’єм водню (н. у.), який витрачається під час одержання заліза з ферум(3+) оксиду масою 160 кг.
181. Реакція цинку з хлоридною кислотою — найпоширеніший спосіб одержання водню в шкільній лабораторії. Обчисліть масу цинку, яка знадобиться для одержання водню об’ємом 5,6 л (н. у.).
182. У промисловості водень використовують для синтезу метану з вуглецю за високої температури. Обчисліть об’єм водню (н. у.), необхідний для одержання метану масою 44 г.
183. Під час електролізу води одержують водень, який можна використовувати як пальне. Обчисліть масу витраченої води й об’єм утвореного кисню, якщо під час електролізу одержано 2 м3 водню (н. у).
184. Амоніак — дуже важлива промислова речовина, він є сировиною для одержання азотних добрив. Обчисліть об’єм водню (н. у.), необхідний для одержання амоніаку масою 340 кг.
185. Деякі метали, зокрема хром, використовують для захисту сталі від корозії (іржавіння). Обчисліть масу хром(3+) оксиду, який можна відновити, використовуючи водень об’ємом 44,8 л (н. у.). Обчисліть масу утвореного хрому.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
186. Зважаючи на процеси, які відбуваються в апараті Кіппа, спрогнозуйте: водень, який виділяється з нього, є вологим чи сухим (без домішок водяної пари)?
187. Зважаючи на число реактантів і продуктів реакції, з-поміж хімічних реакцій можна виділити зокрема такі:
- сполучення: А + В → С;
- розкладу: А → В + С;
- обміну: АВ + CD → AD + СВ;
- заміщення: АВ + С → СВ + А.
Проаналізуйте хімічні властивості водню та способи його одержання, описані в параграфі. До якого типу належить кожна з реакцій? Поясніть свою відповідь.
188. Водень легко відновлює мідь із купрум(2+) оксиду за нагрівання. Під час цієї реакції утворюється мідь, оскільки вона вже не здатна реагувати з воднем. Як ви вважаєте, чи можливо здійснити реакцію одержання натрію під час взаємодії натрій оксиду з воднем?
189. Пригадайте, які реакції називають окисненням (за §10). Проаналізуйте схеми, на яких проілюстровано два хімічні процеси. Сформулюйте гіпотезу, чому реакції окиснення та відновлення називають протилежними процесами. Відповідь обґрунтуйте.
190. Зважаючи на хімічні властивості та способи одержання водню, описані в параграфі, спрогнозуйте, як можна використовувати водень у науці й техніці. Перевірте свої припущення за додатковими джерелами інформації.
191. Проаналізуйте гравюру зі старого підручника хімії. На ній зображено дослід із доведення факту, що під час згоряння водню утворюється вода. Схарактеризуйте значення кожної частини приладу та процеси, які в них відбуваються.
192. «Кресало Деберейнера» — один із перших пристроїв для отримання вогню в домашніх умовах, що набув популярності близько 200 років тому. Певною мірою це була перша у світі запальничка. Схематично цей пристрій зображено на малюнку. Проаналізуйте його і поясніть принцип дії цього кресала.
193. Установлення певних фактів і закономірностей у науці іноді потребує низки відкриттів, зокрема праці різних науковців / науковиць. Навіть визначення формули води та деяких простих речовин, на кшталт водню й хлору, відбулося не одразу. Близько 200 років тому склад молекул згаданих речовин записували як НО, Н, Cl відповідно. Лише після відкриття 1811 року свого газового закону (який учні й учениці іноді називають законом «трьох однакових»), Амедео Авогадро встановив правильні формули цих речовин — Н2О, Н2 і Сl2.
Визначте правильність тверджень, які могли б допомогти Авогадро дійти правильних висновків.
І. Якби молекули водню й хлору були одноатомними, то внаслідок реакції Н + Cl = НСl відбувалося б зменшення об’єму початкової суміші газів.
II. Якщо реакцію утворення гідроген хлориду записати як Н2 + Сl2 = 2НСl, то цим пояснюється відсутність зміни об’єму суміші газів.
III. Якщо формула води Н2О, то під час взаємодії водню з киснем об’єм суміші газів має зменшитися на третину.
