Урок 21. Водород – самый лёгкий газ

урок по теме “Водород”
методическая разработка по химии (8 класс) на тему

Урок нового материала по теме “Водород” в 8 классе. Материал подобран таким образом, что учащиеся узнали не только строение и свойства самого лёгкого газа, но и много дополнительной информации по данной теме.

Скачать:

Вложение Размер
urok_na_uchitele_goda_vodorod.docx 24.56 КБ

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1»

Открытый урок по химии в 8 классе

по теме «Водород»

с использованием ИКТ

(конкурс учитель года 2010)

Подготовила и провела

учитель химии МОУ КСОШ № 1

Бабичева Валентина Николаевна

Бабичева Валентина Николаевна – учитель химии МОУ КСОШ №1, учитель высшей категории.

Тема урока: «Водород»

Цели урока: А) образовательная: обеспечить усвоение учащимися понятий : «водород – химический элемент», «водород – простое вещество», познакомить нахождением водорода в природе, с физическими свойствами водорода, методами получения водорода в промышленности и в лаборатории и способами собирания его.

Б) воспитательная : воспитание мотивов учения, положительного отношения к занятиям, умению рефлексировать, стремление добиваться наилучших результатов, воспитание дисциплинированности, эстетических вкусов.

В) развивающая : развитие умений учебного труда (умение работать в должном темпе – читать, писать); развитие умений наблюдения (умение наблюдать за демонстрационными опытами, делать выводы); развитие познавательных умений( формировать умение выделять главное, вести конспект, наблюдать, делать выводы, находить проблему и её решать); развитие мышления (развитие аналитического мышления – формирование умения выделять существенные признаки и свойства веществ), (развитие абстрактного мышления – выделять общие и существенные признаки, развитие умений применять знания на практике).

Оборудование : Презентация, аппарат Киппа, прибор для получения газов, цинк, соляная кислота, мыльный раствор.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

1. Организационный момент (его задача – подготовить учащихся к работе на уроке. Педагог и ученики приветствуют друг друга, в журнале отмечаются отсутствующие, затем учитель проверяет, готовы ли ребята к занятию).

2. Подготовка учащихся к активному и сознательному усвоению материала. Учитель демонстрирует на интерактивной доске первый слайд со стихотворением:

Я, газ, легчайший и бесцветный,

Неядовитый и безвредный,

Соединяясь с кислородом,

Я для питья даю вам воду!

Учащиеся зачитывают данное стихотворение и называют тему урока «Водород» и записывают её в рабочие тетради.

Второй слайд. План урока.

1. Водород в природе.

2. Историческая справка.

3. Водород – химический элемент.

4. Водород – простое вещество.

5. Получение и собирание водорода.

6. Физические свойства водорода.

7. Применение водорода.

Учитель предлагает записать план урока в рабочие тетради.

Целеполагание учащимися после записи плана урока.

3. Этап усвоения новых знаний.

Учитель : переходим к изучению первого вопроса плана. ( слайд 3 )

Первый я на белом свете:

Во вселенной, на планете.

Превращаюсь в лёгкий гелий,

Зажигаю Солнце в небе.

Гость из космоса пришёл.

В воде приют себе нашёл!

(Объясните смысл стихотворения, изучив материал учебника нахождение водорода в природе стр. 71)

Учащиеся работают с материалом учебника и рассказывают о нахождении водорода в природе.

Учитель дополняет ответы учащихся и демонстрирует ( слайд 4 ) Водород самый распространённый элемент в космосе. Основная масса звёзд состоит из водорода. В условиях звёздных температур и межзвёздного пространства это элемент существует в виде отдельных атомов. Водород входит в состав основного компонента Земли – вода. Хоть доля водорода в земной коре около 1% от массы, однако, его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых 17%. Многие органические вещества представляют собой соединения С,О, Н,: нефть, природный газ, углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины. В теле человека 10% атомов водорода.

Учитель : Обратимся к истории (Слайды 5,6,7) Рассказывает об учёных, которые получали водород. В 1766 году известный английский учёный Генри Кавендиш получил «искусственный воздух» действием цинка на разведённую соляную кислоту. Это было совершенно новое вещество, которое хорошо горело и получило название «горючего воздуха» . Лишь в 1787 году Антуан Лавуазье доказал, что «горючий воздух»,открытый в 1766 году входит в состав воды и дал ему название «гидрогениум», т.е. «рождающий воду», «водород».

Мы узнали, почему водород получил такое название, а сейчас обратимся к периодической системе, где водород как химический элемент нашёл себе приют. (слайд 8) Учащиеся по плану на слайде дают характеристику химического элемента водорода.

Учитель : Водород самый первый и самый лёгкий элемент. Он образует соединения с большинством химических элементов: Например: соединения водорода с металлами называются гидридами: NaH( гидрид калия), CaH 2 (гидрид кальция);с неметаллами он также образует соединения: HCl (хлороводород), H 2 S( сероводород). Во всех соединениях водород проявляет валентность равную 1. ( запись на доске )

Слайд 9. Учитель : Разберём водород – как простое вещество. Охарактеризуете данную формулу.

Учащиеся : отмечают, что молекула водорода двухатомная, Mr(H 2 ) = 2 и одновременно заполняют таблицу сравнения химического элемента и простого вещества водорода.

