Билет №15. Водород. Особенности его положения в ПСЭ. Химические свойства. Синтез и свойства гидридов. Изотопы водорода. Применение водорода и его соединений. Водородная энергетика.
Водород – самый распространенный элемент во вселенной и широко распространенный на Земле. Содержание его в земной коре сост. 3% (масс. доля)
Электронная конфигурация : 1S¹.
По своей восстановительной способности, он имеет сходство с S – элементами первой группы.
Однако водород характеризуется высокой энергией ионизации , способен принимать один электрон для завершения первой оболочки. По этому его иногда помещают в 7 группу периодической системы. В тоже время водород не относится к p- элементам, по этому его место как в 7 так и в 1 группе – условно.
Водород имеет три изотопа: протий ¹H, дейтерий ²D и тритий ³T, причем тритий – радиоактивны изотоп.
Химические свойства водорода.
Водород может играть роль как восстановителя, так о окислителя. Активность его возрастает с увеличением температуры. Как восстановитель он взаимодействует с галогенами, оксидами многих металлов, кислородом. Водород может окислять сильные восстановители, такие как щелочные металлы с образованием ионных гидридов:
2K°+ H2° = 2K¹H‾¹
Получение и применение водорода.
Водород в основном получают пароводяной конверсией метана:
CH4 + H2O = CO + 3H2
а также частичным окисление метана, газификацией угля, при крекинге углеводородов.
Чистый водород получают электролитическим разложением воды в растворе NaOH.
Основная часть водорода используется для синтеза аммиака:
N2 + 3H2 = 2NH3
и получения метанола:
CO + 2H2 ---> CH3OH (Над стрелкой ZnO/Cr2O3)
Кроме того водород используется для гидрирования в нефтепереработке, при получении марганца, для получения металлов (W, Mo), в криагенной технике, на электростанциях для охлаждения генераторов электрического тока.
Водородная энергетика.
Стоимость передачи энергии в химической форме (в виде газа) значительно ниже стоимости передачи электроэнергии. В качестве носителя энергии может быть использован водород. Применение водорода значительно снизит уровень загрязнения атмосферы, так как при его окислении образуется безвредный продукт – вода.
Билет №16. Свойства s- и d-металлов I и II групп. Сравнение строения и реакционной способности. Токсичность. Жесткость воды. Особенности свойств лития и бериллия. Области применения. Соединения меди и золота в различных степенях оксиления. Методы получения, области применения.
Атомы S – металлов имеют на внешнем электронном уровне соответственно 1 или 2 электрона nS¹ или nS². Степени окисления их ионов в большинстве случаев равны +1, +2. По мере увеличения порядкового номера атомов растут их радиусы и уменьшаются энергии ионизации. Все S- металлы, кроме бериллия имеют невысокие значения температур плавления. Значения их стандартных электродных потенциалов ниже – 2.0 В (кроме бериллия).
Все S – металлы (кроме бериллия и магния) бурно реагируют с водой с выделением водорода.
M + H2O = MOH + (1/2)H2
M + 2H2O = M(OH)2 + H2
Реакционная способность S – металлов с водой возрастает с увеличение атомного номера в группе.
Щелочные металлы.
Все они – очень химически активные вещества, причем их активность возрастает от Лития к Францию. Так Рубидий и Цезий реагируют с водой с взрывом, Калий с воспламенением выделяющегося Водорода, а Натрий и Литий без возгорания.
С кислотами взаимодействуют бурно (опасно), восстанавливая их до низшей степени окисления, например:
8Na + 4H2SO4 = Na2S + 3Na2SO4 + 4H2O
Металлический Литий применяют также в термоядерных реакторах для получения Трития.
(6,3)Li + (1,0)n = (3,1)H + (4,2)He
Бериллий и Магний.
Магний относится к наиболее распространенным на земле элементам (масс. доля 2.1%). Бериллий относительно малораспространен (6*10ˉ⁴), он характеризуется высокими температурой плавления (1278 С), твердостью и плотностью.
Магний мягче и пластичнее Бериллия, относительно легкоплавок (650 С).
Введение Бериллия в металлические сплавы повышает их прочность, твердость, упругость и коррозийную стойкость. Особый интерес представляет бериллиевая бронза (сплав Cu-Be, сод. 2.5% Be), из которой готовят пружины и другие упругие элементы приборов и устройств.
Магний и его сплавы применяют как протекторы для защиты от коррозии.
Гидроксилы Бериллия и Магния – слабо, а большинство их солей – хорошо растворимы в воде.
Бериллий е его соединения – очень токсичны.
Билет №17. Свойства 3d- и 4f-элементов. Особенности свойств скандия. Лантаноиды. Лантаноидное сжатие. Зависимость химических свойств лантаноидов от их степени окисления. Свойства церия и европия. Основные методы разделения. Области применения РЗЭ и их соединений.