Водород. Пероксид водорода.

Занятие 24: Водород. Пероксид водорода. Тест по теме «Водород. Пероксид водорода».

ВОДОРОД. ПЕРОКСИД ВОДОРОДА.

План:

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома, изотопы

2. Краткая история открытия и происхождение названия

3. Физические свойства

4. Химические свойства

5. Качественная реакция на водород

6. Нахождение в природе

7. Основные методы получения

8. Пероксид водорода

Водород – элемент с порядковым номером 1, имеет А_r=1, электронная формула 1s¹. Атом водорода наименьший по размерам и самый легкий из всех элементов Периодической системы. Условно водород размещают в I-A и в VII-A группах. Подобно щелочным металлам, атом водорода способен отдавать 1 электрон, превращаясь при этом в положительно заряженный ион (протон). В то же время, атом водорода может принимать 1 электрон для завершения своего внешнего уровня, превращаясь в отрицательно заряженный гидрид-ион Н^- (аналогично галогенам). По электроотрицательности водород занимает промежуточное положение между типичными металлами и типичными неметаллами. В соединениях водород проявляет степень окисления +1, реже –1 и может входить как в состав катионов, так и в состав анионов. Схематично изобразите строение атома водорода и приведите примеры соединений, содержащих водород в различных степенях окисления:

Природный водород содержит три изотопа: протий Н¹₁, дейтерий D²₁, тритий Т³₁. Протий и дейтерий являются стабильными изотопами, тритий – радиоактивный (период его полураспада составляет 12,26 года), на Земле его содержится около 300 кг. Водород – единственный химический элемент, изотопы которого получили свои персональные названия. Т.к. в естественной смеси изотопов преобладает протий, можно утверждать, что свойства природного водорода обусловлены в основном его свойствами. Вспомните определение изотопов. Приведите схемы строения атомов всех изотопов водорода и укажите для каждого число протонов, электронов и нейтронов:

Русское и латинское названия водорода (Hydrogenium) переводятся как "рождающий воду"; первооткрывателем водорода считается Г.Кавендиш.

Молекула водорода двухатомна, образована за счет ковалентной неполярной одноцентровой связи (Н-Н). Водород – бесцветный, очень легкий (плотность = 0,09 г/л – самое легкое вещество на Земле), термически устойчивый газ (переходит в атомарное состоянии при 2000°С). Мало растворим в воде и в органических растворителях, не имеет запаха. При высоких температурах проявляет уникальное физическое свойство - растворяется во многих металлах (никель, платина, палладий). Такая отличительная черта обусловлена способностью молекул водорода диффундировать через кристаллическую решетку металла. Наибольшая растворимость отмечена для палладия (850 объемов водорода на один объем металла).

Смесь 2 объемов водорода и 1 объема кислорода получила название "гремучий газ". Водород обладает высокой теплопроводностью (в семь раз больше, чем у воздуха), т.к. его легкие молекулы движутся с огромной скоростью.

Из-за высокой прочности ковалентной неполярной связи молекулярный водород химически малоактивен. При обычной температуре водород реагирует только со фтором и, при освещении, с хлором. Но реакционная способность водорода значительно повышается при нагревании, а также в присутствии таких катализаторов, как никель, платина или палладий (растворяясь в этих металлах, молекулы водорода распадаются на атомы, а атомарный водород обладает значительной химической активностью). Кроме того, большой химической активностью обладает атомарный водород в момент выделения. В реакциях водород чаще всего выступает в роли восстановителя, реже окислителя. Проиллюстрируйте каждую реакцию на конкретных примерах, объясните условия их протекания:

Н₂ (-)

О₂ (+)

Металлы (+-)

Неметаллы (+-)

Н₂О (-)

Основные оксиды (+-)

Кислотные оксиды (-+)

Основания (-)

Кислоты (-)

Соли (-)

Качественной реакцией на водород является его сгорание с характерным "хлопком". Горит водород бесцветным пламенем.

По данным современной космохимии водород является наиболее распространенным элементом Вселенной (в состав космической материи входит 63% водорода, 36% гелия и 1% всех остальных элементов). На Земле водород встречается в основном в связанном виде (вода, нефть, уголь, минералы, живые организмы). В виде простого вещества водород находится в незначительных количествах в верхних слоях атмосферы.

К лабораторным методам получения водорода относятся

Взаимодействие металлов, стоящих в ряду напряжения до водорода, с растворами кислот-неокислителей. Напишите уравнение реакции взаимодействия цинка с раствором соляной кислоты:

Взаимодействие амфотерных металлов и кремния с растворами щелочей. Напишите уравнения реакций взаимодействия алюминия и кремния с раствором гидроксида натрия:

Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой. Напишите уравнения реакций взаимодействия натрия и кальция с водой. Какая из этих реакций протекает с большей скоростью?