Водород как простое вещество и как химический элемент.

Водород – химический элемент

Водород – простое вещество

Относительная атомная или молекулярная масса

(работа осуществляется в статистических парах) а затем, самоконтроль. (слайд 10)

Учитель : Внимательно выслушайте предложения и определите, в каком из них речь идёт о химическом элементе, а в каком о простом веществе.

1. Водород входит в состав воды и нефти. 2. Водородом наполняют воздушные шары. 3 . Водород – самый лёгкий из всех газов. 4. Водород в земной коре в % по массе занимает 9-е место.

Учащиеся работают устно, отвечают на вопрос и делают выводы, чем отличается простое вещество и химический элемент.

Слайд 11. Учащиеся зачитывают проблемный вопрос на слайде и отвечают на него.

Учитель : Да, верно, вода – самый доступный источник водорода. В промышленности действительно водород получают из воды.

1 учащийся . Эксперимент по получению водорода из воды с помощью солнечной энергии проводился в Университете Нового Южного Уэльса в Австралии. В этой технологии солнечный свет сначала преобразуется в электричество, которое уже разлагает воду на кислород и водород в присутствии катализатора. (слайд 12)

2 учащийся . Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Его добывали в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные металлы в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность легко добывать его тоннами. Но этот способ сравнительно дорогой. Т.к. из воды водород можно получить, только разложив его электрическим током.

Учитель : В настоящее время его получают в промышленности из природного газа – метана. В лаборатории водород получают из соединений класса кислот: соляной, серной. ( слайды 13,14) Как же извлечь водород из кислот? Надо его в кислоте заместить металлом. Разберём способы собирания водорода. (слайд 15) работа с материалом слайда.

Демонстрационный опыт . Получение водорода в лаборатории и наполнение водородом мыльных пузырей. Правила техники безопасности. Проверка водорода на чистоту. Демонстрация аппарата Киппа. Водород можно получать и в аппарате Киппа, если его необходимо получить в большом количестве. Своё название аппарат Киппа получил по названию голландской фирмы производителя.

Физминутка под музыку . (слайд 16)

Учитель : При получении водорода необходимо соблюдать технику безопасности и обязательно проверять его на чистоту.(слайд 17) Вот какая история произошла с французским химиком, директором парижского музея науки Пилатом де Розье. Как-то он решил проверить, что будет, если вдохнуть водород. До него никто такого эксперимента не проводил. Не заметив никакого эффекта, учёный решил убедиться, проник ли водород в лёгкие? Он ещё раз глубоко вдохнул этот газ, а затем выдохнул его на огонь свечи, ожидая увидеть вспышку пламени. Однако водород в лёгких экспериментатора смешался с воздухом и произошёл сильный взрыв. « Я думал, что у меня вылетели все зубы вместе с корнями», – так Розье характеризовал испытанные ощущения. Эксперимент чуть не стоил ему жизни.

Учитель : Познакомимся с физическими свойствами водорода. (слайд 18)

Все области применения водорода основаны в основном на физических свойствах водорода. (слайд 19). У водорода самая высокая теплопроводность среди всех газов и это свойство находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин.

В 1783 г. французский физик Ж.Шарль совершил полёт на воздушном шаре, наполненном водородом. В 1794г. такие воздушные шары нашли широкое применение в военном деле. С 1932 – 1937гг. стали использовать дирижабли. (слайд 20)

Сообщения учащихся . (слайды 21,22)

3 учащийся . В 1944году американские военные попытались использовать водород в качестве ракетного топлива. Помешала делу высокая взрывоопасность газа: стоило совсем немного отклониться от нормальной работы двигателей или допустить малейшую протечку, и мирный водород мигом превращался в зловещий «гремучий газ». В результате ракеты не долетали до цели, взрываясь прямо на старте. По той же причине американцам не удалось в 50-е годы прошлого века построить водородный самолёт, а в 70-е, во времена нефтяного кризиса, – водородный эсминец. В этом смысле дела в СССР, основном тогдашнем конкуренте Штатов в области водородной энергетики, были более успешны. Советские учёные решили добывать из водорода энергию в виде электричества, напрямую окисляя его в водной среде, анне поджигая в смеси с кислородом. Для этого они использовали топливные элементы, в которых водород на специальной ионообменной мембране соединялся с кислородом, в результате чего получались вода и электричество. Технология оказалась настолько удобной, что сейчас без участия топливных элементов не проходит ни одна серьёзная космическая экспедиция.

4 учащийся . Немного позже учёные всё же придумали, как использовать водород в качестве горючего и при этом не взорваться. В газ стали добавлять специальные присадки – ингибиторы. Например, пропилен. Всего 1% этого дешёвого газа – и водород из грозного оружия превращается в безопасный газ. В результате уже в 1979г. компания BMW выпустила первый автомобиль, вполне успешно ездивший на водороде, при этом не взрывавшийся и выпускавший из выхлопной трубы пар. Баварские автомобилестроители в рамках программы «Чистая энергия» приспособили под езду на водороде несколько «семёрок». Оборудованная 4-литровым двигателем водородная «семёрка2 развивает мощность в 184 лошадиные силы и проходит на одной заправке (170литров жидкого водорода) – 300 км.

