Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Как сдать ЕГЭ по химии?

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 68 RSS
←   Апрель 2011   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://mihail-barmin2010.narod.ru/
Открыта: 20-05-2010
Адрес автора: job.education.khimia4ege-owner@subscribe.ru

Автор
mik2005

Статистика

68 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Как сдать ЕГЭ по химии? Неорганическая химия (начало)


2.2.6. Применение водорода

 

Производство водорода занимает одно из первых мест в общем производстве газов. Большие его количиства исполюзуются для синтеза аммиака, полчения синтетической соляной кислоты, превращения жидких растительных жиров в твер­дые, превращения твердого топлива (каменный уголь) или тяжелых остатков переработки нефти в более ценное легкое моторное топливо. Самым большим по объему потребителем водорода является нефтяная промышленность, где водород ис­пользуется для очистки нефти от соединений серы.

В промышленном органическом синтезе водород также используют для получения метанола:

СО + 2Н2 t,P,Kat  CH3OH,

В металлургии водород используют для получения таких, например, металлов, как молибден и вольфрам (реже желе­зо и медь), восстановлением их оксидов:

MoO3 + 3H2 900-1200C    Mo + 3H2O

Атомарный водород применяется в горелках, позволяю­щих достичь температуру = 4000С. Такой температуры до­статочно для резки и сваривания самых тугоплавких метал­лов (например, для вольфрама t  = 3400С).

В настоящее время интенсивно изучается вопрос об ис­пользовании водорода в качестве экологически чистого топ­лива, так как единственным продуктом его сгорания являет­ся вода. Теплота сгорания водорода (в расчете на 1 моль) в три раза больше, чем нефти и нефтепродуктов.

Жидкий водород нашел применение в ракетной технике как одно из наиболее эффективных реактивных топлив.

Взаимодействие между собой изотопов водорода дейте­рия и трития используют в термоядерных реакциях (т. е. в реакциях слияния легких атомных ядер в более тяжелые) для достижения сверхвысоких температур порядка нескольких миллионов градусов.

Первооткрывателем водорода считается английский уче­ный Г. Кавендиш (1766), который изучал свойства водорода (например, при горении образует воду) и назвал его «горю­чим воздухом». А. Лавуазье установил, что «горючий воз­дух» на самом деле представляет простое вещество, и при­числил водород к химическим элементам (1787), дав ему название hydrogenium (т. е. «рождающий воду»).

Поскольку различия в массах атомов изотопов водо­рода значительны, протай, дейтерий, тритий и их соединения заметно различаются по физическим и химическим свой­ствам (изотопный эффект). Например, неодинаковы скорос­ти протекания реакций синтеза бромидов протия и дейтерия (выше скорости реакций с протаем); химические реакции с тяжелой водой D2O протекают значительно медленнее, чем с обычной водой (поэтому при длительном электролизе обыч­ной воды D2O накапливается в электролизере).

Как уже отмечалось, в свободном виде частица Н+ при обычных условиях не существует; в водных растворах, например, катионы водорода полностью находятся в гидратированном состоянии в виде катиона оксония (гидроксония) Н3O+. Присоединяясь к молекулам, ион Н+ изменяет в них распределение электронной плотности, увеличивая тем самым реакционную способность вещества. Это свойство протона особенно широко используется в органической хи­мии (кислотный катализ).

В широком смысле гидридами называются соедине­ния водорода с менее электроотрицательными, чем водород, элементами. Гидриды можно классифицировать по типу хи­мической связи, кислотноосновными характеристикам и по отношению к воде. Например, по типу химической связи различают ионные (или солеобразные) гидриды — соединения водорода со щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и некоторыми другими активными металлами; ковалентные гидриды — соединения водорода с неметалла­ми (В, Р, As, Si); металлоподобные гидриды — соедине­ния водорода c d- и f-элементами.