Взаимодействием гидридов активных металлов с водой. Напишите уравнения реакций взаимодействия гидридов калия и бария с водой:

В промышленности водород получают, используя

Электролиз разбавленных растворов щелочей, серной кислоты, хлоридов щелочных металлов. Составьте уравнения электролиза растворов гидроксида натрия, хлорида натрия и серной кислоты; укажите процессы, протекающие на электродах:

Восстановление водяного пара металлами (магний, цинк, железо). Напишите уравнение реакции цинка с парами воды:

Восстановление водяного пара раскаленным коксом. Напишите уравнение реакции кокса с парами воды:

Конверсию метана. Составьте уравнение реакции:

Крекинг углеводородов. Напишите уравнения реакций пиролиза и полного крекинга метана, укажите условия проведения этих реакций:

Области применения водорода:

а) в хим. промышленности - сырье для производства аммиака, хлороводорода, метанола.

б) в пищевой промышленности для гидрогенизации растительных масел при производстве маргарина

в) в металлургии для восстановления металлов из их оксидов

г) для заполнения аэростатов, воздушных шаров, зондов

д) использование "водородной горелки" для сварки и резки металлов

е) жидкий водород – один из наиболее эффективных видов ракетного топлива.

Большую актуальность в настоящее время имеет вопрос о применении водорода как экологически чистого топлива.

К важнейшим соединениям водорода относятся вода (будет рассмотрена при изучении кислорода и его соединений) и пероксид водорода.

Пероксид водорода – тяжелая, взрывоопасная жидкость голубоватого цвета. В лабораторной практике и в быту обычно используют 30% р-р пероксида водорода (пергидроль) или его 3% р-р (перекись). Получают пероксид водорода при взаимодействии пероксидов активных металлов с сильными кислотами. Составьте уравнение реакции взаимодействия пероксида натрия с раствором соляной кислоты:

Раствор пероксида водорода имеет кислую реакцию среды, т.е. пероксид водорода можно рассматривать как слабую двухосновную кислоту. Составьте уравнение диссоциации пероксида водорода:

Взаимодействует с основаниями (реакция протекает без изменения пероксидной группировки). Составьте уравнение реакции между пероксидом водорода и гидроксидом натрия:

Разлагается на свету и под действием катализаторов: (kt – диоксид марганца или ферменты крови). Напишите уравнение реакции разложения пероксида водорода и объясните, на чем основано его применение в медицине:

В реакциях пероксид водорода проявляет окислительно-восстановительную двойственность за счет иона кислорода (О^-1). Проиллюстрируйте окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода, составив уравнения реакций его взаимодействия с перманганатом калия в солянокислой среде и с иодидом калия в присутствии гидроксида калия (используйте электронно-ионный баланс). Укажите, в какой роли (с точки зрения ОВР) выступает пероксид водорода в этих реакциях:

Пероксид водорода применяется в основном для получения антисептических средств, а также для реставрации живописи на основе свинцовых белил. Практическое применение нашли пероксиды щелочных металлов – их используют для получения кислорода на космических кораблях и подводных лодках.

ТЕСТ НА ТЕМУ «ВОДОРОД. ПЕРОКСИД ВОДОРОДА»

1. Какая связь в молекуле водорода?

а) водородная

б) ковалентная

в) неполярная

г) полярная

2. Молекулярный водород легче метана в…

а) 8 раз

б) 3 раза

в) 32 раза

г) тяжелее метана

3. Земная кора и гидросфера содержат около 48% кислорода и 1% водорода. Сколько атомов кислорода приходится на один атом водорода?

а) 48

б) 6,02 · 10^23

в) 6

г) 3

4. Смесь равных объемов двух газов имеет плотность по воздуху, в 10 раз меньшую такой же величины для этана. В смеси находятся …

а) водород

б) гелий

в) кислород

г) этан

5. Число атомов в молекуле пероксида водорода равно

а) 2

б) 1

в) 4

г) 6,02 · 10^23

6. Степень окисления кислорода в молекуле пероксида водорода равна

а) -1

б) -2

в) 0

г) +1

7. 30%-ный раствор пероксида водорода в воде называется

а) перекись

б)нашатырный спирт

в) пергидроль

г) формалин

8. При взаимодействии хлорида золота (III) c пероксидом водорода в щелочной среде образовалось 5,863г золота. Определите, какой газ при этом выделился и рассчитайте его объем

а) хлор

б) 22,4л

в) кислород

г) 1л

9. Коэффициент перед восстановителем в реакции задания №8 составляет

а) 3

б) 2

в) 1

г) 6

10. Исключите лишнее название:

а) протий

б) дейтерий

в) протон

г) тритий

КЛЮЧ К ТЕСТУ

Дата добавления: 2015-07-25