4. Этап закрепления новых знаний .

Задание. Необходимо выбрать правильные утверждения. В рабочей тетради в столбик проставьте цифры с 1 по 12. Если вы согласны с утверждением, ставьте напротив цифры плюс, если нет, то минус. Учитель зачитывает утверждения.

1. Водород – самый распространённый элемент во Вселенной.

2. Водород – самый распространённый газ на Земле.

3. Основным соединением водорода на нашей планете является вода.

4. Большое количество атомов водорода входит в состав веществ, образующих живые организмы.

5. Валентность водорода равна 2.

6. Формула простого вещества водорода равна Н 2 .

7. Газ водород обладает наименьшей среди всех веществ молекулярной массой.

8. Газообразный водород хорошо растворим в воде.

9. Водород в смеси с кислородом взрывоопасен.

10. Чтобы собрать водород, пробирку надо держать отверстием вверх.

11. Водород можно собрать методом вытеснения воды.

12. Соединения водорода с металлами называются гидридами.

Учитель зачитывает ответы, учащиеся проверяют и оценивают: без единой ошибки – «5», 1 ошибка – «4», 2 ошибки – «3», 3 и более ошибок – неудовлетворительно.

Слайд 23. Рефлексия.

5. Этап информации учащимся о домашнем задании и инструкции по его выполнению

Слайд 24. Подведение итогов урока. Домашнее задание.

Открытый урок химии по теме: “Водород. Химический элемент и простое вещество”

Разделы: Химия

Тема :

Водород. Химический элемент и простое вещество.

Цель :

Дать представление о методе получения и собирания водорода и о малой плотности водорода – самый легкий газ. Вводимое понятие – гидриды, закрепление понятия валентность.

Методы :

Урок- объяснение нового материала, лабораторные опыты.

Оборудование : аппарат Кипа, прибор для собирания газа демонстрационный, спиртовка, мыльный раствор, лучинка.

На лабораторных столах учащихся: соляная кислота ( р-р 1:2) и цинк в гранулах, прибор для получения газов.

Девиз урока: «Всегда держись на чеку» Козьма Прутков.

План урока :

  1. Водород в природе.
  2. Водород, как химический элемент.
  3. Водород – простое вещество.
  4. Физические свойства водорода.
  5. Получение и собирание водорода.
  6. Применение водорода.

Ход урока:

1. Организационный момент :

Мы с вами живем в ХХ 1 веке, в веке передовых технологий, компьютеров и реактивных самолетов. А как вы думаете, сколько тайн скрывает от нас природа, а сколько их было много, много, много лет назад? Давайте посмотрим на девиз нашего урока, о чем он нас предупреждает? –э то тоже пока для вас тайна, которая будет раскрыта к концу нашего урока. А поможет нам в этом знания о новом химическом элементе под названием –в одород.

2. Изучение нового материала:

Запишите тему урока с классной доски в тетрадь и посмотрите на план нашего урока.

Водород в природе .

Водород – самый распространенный элемент в космосе. Основная масса звезд состоит из водорода: Юпитер, Сатурн – 92% Н, 8 % Н е, 0,1 % все остальные химические элементы; водород преимущественно составляет межзвездное вещество. Водород входит в состав основного вещества Земли – воды. Если посмотреть на схему распространения химических элементов, то можно увидеть, что доля водорода в земной коре составляет около 1% ее массы (Рисунок 2). Однако , роль его в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых составляет около 17% (Рисунок 3). Множество органических веществ представляют собой соединения водорода с углеродом – нефть, природный газ метан СН 4 и другие органические вещества.

Водород как химический элемент .

Водород – первый химический элемент периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Атомный номер водорода – 1, относительная атомная масса равна 1,0079. В 1766 году известный английский ученый Генри Кавендиш получил «искусственный воздух» действием цинка, железа или олова на разведенную соляную или серную кислоту. Это было совершенно новое вещество, которое хорошо горело и получило название «горючего воздуха». Но лишь в 1787 году Лавуазье доказал, что этот «воздух» входит в состав воды и дал ему название « гидрогениум», т. е. «рождающий воду», «водород».

Записали в тетради: Водород – химический элемент.

  1. Н – название водород, гидрогениум.( Hydrogenium ).
  2. Валентность = 1 (Вопрос классу – что такое валентность?).
  3. Аr (Н) = 1.
  4. Самый первый и самый легкий элемент.
  5. Соединения он образует с большинством химических элементов. Названия соединений водорода с неметаллами включают в себя название неметалла и слово «водород» ( HCl – хлороводород , HI – йодоводород , H2S – сероводород.

Названия трех веществ вам следует запомнить, запишите:

H2O – вода, NH3 – аммиак, CH4 – природный газ метан.

Соединения водорода с металлами называют гидридами:

NaH – гидрид натрия, AlH3 – гидрид алюминия, TiH2 – гидрид титана.

Водород как простое вещество.

Записали в тетради: Водород – простое вещество. (формула – Н2 ).

