Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)

§ 22. Гідроген і водень

• Оформи опис водню за пунктами:

1. Хімічна формула, якісний і кількісний склад.
2. Агрегатний стан, колір, смак.
3. Проста чи складна, органічна чи неорганічна речовина.
4. Відносна молекулярна, молярна маси.
5. Відносна густина за повітрям.

• Де більше молекул: у 160 г водню чи у 160 г кисню?

• Що означають поняття «невідновлювані джерела енергії» і «відновлювані джерела енергії»? Наведи приклади.

Опрацюй. Зрозумій. Використай

ПОШИРЕНІСТЬ ГІДРОГЕНУ У ВСЕСВІТІ. За оцінками вчених, 92 % атомів у Всесвіті — атоми Гідрогену, тоді як у земній корі масова частка Гідрогену становить близько 1 %.

Водень — основний компонент зір і міжзоряного простору, міститься в космічних туманностях, трапляється на деяких планетах Сонячної системи. Атмосфера Юпітера на 87 % складається із газоподібного водню, а ядро планети утворене твердим воднем. Сполуки Гідрогену виявлено у складі речовин на поверхні Сатурну й Урану.

На Землі основна кількість Гідрогену перебуває у зв’язаному стані. Він входить до складу води, нафти, природного газу, всіх організмів. У вільному стані водень трапляється вкрай рідко, зокрема у вулканічних газах, та виділяється в результаті діяльності деяких мікроорганізмів. В атмосфері вміст Гідрогену, що перебуває у вигляді простої речовини — водню, становить близько 0,00001 % (за масою). Наближений вміст Гідрогену в різних природних тілах ілюструє таблиця 18.

Таблиця 18

Наближений вміст Гідрогену в різних природних тілах

Завдання 1. Які підстави для визнання Гідрогену найпоширенішим елементом у Всесвіті?

Завдання 2. Побудуй діаграму масового вмісту Гідрогену в природних тілах.

ПЛІЧ-О-ПЛІЧ

Завдання 1. Скористайтеся доступними джерелами інформації і дослідіть ключові історичні події, пов’язані з відкриттям водню. Вкажіть рік, ім’я вченого та його внесок.

Завдання 2. Знайдіть інформацію про те, як змінювалося використання водню з моменту його відкриття й дотепер. Розташуйте ці події на стрічці часу і поясніть, як кожна з них вплинула на розвиток науки й технологій.

Завдання 3. Зробіть картки для створення стрічки часу «Хронологія відкриттів, пов’язаних з воднем» і запропонуйте іншій групі використати їх для створення стрічки часу.

ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ В ЛАБОРАТОРІЇ. Одним зі способів одержання водню в лабораторії є взаємодія деяких металів з кислотами. Наприклад:

У процесі взаємодії цинку із хлоридною кислотою атоми хімічного елемента Цинку заміщують атоми Гідрогену хлоридної кислоти й виділяється водень та утворюється сіль — цинк хлорид ZnCl₂.

Завдання 3. Проаналізуй розглянуте рівняння і встанови / поясни, скільки реактантів і скільки продуктів у цій реакції; до простих чи складних речовин вони належать. Чи належить ця реакція до реакцій сполучення або розкладу?

Розглянута реакція належить до іншого типу хімічних реакцій — реакцій заміщення.

Реакції заміщення — це реакції, в результаті яких атоми простої речовини заміщують атоми одного з хімічних елементів у складній речовині:

НУМО ДОСЛІДЖУВАТИ

ОДЕРЖАННЯ І ЗБИРАННЯ ВОДНЮ

Мета дослідження: навчитися одержувати і збирати водень у лабораторних умовах.

Обладнання і речовини: штатив лабораторний, прилад для добування газів, пробірки, штатив для пробірок, сірники, скіпка, гранули цинку Zn, розбавлена хлоридна кислота НСl.

Завдання 1. Виконай кроки 1-2, щоб підготуватися до проведення експерименту.

Крок 1. Ознайомся за малюнком 28 з одним зі способів одержання водню та способами його збирання. Поясни, чому для збирання водню витісненням повітря пробірку необхідно розташовувати догори дном.

Мал. 28. Одержання і збирання водню: а — витісненням води; б — витісненням повітря

Крок 2. Переглянь відео про добування і збирання водню в лабораторії за покликанням https://qr.orioncentr.com.ua/3Cr5t або QR-кодом. Запиши рівняння реакцій, які в ньому продемонстровано.

Завдання 2. Виконай експеримент, описаний у кроках 3-6.

Дотримуйся правил безпеки життєдіяльності під час досліджень у кабінеті хімії!

Крок 3. Збери прилад і перевір його на герметичність. (За потреби звернись до тексту параграфа 26.)

Крок 4. Помісти у прилад для добування газів 2-3 гранули цинку і долий 2 мл розбавленої хлоридної кислоти.

Крок 5. Відразу закрий отвір приладу корком, кінець газовідвідної трубки спрямуй у пробірку-приймач і спостерігай за змінами, що відбуваються.

Крок 6. Вияви наявність водню у пробірці-приймачі. Для цього до її отвору піднеси запалений сірник. Водень згорає з вибухом, тому після підпалювання зібраного у пробірку водню буде чутно звук слабкого вибуху.

Крок 7. Запиши в зошиті спостереження і рівняння реакції одержання та горіння водню.

