Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Химия в школе. Просто как 2 х 2

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 213 RSS
←   Июнь 2010   →
 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


Открыта: 02-09-2009

Автор
Алеся Бармина

Статистика

213 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Химия в школе. Просто как 2 х 2. Выпуск 18


15.4. Следующий - водород

 

15.4.1. Что можно сказать о водороде? 

(навык №28)

 

Учебник: Что ты знаешь о водороде?

 

Школяр: В воздухе водорода нет. Но в молекуле воды Н2О водород есть. Если воды на Земле много, то много и водорода. Водород также как и кислород - газ без цвета и запаха. Его молекула двухатомная Н2. Молярная масса водорода 2 г/моль и она занимает при н.у. 22,4 литра, т.е. плотность водорода = 2г : 22,4л = 0,09 г/л. У воздуха молярная масса 29 г/моль, значит, водород значительно легче воздуха

Посмотри видео - мыльные пузыри с водородом.

     В таблице ПСХЭ он находится в I группе, но не является металлом. Валентность его = 1.

Как его обнаружили? А название видимо связано с тем, что он рождает воду?

 

Учебник: Ты достаточно много сказал о водороде.

 

     Действительно его название так и переводится с латинского "hydrogenium" как "рождающий воду".

    В XVI и XVII веке многие ученые упоминали, что при действии кислот на металлы выделяется "горючий" газ.

Английский ученый Г. Кавендиш в 1766 г. собрал и исследовал  этот газ (см. рис.54).

В 1783-1787 годах уже известный тебе французский химик А.Лавуазье выяснил, что при горении этого газа рождается вода (см. видео). Поэтому, он дал ему это название как новому химическому элементу. Лавуазье – крестный отец водорода.

 

     Посмотри видеоопыт "летающая банка". Как водород при поджигании со взрывом взаимодействует с кислородом воздуха:

                                 2Н2 + О2 = 2Н2О

Из реакции видно, что смесь объемов водорода к кислороду 2 : 1 взрывоопасна. Поскольку в воздухе содержится 21% кислорода, то «гремучий газ» получается при отношении водорода к воздуху как 2 : 5.

Эта реакция – проба водорода на чистоту перед опытами с ним: если при поднесении открытого конца пробирки, наполненой им, водород горит спокойно, он чистый. Если в пробирке водород в смеси с воздухом, то будет слышен хлопок. Наиболее взрывоопасна смесь водорода с воздухом 2 : 5 (см.видео по определению этого отношения).

 

   Что можно еще добавить.

 

   Раз он самый легкий элемент, то на Земле находится только в виде соединений с другими элементами. А те атомы водорода, что не успели связаться с другими атомами, улетели в открытый космос. В космосе он в виде атомов входит в вещество звезд и межзвездного газа до 92% (см. рис.55).

   На Земле водород находится не только в виде воды. Он содержится в нефти, угле, природном газе, в живых организмах и в других веществах (рис.56).

 

 

   Водород имеет самую низкую температуру кипения – 253оС. Ниже имеет только гелий. Поэтому жидкий водород используют физики для получения сверхнизких температур. Например, при исследованиях сверхпроводимости. Это когда исчезает электрическое сопротивление в металлах и электрическая энергия передается по металлическому проводнику без потерь.

 

На фото - Кусочек металла, охлажденный до критической температуры, парит (левитирует) в магнитном поле – классический эксперимент, демонстрирующий эффект сверхпроводимости.

     Водород малорастворим в воде. Всего 2 объема его растворяется в 100 объемах воды при 20оС (см.видео). Вспомни, кислорода в воде растворяется 3 объема. В то же время в 1 объеме металла палладий растворяется до 900 объемов водорода !

 

     У водорода самые маленькие атомы, а значит, самые "шустрые" (рис.57). Потому, что инерция их при столкновении мала. Инерцию можно представить так. Ты бежишь на урок и, вдруг, налетаешь на директора школы. Ты отлетаешь при столкновении дальше, чем директор (он может и устоять на ногах) потому, что твоя инерция из-за малой массы меньше.