Что показывает эта формула? (разбор формулы с учащимися по схеме):

  1. название вещества – водород.
  2. Тип вещества – простое . ( п очему? – ответы учащихся) .
  3. Mr (Н2 ) = 2, что это показывает? – ответы учащихся, это показывает, что молекула водорода в два раза тяжелее 1/12 атомной массы углерода. Устные задачи: Какова масса одного моля водорода? – масса одного моль водорода равна 2 г , а чему равен объем одного моль водорода? Объем одного моль водорода равен 22,4 л , а объем двух моль водорода? Объем двух моль водорода = 44,8 л . Чему равен объем 20 г водорода? Сколько это будет моль? – 10 моль, а сколько литров – 224 л .
  4. Графическая формула Н-Н. Почему? Так как валентность = 1, поэтому молекула водорода двухатомная.
  5. Массовые доли элементов 100%.
  6. Физические свойства ( при обычных условиях):

Растворимость в воде-

Заполняется учащимися самостоятельно, пользуясь наблюдениями при проведении лабораторного опыта и материалом из учебника или с помощью учителя).

7. Получение водорода:

Из чего проще получить – из воздуха, но там нет водорода, тогда из воды (Н 2 О). Действительно в промышленности получают водород из воды действием тока, идет реакция разложения воды с образованием двух веществ: водорода и кислорода. А из каких вообще веществ можно получать водород? Из тех, которые содержат химический элемент водород (Н). В лаборатории для получения водорода используют вещества, относящиеся к классу кислот. Например: HCl – хлороводород – соляная кислота. Как извлечь из нее водород? Провести реакцию замещения с металлом – Zn

Лабораторные опыты учащихся :

В пробирку налить 3 мл HCl и положить гранулу Zn , что наблюдаем? Выделяется газ – это водород. Какими свойствами он обладает?

Записать физические свойства водорода: газ, без цвета, без запаха, без вкуса, практически нерастворим в воде. Учитель добавляет, что водород почти в 15 раз легче воздуха (самый легкий из всех газов); имеет низкую температуру плавления (- 259 градусов) и низкую температуру кипения (-253 градуса); обладает хорошей теплопроводностью.

Реакция получения водорода в лаборатории проводится в аппарате Кипа или ему подобных . В одно из отделений закладывается Zn , а в другое наливается кислота, газ выходит по газоотводной трубке. Для получения небольших количеств используют прибор для получения газов меньшего размера, но действие его такое же.

Демонстрация учителя: существует два способа собирания водорода.

  1. Собирание водорода методом вытеснения воды.
  2. Собирание водорода методом вытеснения воздуха.

Полученный тем или иным способом водород может быть загрязнен воздухом с которым может образовывать взрывчатую смесь, это опасно! Вспомните девиз нашего урока. Поэтому полученный водород проверяют на чистоту.

Наполняем пробирку водородом, используя один из методов собирания, и подносим ее открытым концом к пламени – если услышим хлопок со свистом, то водород загрязнен, если же хлопок глухой – то водород чистый.

8. Применение водорода :

Обусловлено его физическими и химическими свойствами. Физические свойства водорода имеют место применения в следующих областях:

Из-за того, что он легче воздуха им долгое время наполняли аэростаты, воздушные шары и дирижабли.

Демонстрация учителя : заполнение водородом мыльных пузырей . ( в газоотводную трубку аппарата Киппа вставлена воронка, а для того, чтобы мыльные пузыри не лопались добавляем в мыльный раствор немного глицерина).

Учитель или учащиеся, заранее приготовившиеся, рассказывают исторический очерк о применении водорода.

Братья – французы Монгольфье первые осуществили идею подняться на воздушном шаре, наполненном горячим воздухом. В 1783 году совершил полет на воздушном шаре, наполненном водородом французский физик Ж.Шарль. В 1794 году воздушные шары нашли практическое применение в военном деле. В последствии стали применять смесь водорода с гелием. Это было более безопасно, так как водородные шары часто воспламенялись. С 1932 по 1937 год немецкий дирижабль «Граф Цеппелин» совершил 136 полетов из Европы в Южную Америку и 7 полетов – в США и перевез свыше 13 тысяч человек. Потом дирижабли были постепенно вытеснены успехами авиации и вертолетостроения. Сейчас вновь обсуждаются вопросы создания современных дирижаблей. Другое универсальное свойство водорода – самая высокая теплопроводность среди всех газов – находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин.

На следующем уроке мы с вами изучим химические свойства водорода и узнаем, где еще используется водород.

3. Подведем итог нашего урока : мы познакомились со вторым после кислорода элементом в химии – это водород.

Вы узнали его свойства и уникальность. Я думаю, вам понятно, почему надо обращаться с газом очень осторожно. Возможен взрыв, вот почему вы должны быть всегда начеку!

Запишите домашнее задание: п. 6.1 №2,4; п.6.2 №2; п.6.3 №3 пис.,№5 уст., №8 задача для успев.

Оценки за урок и установка на материал следующего урока.

Водород и его свойства

Что такое водород

Водород — самый легкий химический элемент, занимающий в периодической таблице Менделеева начальное место.

Его атомный номер — единица. На одноатомную форму водорода приходится около 75% барионной массы, она считается самым распространенным веществом во всей Вселенной. Водородная плазма — основное вещество звезд, за исключением компактных.

У водорода три изотопа:

  • протий (1H);
  • дейтерий (2H);
  • тритий (3H).