Крок 8. Сформулюй висновок дослідження, зазначивши, з яких речовин одержано водень, який спосіб використано для його збирання і чому.

ЗАСТОСУВАННЯ ВОДНЮ. Водень використовують у виробництві різних речовин і матеріалів (наприклад, амоніаку, гідроген хлориду). У металургії водень застосовують для відновлення з руд цінних металів, у харчовій промисловості — для перетворення рідких рослинних олій на тверді жири (маргарин). Рідкий водень використовується як найефективніший вид ракетного палива, а стиснений — як паливо для двигунів автомобілів.

Під час горіння водню виділяється велика кількість теплоти, а температура водневого полум’я може сягати 3000 °С. Реакцію горіння водню в чистому кисні застосовують для різання і зварювання металів (мал. 29), у двигунах космічних кораблів.

З повітрям водень утворює вибухонебезпечні суміші, тому поводитися з ним необхідно обережно.

Мал. 29. Зварювання металів полум’ям водневого пальника

ВОДЕНЬ ЯК ЕКОЛОГІЧНЕ ПАЛИВО. До палива належать речовини / суміші речовин / матеріали, які взаємодіють із киснем з виділенням енергії, що використовується для переміщення техніки, виробництва тепла та електроенергії. Приклади палива: вугілля, природний газ, бензин. Спалювання цих видів палива супроводжується утворенням оксидів Карбону, що забруднюють навколишнє середовище.

Водень — екологічно чисте паливо, тому що продуктом його горіння є вода.

Водневі паливні елементи можуть використовуватися для живлення електромобілів, знижуючи залежність транспорту (мал. 30) від викопного палива.

Мал. 30. Транспортні засоби на водневому паливі

З водню можна отримувати теплову або електричну енергію без утворення небезпечних для довкілля викидів.

Завдання 4. Відшукай у тексті параграфа пояснення, чому водень є ефективним й екологічно безпечним паливом.

Одним із методів одержання чистого водню, який використовують як паливо в автомобілях, літаках і для виробництва електроенергії, є розкладання води на водень і кисень під дією електричного струму, що називають електролізом (мал. 31).

Мал. 31. Модель схеми реакції добування водню з води

Завдання 5. Склади рівняння змодельованої реакції.

В Інституті газу НАН України створено Центр водневих технологій. Науковці центру розробляють технології та обладнання для безпечного та ефективного виробництва, зберігання, транспортування й використання водню. У співпраці з міжнародними організаціями Центр водневих технологій бере участь у проєктах Європейського Союзу, спрямованих на зменшення викидів вуглекислого газу та перехід на екологічно чисті (відновлювані) джерела енергії. З розвитком водневих технологій Україна зможе зменшити залежність від викопного палива і покращити екологічну ситуацію.

Детальніше про роботу Центру водневих технологій можна дізнатися на сайті Інституту газу НАН України, скориставшись посиланням https://qr.orioncentr.com.ua/jbAWW чи QR-кодом.

ХІМІЧНА СКАРБНИЦЯ

Хіміки, інженери й технологи розробили способи отримання водню електролізом води з використанням енергії Сонця та вітру. Такий водень називають «зеленим», що означає: отриманий із використанням відновлюваних джерел енергії (мал. 32). Розвиток технологій з виробництва «зеленого» водню відкриває нові можливості для створення стійкої енергетичної системи майбутнього.

Мал. 32. Вітряні та сонячні електростанції — основа успішного виробництва «зеленого» водню

Лідери аерокосмічної галузі вважають «зелений» водень перспективним екопаливом для літаків, супутників та космічних кораблів.

Якщо ти вирішиш долучитися до розвитку водневої енергетики на Землі й навіть у космосі, то вивчення хімії та технічне конструювання стануть у пригоді. Обравши ці галузі своєю майбутньою професією, ти зможеш розв’язувати важливі проблеми прийдешнього завдяки своїм відкриттям і винаходам.

ТОБІ ДО СНАГИ

1. Доведи або спростуй твердження: «Гідроген — найпоширеніший хімічний елемент у Всесвіті».

2. Запиши формули речовин у послідовності зменшення масової частки Гідрогену: СН₄, С₆Н₁₂О₆, NH₃.

3. Вибери малюнки правильного способу добування та збирання водню. Обґрунтуй свій вибір.

4. Водень — легкий горючий газ. Як перевірити це твердження?

5. Які об’єми водню і кисню (н. у.) взаємодіють з утворенням води масою 27 г?

6. Запиши хімічне рівняння взаємодії заліза із хлоридною кислотою, якщо один із продуктів реакції — ферум(ІІ) хлорид. Скориставшись записаним рівнянням, склади умову задачі на обчислення з використанням кількісних співвідношень речовин у цій хімічній реакції та розв’яжи задачу.

7. Близько ста років тому водень використовували для наповнення повітряних куль. Однак сучасні повітряні кулі наповнюють іншим газом — гелієм. На якій властивості водню ґрунтувалося його використання в наведеному прикладі? Які ризики, пов’язані з використанням водню для повітряних мандрівок, спонукали до його заміни гелієм?

8. Переглянь відео про використання водню за покликанням https://qr.orioncentr.com.ua/sae95 або QR-кодом.

Схарактеризуй фізичні та хімічні властивості водню, які роблять його перспективним паливом. Чому водень вважається екологічно чистим джерелом енергії?

Зміст