Водород и его свойства
материал для подготовки к егэ (гиа) по химии (11 класс) на тему

ВОДОРОД И ЕГО СВОЙСТВА

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Водород — это самый легкий газ (он в 14,4 раза легче воздуха), не имеет цвета, вкуса и запаха. Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С растворяется 18 мл водорода). При температуре — 252,8°С и атмосферном давлении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород бесцветен.
Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 — дейтерий D и тритий Т.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Для водорода характерны следующие реакции с простыми веществами (с Al, B, Si, P соединения водорода получают косвенным путём):
1. Взаимодействие с неметаллами

При поджигании или в присутствии платинового катализатора реагирует с кислородом, реакция протекает со взрывом.
O2 + 2H2 = 2H2O,
Смесь двух объёмов водорода и одного объёма кислорода называется гремучим газом.
При нагревании водород обратимо взаимодействует с серой:
S + H2 ⇔ H2S 
С азотом — при нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора (железо):
N2 + 3H2 = 2NH3 
С галогенами образует галогеноводороды:
F2 + H2 = 2HF,

реакция протекает со взрывом при любой температуре,
Cl2 + H2 = 2HCl,

реакция протекает только на свету.
С сажей взаимодействует при сильном нагревании:
C + 2H2 = CH4 
2. Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами

Водород образует с активными металлами гидриды:
Na + H2 = 2NaH 
Ca + H2 = CaH2 
Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2 ↑
3. Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)

Оксиды восстанавливаются до металлов:
CuO + H2 = Cu + H2O
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
WO3 + 3H2 = W + 3H2O
4. Гидрирование органических соединений

При действии водорода на ненасыщенные углеводороды в присутствии никель-катализатора и повышенной температуре происходит реакция гидрирования:
CH2=CH2 + H2 = CH3-CH3
Водород восстанавливает альдегиды до спиртов:
CH3CHO + H2 = C2H5OH
ПОЛУЧЕНИЕ:
Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Добывали его в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность относительно легко добывать его тоннами с помощью электролиза. Выглядит электролитический процесс примерно так: в ванну с водой опускают два электрода, на одном — положительный потенциал, на другом — отрицательный. На плюсе в результате прохождения тока выделяется кислород, а на минусе — водород.
В промышленности

1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2 
2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
H2O + C ⇔ H2 + CO
3.Из природного газа.
Конверсия с водяным паром:
CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 (1000°C)
Каталитическое окисление кислородом:
2CH4 + O2 ⇔ 2CO + 4H2 
4. Крекинг и реформинг углеводородов в процессе переработки нефти.
В лаборатории

1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 
2.Взаимодействие кальция с водой:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 
3.Гидролиз гидридов:
NaH + H2O = NaOH + H2 
4.Действие щелочей на цинк или алюминий:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 
Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2 
5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O
ПРИМЕНЕНИЕ:

Водород используют при синтезе аммиака NH3, хлороводорода HCl, метанола СН3ОН, при гидрокрекинге (крекинге в атмосфере водорода) природных углеводородов, как восстановитель при получении некоторых металлов. Гидрированием природных растительных масел получают твёрдый жир — маргарин. Жидкий водород находит применение как ракетное топливо, а также как хладагент. Смесь кислорода с водородом используют при сварке.
ВОДА:

1. Взаимодействие с металлами:

Ca +2H2O = Ca(OH)2 + H2

Mg(порошок) + 2H2O + Mg(OH)2 + H2

2Al (без оксидной плёнки) + 6H2O =2Al(OH)3 + 3H2O

Zn +H2O = ZnO + H2

3Fe +4H2O = Fe3O4 + 4H2O

2. С неметаллами:

2H2O + 2F2 = 4HF + O2

H2O + Cl2 = HCl + HClO

3. С оксидами:

СaO + H2O = Ca(OH)2

P2O5 + 3H2O + 2H3PO4

4. С органическими веществами:

СН2=СН2 + Н2О = С2Н5ОН

5. Получение аквакомплексов:

CuSO4 + 5H2O = CuSO4 · 5H2O

Na2CO3 + 10H2O = Na2CO3 · 10H2O

ПЕРОКСИД ВОДОРОДА:

2H2O2 = 2H2O + O2

H2O2 + 2KI = I2 + 2KOH

NaNO2 + H2O2 = NaNO3 + H2O

PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O

2KMnO4 + 7H2O2 + 5H2SO4 = 2MnSO4 + 7O2 + 2SO2 + K2SO4 + 12H2O