К общим характеристикам относятся следующие свойства: не имеет цвета запаха, вкуса. Двухатомная форма ( Н 2 ) нетоксична, однако в соединении с воздухом (или О 2 ) пожароопасна и склонна к взрывам. Взрывоопасность также проявляется в присутствии прочих газов-окислителей, например, фтора, хлора.

На Земле водород присутствует в составе молекулярных соединений, например, вода. Его роль в кислотно-основных реакциях трудно переоценить.

Нахождение в природе, изучение его свойств

Звездная температура позволяет существовать водороду в виде плазмы. Это примерно 6000оС. Однако пространство между звездами заполнено отдельными молекулами, атомами и ионами, которые зачастую образовывают молекулярные скопления различных размеров и форм — облака. Плотность вещества при этом не является постоянной величиной, как и его температура.

В коре Земли водород считается десятым по распространенности элементом. Его массовая доля равна 1%. В то же время по числу атомов он достигает 17%. Это второе место после кислорода, доля которого равна 52%. Отсюда и значительная роль водорода в природе, особенно в химических превращениях.

Водород, в отличие от кислорода, не может существовать в свободном состоянии, только в связанном. Исключение составляет атмосфера, в сухом остатке которой 0,00005% простого вещества — водорода.

Все органические вещества включают в свой состав водород. Велика его доля в живых клетках (по количеству атомов его удельный вес достигает 63%).

В составе воды водород имеет большое значение в протекании геохимических процессов. Так, вулканические газы вызывают истечение определенных количестве водорода вдоль разломов (причина рифтогенез). По этой же причине часто обнаруживают водород в районе угольных месторождений.

Натуральные минералы могут содержать Н2 в виде ионов аммония, гидроксил-ионов и воды.

Причина появления молекул Н2 в атмосфере — разложение формальдегида — участника окисления метана и прочих органических соединений. Кроме того, причина его образования — неполное сгорание топлива и биомассы, фиксация азота некоторыми микроорганизмами, содержащимися в воздухе.

Молекулы водорода легкие, поэтому имеют высокую тепловую скорость. При попадании в верхние слои атмосферы такие молекулы часто улетают в космос, при этом их потери могут достигать 3 кг каждую секунду.

Химические и физические свойства

Начиная говорить о химических свойствах водорода, нужно отметить чрезвычайную прочность его двухатомной молекулы. Для того, чтобы она распалась и атомы могли провзаимодействовать с другими участниками химической реакции, необходима энергия:

1 2 H 2 → 2 H – 432 к Д Ж

Обычные температурные условия обеспечивают протекание реакций только с металлами высокой активности, к примеру, с кальцием:

1 2 C a + H 2 → C a H 2

Исключение составляет реакция с фтором, продуктом которой является фтороводород:

1 2 F 2 + H 2 → 2 H F

Если имеется возможность повышения температуры (либо при другом воздействии, к примеру, освещении), водород может вступать в реакцию с большинством металлов и неметаллов:

1 2 O 2 + 2 H 2 → 2 H 2 O

В реакциях с галогенами образуются галогеноводороды:

1 2 H 2 + F 2 → 2 H F (в темноте происходит взрыв)

1 2 H 2 + C l 2 → 2 H C l (на свету происходит взрыв)

В реакции с оксидами водород проявляет восстановительные свойства:

1 2 C u O + H 2 → H 2 O + C u

Высокая температура делает возможной реакцию с сажей:

1 2 C + 2 H 2 → C H 4

Когда активные металлы соединяются с водородом, образуются гидриды, например гидрид натрия (NaH), гидрид кальция (CaH2), гидрид магния (MgH2). Эти солеобразные твердые, легко гидролизирующиеся вещества:

1 2 C a H 2 + 2 H 2 → C a ( O H ) 2 + 2 H 2

Оксиды металлов, реагируя с водородом, восстанавливаются с выделением воды:

1 2 F e 2 O 3 + 3 H 2 → 2 F e + 3 H 2 O

Благодаря свойствам водорода, он нашел применение для восстановления органических веществ. Протекают реакции с участием катализатора, а также при высоких параметрах давления и температуры. К примеру, насыщенные алканы образуются в результате гидрирования ненасыщенных алкенов и алкинов.

Физические свойства водорода:

  1. В 14,5 раз легче воздуха. Поэтому молекулы движутся быстрее других молекул газов, передавая тепло.
  2. Имеет высокую теплопроводность (в 7 раз выше, чем у воздуха).
  3. Двухатомная молекула.
  4. Плотность — 0,08987 г/л, температура кипения-252,76оС, удельная теплота сгорания — 120,9*106Дж/кг, растворимость в воде — 18,8 мл/л

Хорошо растворяется в металлах, поэтому способен диффундировать в них. В серебре не растворим.

Получение водорода, как добыть вытеснением из воды

Потребление в мире водорода составляет порядка 75 млн т. Основная масса приходится на нефтепереработку и производство аммиака. Получение водорода для таких промышленных нужд происходит в основном из природного газа (его расход составляет 205 млрд м3). Оставшуюся часть берут из угля. Примерно 100 тыс т вырабатывают с помощью реакции электролиза.

