Водород презентация

Кавендиш Генри (1731 – 1810) Английский физик и химик. Много времени Кавендиш посвятил исследованию газов – «видов искусственного воздуха», как их тогда называли. Действием серной и соляной кислот на железо, цинк и олово ученый получил «горючий» или воспламеняемый воздух» - водород. Взвешивая колбу с кислотой и металлом до и после реакции и точно измеряя объем выделившегося газа, Кавендиш определил плотность водорода.
История открытия водорода

Положение водорода в ПСХЭ Д.И. Менделеева
группы элементов
периоды
IA
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
VIIIA
1
H
(H)
1
H
Водород – это единственный элемент Периодической системы Д.И. Менделеева, местоположение которого неоднозначно.
Это объясняется тем, что водород имеет ряд свойств, объединяющих его как с щелочными металлами, так и с галогенами.
Его химический элемент в таблице Менделеева записан дважды: и в IА, и группаx.
VII A

Сравнение свойств водорода
со свойствами щелочных металлов, галогенов
Сходство с щелочными металлами
Сходство с галогенами
На внешнем и единственном энергети-
ческом уровне атомы водорода содер-
жат один электрон.
Водород относится к s-элементам.
До завершения внешнего и единствен-
ного уровня атомам водорода, как и
атомам галогенов, недостает одного
электрона.
Водород, как и щелочные металлы в
соединениях с неметаллами имеет
степень окисления +1 (H+Cl)
Водород, как и галогены, в соедине-
ниях с щелочными и щелочноземель-
ными металлами имеет степень окис-
ления ─1 (NaH−)
Подобно фтору и хлору, водород при
обычных условиях является газом.
Его молекулы, как и молекулы галоге-
нов, двухатомны и образованы за счет
ковалентной неполярной связи.
Водород, как и щелочные металлы
является сильным восстановителем.
Проявляет, как и галогены, окислитель-
ные свойства в реакциях с щелочными
и щелочноземельными металлами,
образуя при этом твердые соединения-
гидриды (NaH, CaH2), подобные галоге-
нидам.

Строение атома
период
период
группа
1
1A
H
водород
1
1,00797
Заряд ядра атома численно равен
порядковому номеру элемента в ПСХЭ
1
+
Число энергетических уровней равно
номеру периода
)
Число валентных электронов равно
номеру группы.
1s1
1
Каждый энергетический уровень делится
на энергетические подуровни, которые
образованы орбиталями, имеющими
одинаковую форму и равную энергию
На первом уровне (n =1) есть только
1s-подуровень (одна 1s-орбиталь)
1
s-орбиталь имеет форму шара, s-орбиталь,
находящуюся на первом энергетическом
уровне обозначают 1s.
Изотопы водорода
Н
1
1
протий
D
1
2
1
T
3
дейтерий
тритий

Во Вселенной водород является самым распространенным элементом
– на его долю приходится 75% массы Вселенной
Водород входит в состав гидросферы.
Водород образует наряду с углеродом, все органические вещества,
т.е. входит в состав биосферы.
В земной коре – литосфере – массовое содержание водорода состав-
ляет всего лишь 0,88%, т.е. он занимает 9-место среди всех элементов.
Воздушная оболочка Земли – атмосфера содержит менее миллионной
части общего объема, приходящейся на долю молекулярного
водорода.Он встречается только в верхних слоях атмосферы.
Нахождение в природе

Состав. Строение. Свойства.
Н2
Н
Н
+
Н
Н
Химическая связь
ковалентная неполярная
Н─Н
агрегатное состояние при н.у.
при t = ─253°С:
запах:
растворимость в воде:
вкус:
Кристаллическая решетка
молекулярная
Заполните таблицу:
газ (самый легкий газ, плотность = 0,09 г/мл)
жидкость
цвет
без вкуса
плохо растворим в воде (2 V Н2 на 100 V H2O)
без запаха
без цвета

Получение водорода
Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с соляной кислотой.
Рассмотрите в свете ТЭД.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Zn + 2H+ + 2Cl = Zn2+ + 2Cl + H2
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
В промышленности водород получают:
пропуская водяной пар над раскаленным углем. С + Н2О = СО + Н2
взаимодействием метана СН4 с водяным паром при t°= 1000°С
СН4 + Н2О = СО + 3Н2
разложением метана СН4 = С + 2Н2
Как распознать водород среди других газов?

