Опыт. Получение и собирание водорода. Доказательство наличия водорода в пробирке.
Водород можно получить взаимодействием цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Водород легче воздуха, поэтому его собирают в пробирку, перевернутую дном кверху.
Чтобы доказать наличие водорода в пробирке и проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки (пробирку держим держателем для пробирок!). Чистый водород сгорает со звонким хлопком.
Если водород смешан с воздухом, звук будет визгливый, говорят «сгорает со свистом».
Опыт доказательства наличия водорода не всегда получается, особенно без тренировки – нужно накопить довольно много водорода. При этом не забывайте отверстие пробирки направлять в сторону, где никого нет – «от людей».
Для получения водорода на экзамене вряд ли будет использоваться аппарат Киппа. Скорее, предложат пробирку с газоотводной трубкой или колбу, накрытую перевернутой воронкой. Желательно уточнить этот момент на консультации перед экзаменом и обговорить с учителем меры безопасности.
Ни в коем случае не зажигайте спички и спиртовку поблизости от сосуда, в котором получаете водород. Если он собран герметично или закрыт пробкой, при возгорании водорода взрыв разорвет сосуд, осколки могут поранить лицо.
Водород можно получить и взаимодействием натрия, кальция с водой, но этот опыт не вполне безопасен (если взять слишком большой кусочек натрия, может произойти взрыв).
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
Билет № 13
1. Щелочи в свете представлений об электролитической диссоциации. Химические свойства щелочей: взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами, солями (на примере гидроксида натрия или гидроксида кальция).
Щёлочи – это растворимые основания.
С точки зрения теории электролитической диссоциации основаниями являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов, т.е. основные гидроксиды:
NaOH → Na+ + OH-
Более строгая формулировка: отщепляющие в качестве анионов (отрицательных ионов) только гидроксид-ионы.
Растворы щелочей окрашивают индикатор фенолфталеин (сокращенно ф-ф) в малиновый цвет.
Лакмус окрашивают в синий, метилоранж – в желтый, но это в школьной лаборатории видно плохо, не дает возможности отличить от нейтрального раствора.
Щёлочи реагируют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Щёлочи реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O (известковое тесто при неправильном хранении поглощает углекислый газ, образуется карбонат кальция)
Щелочи реагируют с растворами солей, если в результате реакции образуется осадок:
CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)↓
Например, при сливании с растворимыми солями меди (II) выпадает синий осадок гидроксида меди (II).
При нагревании солей аммония со щелочами выделяется газообразный аммиак:
Ca(OH)2 + 2NH4Cl = CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O
Задача. Вычисление массы исходного вещества, если известно количество вещества одного из продуктов реакции.
Пример:
Сколько граммов соляной кислоты необходимо для получения 4 моль хлорида цинка?
Решение:
1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
x моль 4 моль
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2 моль 1 моль
3. Составляем пропорцию:
x моль – 4 моль
2 моль – 1 моль
4. Находим x:
x = 4 моль • 2 моль / 1 моль = 8 моль
5. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
(молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице под знаком элемента и округляем до целых, кроме хлора, который берется 35,5)
6. Находим требуемую массу соляной кислоты: m (HCl) = M • n = 36,5 г/моль • 8 моль = 292 г
Ответ: 292 г.
Билет № 14
1. Водород: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома и молекулы. Физические и химические свойства водорода, получение и применение.
Водород находится в 1-м периоде, I группе, главной (А) подгруппе. Химический знак водорода обычно проставляют и в VII группе.
Это связано с тем, что ядро атома водорода представляет из себя протон (элементарную частицу), заряд его равен +1. Электронная оболочка имеет один уровень, на котором расположен один электрон. Водород, как и металлы I группы, легко окисляется. Валентность водорода равна I.
В то же время водороду недостает только одного электрона, чтобы заполнить внешний электронный уровень (т.к. на I уровне может разместиться только 2 электрона). В этом он сходен с галогенами. Водород-простое вещество, как и галогены, является неметаллом. Поэтому химический знак водорода помещают также в VII группу.
Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью.
Водород – газ, без цвета и запаха, легче воздуха. Растворимость в воде очень мала.
Химические свойства:
1. Водород горит, образуется вода; смесь водорода с воздухом сгорает со взрывом:
2H2 + O2 = 2H2O
2. Водород продолжает гореть в атмосфере хлора (т.е. реагирует с хлором при нагревании), образуется хлороводород:
H2 + Cl2 = 2HCl
Сходным образом протекают реакции со многими неметаллами.
3. Водород восстанавливает металлы из их оксидов:
H2 + CuO = Cu + H2O
В этих трех реакциях водород является восстановителем.
Водород может выступать в роли окислителя при нагревании со щелочными металлами:
2Na + H2 = 2NaH (образуется гидрид натрия)
В лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Водород собирают в сосуд, перевернутый кверху дном.
Чтобы проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки. Чистый водород сгорает со звонким хлопком. Если водород смешан с воздухом, сгорает со взрывом.
Водород можно получить взаимодействием натрия, кальция с водой:
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
При отсутствии этих реактивов практикуется получение водорода взаимодействием алюминиевой стружки и воды (с добавлением щелочи, чтобы разрушить оксидную пленку).
В промышленности водород получают при разложении природного газа.
Перспективным считается получение водорода при разложении воды электрическим током, но этот метод дорого обходится из-за больших затрат электроэнергии.
Применение водорода:
1. Синтез аммиака NH3 (производство азотной кислоты и азотных удобрений), соляной кислоты
2. Получение металлов высокой чистоты (например, порошка железа для школьной химической лаборатории)
3. Газовая резка и сварка металлов
Водород считается перспективным экологически чистым топливом для автомобильного и воздушного транспорта. Запасы нефти и газа на Земле исчерпаемы, а водород можно получать из воды.