 

     Если атомы и молекулы "шустрые", то они быстрее передают теплоту (точнее тепловые колебания) другим атомам и молекулам. Это свойство передавать теплоту называется теплопроводность. У водорода, как ты наверно догадываешься, теплопроводность самая высокая среди газов. Она почти в 7 раз выше теплопроводности воздуха и почти как у жидкого спирта. Поэтому, водород используют для отвода избыточной теплоты в мощных электрических машинах.

 

     Он действительно имеет валентность = 1. Все неметаллы в таблице ПСХЭ лежат правее его, а значит проявляют с ним низшую валентность = 8 минус номер группы неметалла. Поэтому в формуле соединения с водородом неметаллы ставят на второе место после водорода. Как принято, в названии соединений сначала называют элемент, стоящий на втором месте, т.е. в нашем случае неметалл, затем водород. Например: HCl – хлороводород (хлористый водород), H2S – сероводород (сернистый водород).

     Есть несколько соединений с водородом,  имеющих нетривиальные (т.е. не по правилам) названия и написания. Это Н2О вода, NH3 аммиак (обратите внимание на неправильный порядок написания элементов!), PH3 фосфин (порядок написания нарушен!), СН4 метан (порядок!). А как бы вы назвали эти вещества по правилам?

 

     Соединения водорода с металлами называются "гидриды". Например, NaH – гидрид натрия, СаН2 – гидрид кальция, AlH3 – гидрид алюминия. Здесь металлы стоят на первом месте, потому что их электроотрицательность меньше.

 

Навык №28:

 

1). Сравните физические свойства водорода и кислорода. В чем сходства, в чем различия?

2). Вычислите объем водорода при н.у. для его массы: а). 3г б). 15г в). 1г .

3). Вычислите массу водорода при н.у. объемом: а). 11,2 л б). 2,24 л в). 5,6 л.

4). Массовая доля водорода в одном из его соединений с углеродом на Земле равна 25%. Что это за вещество?

5). Верно ли утверждение: чтобы собрать водород, пробирку надо держать отверстием вверх?

6). Водород можно собрать методом вытеснения воды?

7). С какой целью перед опытами водород проверяют на чистоту? Как это можно сделать?

 

 

15.4.2. А как получают водород? (навык №29)

 

Школяр: А как получают водород, если он улетел в космос, а на Земле находится в воде и других сложных веществахи находится в виде воды и других соеон улетел в космос?  вода. еляется "горючий" газ. ".что твоя инерция из-за малой массы мень?

 

Учебник: Его извлекают из земных веществ разными способами в зависимости от вещества его содержащего.

 

   Так из воды, точнее из раствора кислоты или щелочи в воде, поскольку чистая вода очень плохо проводит электрический ток, водород получают реакцией разложения с помощью электрического тока (электролиз) 2Н2О = 2Н2 + О2  (видео и рис.58).

 

Такой способ в два раза дороже, чем реакция метана с водой при высокой температуре (конверсия метана)                                  СН4 + 2Н2О = СО2 + 4Н2 .

 

Полученную смесь водорода и углекислого газа разделяют, пропуская через большой объем воды. Здесь используются разные растворимости газов в воде. Водород, как вы наверно помните, малорастворим в воде. А углекислого газа растворяется 88 объемов в 100 объемах воды при 20оС.

 

     Получают водород также реакцией разложения нефти или метана при нагревании (крекинг)      СН4 = С + 2Н2  (см. рис.59).

 

     В лаборатории водород получают первым способом, а также реакцией цинка с соляной кислотой (можно и с серной кислотой)  Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2  (видео).

К какому типу реакции относится это взаимодействие?

 

Навык №29:

 

1). Сколько граммов цинка должно вступить в реакцию с кислотой для получения 10 л водорода при н.у.?

2). Вычислите объем водорода, образующегося при взаимодействии 6,5 г цинка с соляной кислотой.

3). Вычислите массу и объем водорода при н.у., который образуется при растворении 0,65 г цинка в избытке серной кислоты Н2SO4 .