Получение водорода сопровождается поступлением в атмосферу 830 млн т углекислого газа. Стоимость получения водорода из газа составляет от полутора до трех долларов за каждый кг.

Получение водорода методом электролиза в химии выглядит так:

1 2 2 N a C l + 2 H 2 O → 2 N a O H + C l 2 + H 2

Метод конверсии метана при температуре 1000оС с водяными парами:

1 2 C H 4 + H 2 O ↔ C O + 3 H 2

Следующий способ получения — пропускание водяных паров над горящим коксом (температура не менее 1000оС):

1 2 H 2 O + С ↔ С O + H 2

Свободный водород выделяется в результате реакции катализа окислением кислородом:

1 2 2 C H 4 + O 2 ↔ 2 C O + 4 H 2

В промышленности H2 часто получают путем электролиза водных растворов активных металлов:

1 2 2 H 2 O → 4 e – 2 H 2 ↑ + O 2 ↑

а также путем крекинга и риформинга углеводородов при переработке нефти.

Существуют способы получения Н2 лабораторными способами:

  1. Металл + разбавленная кислота: 1 2 Z n + H 2 S O 4 → Z n S O 4 + H 2 ↑
  2. Реакция кальция с водой: 1 2 C a + 2 H 2 O → C a ( O H ) 2 + H 2 ↑
  3. Гидролиз гидридов металлов: 1 2 N a H + H 2 O → N a O H + H 2 ↑
  4. Взаимодействие щелочи с цинком (алюминием): 1 2 2 A l + 2 N a O H + 6 H 2 O → 2 N a ( A l ( O H ) 4 ) + 3 H 2
  5. В результате электролиза водных растворов щелочей либо кислот: 1 2 2 H 3 O + + 2 e – → 2 H 2 O + H 2 ↑

В промышленности используется очистка водорода из сырья, которое содержит углерод (в частности — водородсодержащий газ ВСГ). Методы следующие:

  1. ВСГ придают температуру конденсации метана и этана -158оС и давление 4МПа. При концентрации в сырье 40% процент очищенного водорода доходит до 93-94%. Такой метод называется низкотемпературной конденсацией.
  2. Адсорбционное выделение на цеолитах.
  3. Абсорбционное выделение жидкими растворителями.
  4. Мембранное концентрирование.
  5. Селективное поглощение металлами.

Получение и собирание водорода в домашних условиях, техника безопасности

Реальным способом получения водорода в домашних условиях является реакция щелочи с алюминием. Газ получается гораздо чище, чем в реакции с кислотой. Схема следующая. В качестве алюминия используют фольгу, щелочного раствора — средство «Крот».

Берем стеклянную емкость, засыпаем в нее немного средства против засора «Крот» и наливаем 100 г воды обычной температуры. Перемешиваем до полного растворения и помещаем сюда же фольгу, скатанную в небольшие шарики. Выделение тепла свидетельствует о начале реакции, после чего ее скорость активируется. Через 20-60 секунд можно добавить новую порцию фольги.

Чтобы образовавшийся водород собрать, можно закрыть банку крышкой, сделав в ней отверстие, в которое вставить трубку. Второй конец трубки закрепить в воздушном шарике.

Поскольку водород является взрывоопасным веществом, делать это нужно крайне осторожно, начиная от момента возможного вытеснения крышки до конца процесса. Попадание водорода в воду приведет к образованию вещества, способного вызвать обморожение.

Особенности применения водорода

Водород используется во многих производственных сферах, что отражено в таблице:

Применение Доля
Производство аммиака 54 %
Нефтепереработка и химическая промышленность 35 %
Производство электроники 6 %
Металлургия и стекольная промышленность 3 %
Пищевая промышленность 2 %

В химической промышленности активный водород идет на производство аммиака (50%), метанола (8%). В нефтеперерабатывающей — для гидрокрекинга и гидроочистки. На эти цели расходуется около 37% всего водорода, что производится.

Пищевая и косметическая промышленность «пользуется» водородом для производства пищевых добавок, а также саломаса, маргарина, мыла, косметических продуктов.

Для химических лабораторий водород — газ-носитель для газовой хроматографии, а для метеорологии — наполнитель оболочек метеозондов.

Водород — ценное ракетное топливо, однако, ввиду незначительного диапазона температур, используется смесь жидкой и твердой фаз.

В электроэнергетике водород применяют для охлаждения электрогенераторов. Его высокая теплопроводность позволяет использовать газ для заполнения сфер гирокомпасов и колб LED-лампочек.

Водород. Химия. 9 класс. Конспект урока

УМК «Химия. 9 класс» О. С. Габриеляна.

Цели урока: способствовать достижению обучающимися образовательных результатов.

Предметных: особенности положения водорода в периодической системе, строение молекулы, физические, химические свойства, способы получения и области применения.

Метапредметных: регулятивных-умение управлять и организовывать свою деятельность; коммуникативных – формирование навыков сотрудничества; познавательных-осуществлять поиск необходимой информации для выполнения учебных заданий с использованием учебной литературы и справочным материалом, выполнение логических операций анализа, обобщения, установления причинно-следственные связи.

Личностных: мотивация к получению нового знания.

Тип урока: создания нового знания.

