::Задание для самостоятельной работы
Советуем приступать к заданию, только после освоения соответствующего раздела. Правильность выполненных заданий можно проверить в разделе "Ответы"
Водород - элемент I (и VII) группы I периода периодической системы. Природный водород состоит из двух стабильных изотопов: протия !Н (>99.9 %) и дейтерия 2H(D) (<0.1 %). Искусственным путем получают неустойчивый радиоактивный изотоп тритий 3Н(Т).
Это самый распространенный элемент Вселенной. В свободном виде на Земле встречается редко, в основном - в виде соединений с неметаллами (вода, нефть, природный газ).
Электронная структура атома -Is1->.
Валентность: I.
Степени окисления: -1,0, +1.
Медико-биологическое значение
Перенос водорода по биохимической цепочке организма является одним из фундаментальнейших процессов в живой природе. Многие реакции организма протекают лишь при определенной величине концентрации ионов водорода.
Простое вещество
Физические свойства
Легкий бесцветный газ без запаха. Плохо растворяется в воде и органических растворителях. Хорошо растворим во многих металлах: никеле, платине, палладии.
Получение
I. Промышленные способы.
1) Взаимодействие водяного пара с раскаленным коксом и далее с оксидом углерода(П) (нагревание, катализатор):
Н2О -I- С -> СО + Н2 (синтез-газ)
Н2О + СО ->СO2 + Н2 (конверсия при избытке воды)
2) Конверсия метана с водяным паром (катализатор Ni, MgO, A12O3):
Н2О + СН4 -> СО + ЗН2
Н2О + СО + ЗН2->СO2 + 4Н2
3) Железо-паровой метод:
4Н2О + 3Fe -> Fe3O4 + 4H2 (t°< 570 °С)
Н2О + Fe -> FeO + Н2 (t° > 570 °С)
4) Электролиз воды (обычно раствора щелочи):
2Н20 эл ток > 2Н2+02
5) Крекинг углеводородов:
СН4 -> С + 2Н2;
С2Н6 -> С2Н4 + Н2
П. Лабораторные способы:
1) Восстановление воды активными металлами:
а) 2Н2О + Са -> Са(ОН)2 + Н2 (щелочные и щелочноземельные);
б) Н2О + Mg -> MgO + H2 (нагревание, другие активные металлы);
в) 6Н2О + 2А1 + 6NaOH -> 2Na3[Al(OH)6] + ЗН2
2) Восстановление разбавленных кислот металлами (кроме HNO3):
H2SO4 + Zn -> ZnSO4 + H2
3) Восстановление воды гидридами активных металлов:
2Н2О + СаН2 -> Са(ОН)2 + 2H2
Химические свойства
В обычных условиях малоактивен, реагирует только со фтором. При нагревании вступает во взаимодействие практически со всеми элементами основных подгрупп (кроме благородных газов), проявляя свойства восстановителя при реакции с неметаллами и окислителя - с активными металлами.
1) Взаимодействие с неметаллами:
Н2 + С12 -> 2НС1; ЗН2 + N2 -> 2NH3
Н2 + S -> H2S ; 2Н2 + O2 -> 2Н2О
2) Взаимодействие со щелочными и щелочноземельными металлами:
2Na + Н2 -> 2NaH;
Са + Н2 -> СаН2 (гидриды)
3) Взаимодействие с оксидами неметаллов и малоактивных металлов:
СO2 + Н2 -> СО + Н2О;
СuО + Н2 -> Сu + Н2О
4) Присоединение к органическим соединениям:
Соединения водорода
Соединения водорода со степенью окисления +1 способны проявлять слабые окислительные свойства:
2Н2О + 2Na -> 2NaOH + H2;
2HC1 + Zn -> ZnCl2 + Н2
При образовании ковалентной связи донорно-акцепторным путем протон выступает в роли акцептора:
Н+ + Н2О -> Н3О+ ;
Н+ + NH3 NH4+
В свою очередь, гидрид-ион Н- является сильным восстановителем, а также обладает выраженными донорными свойствами.
NaH + Н2О-> NaOH + Н2
2LiН + В2Н6 -> 2Li[BH4]