Химические свойства водорода
Взаимодействие с неметаллами
2. Взаимодействие с металлами
3. Взаимодействие с оксидами металлов

Взаимодействие с неметаллами
При обычных условиях водород реагирует только с фтором (со взрывом даже в темноте). Взаимодействие водорода с хлором происходит на свету или при нагревании, водород горит в хлоре.
Составьте уравнения реакций. Рассмотрите с т. зр. ОВР.
Н20 + F20 = 2H+F− + Q
Н20 + Cl20 = 2H+Cl− + Q
Водород – восстановитель, фтор и хлор окислители.
Взаимодействие водорода с кислородом проходит при поджигании смеси газов со взрывом, поэтому смесь водорода с кислородом (2:1 по объему) называют «гремучим газом»
H20 ─2e → 2H+ 2 1
F20 + 2e → 2F− 2 1
2Н20 + О20 = 2Н2+О−2 + Q
H20 ─2e → 2H+ 2 1
О20 + 4e → 2О−2 2 1
Водород –
восстановитель
кислород –
окислитель
Допишите у─я реакций:
H2 + I2 →
H2 + Br2 →
H2 + N2 →
H2 + S →
H2 + C →
опыт

Взаимодействие водорода с хлором

Взаимодействие с металлами
Вставьте в предложения пропущенные слова:
при взаимодействии с активными металлами водород выступает в роли , образующиеся металлов являются
типично соединениями, степень окисления водорода в них
окислителя
гидриды
ионными
−1
Составьте уравнение реакции образования гидрида натрия. Рассмотрите реакцию как окислительно-восстановительную.
2Na0 + H20 = 2Na+H−
Na0 ─ 1e → Na+ 1 2
H20 + 2e → 2H+ 2 1
H2 – окислитель, процесс восстановления
Na – восстановитель, процесс окисления.
Образующиеся гидриды металлов разлагаются даже в присутствии следов воды с образованием гидроксида и водорода.
Составьте уравнение реакции
разложения водой гидрида кальция
СаН2 + Н2О = Са(ОН)2 + Н2

Взаимодействие водорода с оксидами металлов
Этот метод применяют для
получения металлов высокой
чистоты.
Закончите уравнения реакций:
CuO + H2 →
Fe2O3 + H2 →
NiO + H2 →
WO3 + H2 →
PbO + H2 →
Рассмотрите с т.зр. ОВР.
Cu+2O + H20 = Cu0 + H2+1O
Cu+2 + 2e → Cu0 3 2
H20 ─ 2e → 2H+ 2 3
CuO (за счет Cu+2) ─ окислитель, процесс восстановления;
H2 ─ восстановитель, процесс окисления.
Fe2+3O3 + 3H20 = 2Fe0 + 3H2+1O
Fe+3 + 3e → Fe0 3 2
H20 ─ 2e → 2H+ 2 3
Fe2O3 (за счет Fe+3) ─ окислитель, процесс восстановления;
H2 ─ восстановитель, процесс окисления.
Ni+2O + H20 = Ni0 + H2+1O
Ni+2 + 2e → Ni0 2 1
H20 ─ 2e → 2H+ 2 1
NiO (за счет Ni+2) ─ окислитель, процесс восстановления;
H2 ─ восстановитель, процесс окисления.
W+6O3 + 3H20 = W0 + 3H2+1O
W+6 + 6e → W 0 6 1
H20 ─ 2e → 2H+1 2 3
WO3 (за счет W+6) ─ окислитель, процесс восстановления;
H2 ─ восстановитель, процесс окисления.
Pb+2O + H20 = Pb0 + H2+1O
Pb+2 + 2e → Pb0 2 1
H20 ─ 2e → 2H+ 2 1
PbO (за счет Pb+2) ─ окислитель, процесс восстановления;
H2 ─ восстановитель, процесс окисления.