Ход урока

I. Орг. момент

Проверка готовности учащихся к работе.

II. Мотивационный этап

В день, когда его запасы иссякнут, жизнь во Вселенной прекратится. Погаснут солнца, не станет воды. Вещество, без которого жизнь невозможна, «сидит» в самом центре нашей планеты — в ядре и вокруг него, и оттуда «мигрирует» наружу. Этот газ — начало всех начал. Его название — «водород».

Сегодня мы посвятим наш урок этому удивительному веществу – водороду.

Давайте вместе составим план изучения этого вещества.

(В процессе совместного обсуждения составляется план исследования темы «Водород»)

III. Этап создания нового знания

1. Положение водорода в Периодической системе

В 8 классе, знакомясь со структурой Периодической системы, мы сравнивали Периодическую систему с многоэтажным домом, в которой есть удивительный жилец, занимающий сразу 2 квартиры – это водород.

Задание: Используя текст учебника найдите аргументы за то, что водород должен находиться в первом периоде и аргументы за 7 период. (стр. 98 учебника)

(В процессе совместного обсуждения заполняется таблица № 1)

Таблица № 1 Положение водорода в Периодической системе

I группа главная подгруппа

VII группа главная подгруппа

1е на внешнем уровне

Не хватает 1 е на внешнем уровне

Отдает 1 е- восстановительные свойства

Принимает 1 е- окислительные свойства

Совместное формулирование вывода: Водород занимает в периодической системе двойственное положение, в связи с особенностями строения атома.

2. Простое вещество – водород

а) Задание: используя текст учебника, знания о типах химической связи запишите молекулярную, структурную и электронную формулу водорода, укажите тип химической связи.

б) Физические свойства водорода:

Демонстрация опыта по получению и собиранию водорода, доказательство его наличия.

Обсуждение: почему водород можно собирать способом вытеснения воды и способом вытеснения воздуха? Где можно использовать водород?

в) Химические свойства водорода.

В начале урока мы предположили, что водород должен проявлять окислительные и восстановительные свойства. При взаимодействии с какими веществами водород будет проявлять окислительные свойства? Восстановительные свойства?

Учащиеся записывают уравнения реакции в свете ОВР, доказывая окислительные и восстановительные свойства водорода.

1) Н2 – восстановитель

а) Н2 + НеМе → ННеМе

Ме + Н2 → МеН (гидрид)

г) Получение водорода

Совместное обсуждение лабораторных и промышленных способов получения водорода, запись уравнений реакций.

д) Применение водорода

Проанализируйте физические и химические свойства водорода, предположите области его применения. Заполнение таблицы № 2

Воздушные шары, аэростаты во время ВОВ

Выделение большого количества теплоты при взаимодействии с О2

Взаимодействие с оксидами металлов

Получение чистых металлов

Взаимодействие с неметаллами

Получение NH3, HCl

IV. Этап первичного контроля знаний

Выполнение и самопроверка теста (приложение).

V. Этап подведения итогов урока и рефлексии

В начале урока мы составили план исследования темы «Водород». Все ли пункты этого плана мы выполнили? В результате в ваших тетрадях получился краткий конспект по теме «Водород».

Составление синквейна о водороде:

Водород
Бесцветный, легкий.
В реакции вступает, восстанавливает, сгорает.
В смеси с кислородом взрывоопасен.
Осторожно.

VI. Домашнее задание

Параграф 17 учебника, Творческое задание «Составить портрет водорода».

Урок 21. Водород – самый лёгкий газ

В голосовании могут принять участие только участники методической группы (успешные участники мероприятий портала: конкурс им. А.С. Макаренко, Всероссийское тестирование педагогов).

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«НОВОСТЕПНОВСКАЯ ШКОЛА»

ДЖАНКОЙСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

Урок химии, 8 класс

ПОДГОТОВИЛА

УЧИТЕЛЬ ХИМИИ

ЛЕВАНЬКОВА

МАРИНА АНАТОЛЬЕВНА

Цели урока:

образовательная: обеспечить усвоение учащимися понятий: “водород – химический элемент”, “водород – простое вещество”, познакомить нахождением водорода в природе, с физическими свойствами водорода, методами получения водорода в промышленности и в лаборатории и способами собирания его.

воспитательная: воспитание мотивов учения, положительного отношения к занятиям, умению рефлексировать, стремление добиваться наилучших результатов, воспитание дисциплинированности, эстетических вкусов.

развивающая: развитие умений учебного труда (умение работать в должном темпе – читать, писать); развитие умений наблюдения (умение наблюдать за демонстрационными опытами, делать выводы); развитие познавательных умений (формировать умение выделять главное, вести конспект, наблюдать, делать выводы, находить проблему и её решать); развитие мышления (развитие аналитического мышления – формирование умения выделять существенные признаки и свойства веществ), (развитие абстрактного мышления – выделять общие и существенные признаки, развитие умений применять знания на практике).

Оборудование:

Презентация, аппарат Киппа, прибор для получения газов, цинк, соляная кислота, мыльный раствор.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

ХОД УРОКА

  1. Организационный
  1. Подготовка к усвоению материала.

Учитель демонстрирует на интерактивной доске первый слайд со стихотворением:

Я, газ, легчайший и бесцветный,
Неядовитый и безвредный,
Соединяясь с кислородом,
Я для питья даю вам воду!