Иногда в отдельную группу выделяют так называемые ком­плексные гидриды. Это соединения, содержащие гидридион Н1, координированный с ионами металла, например: Li[AlH4] — алюмогидрид лития, Na[BH4] — борогидрид натрия. Данные вещества широко используются в органи­ческой химии как источники гидрид ионов для восстанов­ления в сухом диэтиловом эфире альдегидов, кетонов, слож­ных эфиров и карбоновых кислот в соответствующие спирты.

Реакции водорода с фосфором и кремнием протекают с чрезвычайно малым выходом и практического значения не имеют. Водородные соединения фосфора и кремния получа­ют косвенным путем, например:

Са3Р2 + 6Н2O      ЗСа(ОН)2 + 2РН3,

Mg2Si + 4Н2O      2Mg(OH)2 + SiH4

Важно уяснить, что при работе горелки на атомарном зодороде высокая температура достигается не за счет горе­ния водорода, а за счет теплоты образования его молекул из атомов. С этой целью молекулярный водород пропускают через электрическую дугу между двумя вольфрамовыми электродами, при этом молекулы распадаются на атомы:

Н2      2Н; ∆Н = +436 кДж/моль.

Соединение атомов водорода в молекулы осуществляет­ся на поверхности металла:

2Н     Н2;  ∆Н = -436 кДж/моль;

выделяющаяся энергия поглощается металлами, вследствие чего они разогреваются до очень высокой температуры.

Экспериментально рассчитанный диаметр молекулы Н2 равен 0,247 нм, что больше удвоенного диаметра атома Н (= 0,1 нм). Это означает, что молекула водорода «рыхлая» и, согласно теоретическим расчетам, при сверхвысоких дав­лениях, приблизительно равных 2,5-1011 Па, и низкой темпе­ратуре можно как бы «раздавить» молекулы Н2 и превратить их в скопление отдельных протонов, между которыми сво­бодно перемещаются обобществленные электроны.

Предполагается, что в жидком «металлическом» состоя­нии водород находится внутри планеты Юпитер.

Любая химическая реакция сопровождается выделе­нием или поглощением энергии, т. е. характеризуется энер­гетическим эффектом. Это объясняется тем, что в резуль­тате химической реакции разрываются одни химические связи и образуются другие, с новой энергией.

Реакции, протекающие с выделением энергии, при­нято называть экзотермическими, а с поглощением энергии — эндотермическими.

Энтальпия (энергия) химической связи ∆Н х. св. —

энергия, поглощаемая при разрыве химических связей в молекулах, содержащихся в 1 моль газообразного вещества. Например:

НС1(г)       Н(г) + С1(г), ∆Н = 429,7 кДж/моль.

Это означает, что энтальпия химической связи Н—О со­ставляет 429,7 кДж/моль. Иногда вместо термина «энталь­пия химической связи» употребляют выражение «энергия хи­мической связи». Оба эти выражения эквивалентны. Так,

можно сказать, что энергия химической связи Н—О равна 429,7 кДж/моль.

Энтальпия химической связи является мерой ее прочнос­ти: чем больше ∆Н х. св., тем прочнее связь.

Идея использования водорода в качестве высокоэнер­гетического и экологически чистого топлива весьма заман­чива, однако на пути ее реализации возникают следующие препятствия:

а) все известные к настоящему времени методы получе­ния водорода экономически невыгодны в силу своей энергоемкости;

б) плотность сжиженного или твердого водорода очень мала (в 10—15 раз меньше плотности воды), поэтому для хранения и транспортировки водорода потребуются очень большие по размерам емкости;

в) температура пламени горения водорода выше, чем при­родного газа или угля, а это способствует образованию при горении водорода в воздухе основных загрязнителей атмос­феры — ядовитых оксидов азота.

При повышении давления равновесие реакций вос­становления водородом металлов из водных растворов их солей, согласно принципу Ле Шателье, смещается вправо. Поэтому при достаточно высоком давлении (3,6-104 кПа) и температуре порядка 330С водород способен вытеснить из растворов солей даже такой достаточно активный металл, как цинк:

ZnCl2 + Н2  t,p  Zn + 2НС1

 т. е. стандартная реакция получения водорода протекает в об­ратном направлении.

 
В избранное