Применение водорода
Водород широко применяется:
для промышленного синтеза аммиака и хлороводорода;
для получения метанола синтетического жидкого топлива в
составе синтез-газа (2 объема Н2 и 1 объем СО);
для гидроочистки и гидрокрекинга нефтяных фракций;
для гидрогенизации жидких жиров;
для резки и сварки металлов;
для получения вольфрама, молибдена и рения из их оксидов;
для космических двигателей в качестве топлива;
в термоядерных реакторах в качестве топлива используются изотопы водорода.
7
5
1
2
3
4
6
8

1
3
5
6
7
4
2
8

Соединения водорода
I. Вода
Нахождение в природе
2. Строение молекулы.2. Строение молекулы. 2. Строение молекулы. Физические свойства
Химические свойства
II. Пероксид водорода

Нахождение в природе
Вода в природе представлена в первую очередь гидросферой, 96% которой составляет Мировой океан, покрывающий ¾ поверхности земного шара. На долю пресной воды приходится только 2,6% от общего содержания ее на планете. Большая часть пресной воды сосредоточена в виде льда Северного и Южного полюсов и недоступна для потребления. Доля жидкой пресной воды, доступной к применению, равна 0,014% от общих запасов.
ВОДА

Строение молекулы воды. Физические свойства
О
Н
Н
─
+
Молекула воды представляет собой диполь и имеет угловую форму. Общие электронные пары смещены к более электроотрицательному атому кислорода, поэтому атомы водорода приобретают положительный, а атомы кислорода отрицательный заряд.
104,5°
−δ
+δ
+δ
Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. В тонком слое она бесцветна, а в слое толщиной 2 м и более имеет голубоватый оттенок. Природная вода содержит примеси, главным образом соли кальция и магния, которые обусловливают жесткость воды.
В жидкой фазе молекулы воды образуют ассоциаты вследствие возникновения межмолекулярных водородных связей.
Н
Н
О
…
…
…
О
Н
…
О
…
…
Н
Н
О
Н
…
…
…
О
…
Н
Н
Н
Н

Химические свойства воды
Для воды характеры как окислительно-восстановительные свойства, так и реакции, протекающие без изменения степеней окисления водорода и кислорода.
Взаимодействие с металлами
Щелочные металлы взаимо-действуют с водой при обычных условиях с образованием щелочи и водорода.
Скорость реакции возрастает от лития к калию.
Составьте уравнения реакций.
Рассмотрите с т. зр. ОВР.
2Li0 + 2H+2O = 2Li+OH + H20
2Na0 +2H+2O =2Na+OH +H20
2K0 + 2H+2O = 2K+OH + H20
Li0 ─ 1e → Li+ 1 2
2H+ + 2e → H20 2 1
Li ─ восстановитель,
процесс окисления
H2O (за счет Н+) ─
окислитель, процесс
восстановления.
Na0 ─ 1e → Na+ 1 2
2H+ + 2e → H20 2 1
Na ─ восстановитель,
процесс окисления
H2O (за счет Н+) ─
окислитель, процесс
восстановления.
K0 ─ 1e → K+ 1 2
2H+ + 2e → H20 2 1
K ─ восстановитель,
процесс окисления
H2O (за счет Н+) ─
окислитель, процесс
восстановления.
опыт

Взаимодействие калия с водой

Взаимодействие воды с кальцием
Составьте уравнение реакции.
Рассмотрите с т.зр. ОВР.
Ca0 + 2H+2O = Ca+2(OH)2 + H20
Ca0 ─2e → Ca+2 2 1
2H+ + 2e → H20 2 1
Ca ─ восстановитель, пр. окисления
H2O (за счет H+) ─ окислитель,
пр. восстановления.
Алюминий вступает в реакцию с водой лишь при условии, что его поверхность будет освобождена от оксидной пленки.
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
Zn + H2O = ZnO + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Остальные металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до
водорода, взаимодействуют с водой лишь при значительном нагревании с образованием оксида металла и водорода:

Пероксид водорода
Пероксид водорода – это бесцветная жидкость, представляет собой, так же как и вода, соединение водорода с кислородом Н2О2
Определите степень окисления и валентность кислорода, водорода:
Н+1 ─ О−1 ─ О−1 ─ Н+1
Степень окисления кислорода −1, валентность II
Степень окисления водорода +1, валентность I
Пероксид водорода нестоек и поэтому способен разлагаться на воду и кислород:
2Н2О2 = 2Н2 + О2
В воде пероксид растворяется неограниченно, его водные растворы более устойчивы. В виде таких растворов пероксиды поступают в продажу: аптечный 3%-ный раствор. Для других целей используют пергидроль – 30%-ный раствор Н2О2.
Применяется пероксид водорода для отбеливания текстильных материалов и бумаги, в парикмахерском деле, в медицине, как окислитель в ракетном топливе, при получении глицерина.