 

 

15.4.3. Химические свойства водорода (навык №30)

 

Учебник: Когда мы говорили о тепловом эффекте химической реакции (см. параграф 14.3), мы выяснили, что в начале реакции затрачивается энергия на разрушение валентных связей исходных веществ. Поэтому, для начала взаимодействия молекул водорода с другими молекулами их необходимо разрушить.

     Для разрушения молекул водорода на атомы требуется большая энергия (называется энергия диссоциации)    Н2 = 2Н – 432 кДж .

     Поэтому непосредственно водород взаимодействует только со фтором и даже со взрывом     F2 + H2 = 2HF.   Объясни сам почему (см. параграф 10.6).

 

А со всеми остальными элементами только при нагревании, поджигании, освещении и давлении, например:

с щелочными металлами                                                         2Na + H2 = 2NaH

с щелочноземельными                                                          Са + Н2 = СаН2

на свету с хлором, при нагревании с бромом, йодом       Cl2 + H2 = 2HCl - видеоопыт с хлором

при поджигании смеси с кислородом  со взрывом            2Н2 + О2 = 2Н2О

при высокой температуре и давлении с азотом                  N2 + 3H2 = 2NH3

с нагретой до 150-200оС серой                                                 Н2 + S = H2S

с нагретым порошком титана                                                   Ti + H2 = Ti H2 .

 

У водорода есть ещё одна интересная особенность – он может "отнимать" кислород от некоторых оксидов (Fe2O3 , CuO и других) при этом сам он окисляется:

 

                                 CuO + H2 = Cu +H2O                      Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O.

- видео реакции оксид меди + водород

 

В этом случае водород называется восстановителем, а такая реакция называется реакцией восстановления. Реакция восстановления противоположна реакции окисления (см. параграф 15.3.3).

 

Школяр: А как определить эти "некоторые" оксиды, у которых он "отнимает" кислород?

 

Учебник: Есть специальный ряд активности металлов, который применяется химиками также часто как и таблица ПСХЭ (здесь приведен не полный ряд):

 

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Sb, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

 

Водород "отнимает" кислород у оксидов металлов, стоящих в этом ряду, правее Cr – это оксиды Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, Sb, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

 

Навык №30:

 

1). Закончите уравнения реакций:

     K + H2 →              S + H2 →             Cl2 + H2 →         C + H2 →        FeO + H2 →

     Fe2O3 + H2 →         Fe3O4 + H2 →       CoO + H2 →      WO3 + H2 →    PbO + H2 →

     NiO + H2 →           Sb2O3 + H2 →       2HCl + Mg →    2HCl + Na →   H2SO4 + Zn →

 

2). Запишите уравнения реакций, соответствующих цепочке превращений:

а). Н2О → О2 → СuO → Cu  б). H2O2 → O2 → SO2  в). H2O2 → O2 → Fe3O4 → Fe  г). HgO → O2 → P2O5   д). H2SO4 → H2 → H2O → O2 → CuO → Cu  е). Hg → HgO → O2 → H2O → H2 → HCl → H2 

ж). Cl2 → HCl → H2 → H2O → O2 → NiO → Ni

 

Как решать цепочки превращений? Разберем на примере HCl → H2 → H2O → O2 → Fe2O3 → Fe  (здесь не приводится).

 

__________________________________________________________________________________________________

 На моем сайте http://alese2009.narod.ru/xumua5/index.html вы можете приобрести данную

книгу «Химия в школе. Просто как 2х2»

с рисунками, видеоопытами, упражнениями

и узнать о технологии обучения по любым предметам.

 

Веду еще одну рассылку "Второе рождение или сознательная реинкарнация" -  как избавиться от страха смерти, восстановить жизненную силу и подготовиться в течение жизни ко второму рождению (реинкарнации, перевоплощению души) после смерти тела. Как помочь душе умирающего и окружающим в период смерти близкого человека. Адрес рассылки http://subscribe.ru/catalog/rest.mystery.poy3

 

 
В избранное