Запись темы урока “Водород” в рабочих тетрадях и на доске

Второй слайд. План урока-запись в тетрадь

  1. Водород в природе.
  2. Историческая справка.
  3. Водород – химический элемент.
  4. Водород – простое вещество.
  5. Получение и собирание водорода.
  6. Физические свойства водорода.
  7. Применение водорода.

Формулировка учащимися целей урока

  1. Усвоение новых знаний.
  1. Водород в природе (слайд 3)

Первый я на белом свете:
Во вселенной, на планете.
Превращаюсь в лёгкий гелий,
Зажигаю Солнце в небе.
Гость из космоса пришёл.
В воде приют себе нашёл!

(Объясните смысл стихотворения, изучив материал учебника нахождение водорода в природе стр. 71)

Учащиеся работают с материалом учебника и рассказывают о нахождении водорода в природе.

Учитель дополняет ответы учащихся и демонстрирует (слайд 4) Водород самый распространённый элемент в космосе. Основная масса звёзд состоит из водорода. В условиях звёздных температур и межзвёздного пространства это элемент существует в виде отдельных атомов. Водород входит в состав основного компонента Земли – вода. Хоть доля водорода в земной коре около 1% от массы, однако, его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых 17%. Многие органические вещества представляют собой соединения С,О, Н,: нефть, природный газ, углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины. В теле человека 10% атомов водорода.

  1. Из истории открытия

Учитель: Обратимся к истории (Слайды 5,6,7) Рассказывает об учёных, которые получали водород. В 1766 году известный английский учёный Генри Кавендиш получил “искусственный воздух” действием цинка на разведённую соляную кислоту. Это было совершенно новое вещество, которое хорошо горело и получило название “горючего воздуха”. Лишь в 1787 году Антуан Лавуазье доказал, что “горючий воздух”, открытый в 1766 году входит в состав воды и дал ему название “гидрогениум”, т.е. “рождающий воду”, “водород”.

  1. Водород как химический элемент

Мы узнали, почему водород получил такое название, а сейчас обратимся к периодической системе, где водород как химический элемент нашёл себе приют (слайд 8) Учащиеся по плану на слайде дают характеристику химического элемента водорода.

Учитель: Водород самый первый и самый лёгкий элемент. Он образует соединения с большинством химических элементов: Например: соединения водорода с металлами называются гидридами: NaH (гидрид калия), CaH2(гидрид кальция);с неметаллами он также образует соединения: HCl (хлороводород), H2S(сероводород). Во всех соединениях водород проявляет валентность равную 1. (запись на доске)

  1. Водород как простое вещество

Слайд 9. Учитель: Разберём водород – как простое вещество. Охарактеризуете данную формулу.

Учащиеся: отмечают, что молекула водорода двухатомная, Mr(H2) = 2 и одновременно заполняют таблицу сравнения химического элемента и простого вещества водорода.

Водород как простое вещество и как химический элемент.

Водород – химический элемент

Водород – простое вещество

Относительная атомная или молекулярная масса

(Работа осуществляется в статистических парах) а затем, самоконтроль (слайд 10)

Учитель: Внимательно выслушайте предложения и определите, в каком из них речь идёт о химическом элементе, а в каком о простом веществе.

  1. Водород входит в состав воды и нефти.
  2. Водородом наполняют воздушные шары.

3 . Водород – самый лёгкий из всех газов.

  1. Водород в земной коре в % по массе занимает 9-е место.

Учащиеся работают устно, отвечают на вопрос и делают выводы, чем отличается простое вещество и химический элемент.

5.Получение и собирание водорода

Слайд 11. Учащиеся зачитывают проблемный вопрос на слайде и отвечают на него.

Учитель: Да, верно, вода – самый доступный источник водорода. В промышленности действительно водород получают из воды.

Сообщения учащихся.

1 учащийся. Эксперимент по получению водорода из воды с помощью солнечной энергии проводился в Университете Нового Южного Уэльса в Австралии. В этой технологии солнечный свет сначала преобразуется в электричество, которое уже разлагает воду на кислород и водород в присутствии катализатора (слайд 12)

2 учащийся. Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Его добывали в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные металлы в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность легко добывать его тоннами. Но этот способ сравнительно дорогой. Т.к. из воды водород можно получить, только разложив его электрическим током.

Учитель: В настоящее время его получают в промышленности из природного газа – метана. В лаборатории водород получают из соединений класса кислот: соляной, серной. (слайды 13,14) Как же извлечь водород из кислот? Надо его в кислоте заместить металлом. Разберём способы собирания водорода, (слайд 15) работа с материалом слайда.

Демонстрационный опыт. Получение водорода в лаборатории и наполнение водородом мыльных пузырей. Правила техники безопасности. Проверка водорода на чистоту. Демонстрация аппарата Киппа. Водород можно получать и в аппарате Киппа, если его необходимо получить в большом количестве. Своё название аппарат Киппа получил по названию голландской фирмы производителя.

Физминутка под музыку. (слайд 16)

Учитель: При получении водорода необходимо соблюдать технику безопасности и обязательно проверять его на чистоту (слайд 17) Вот какая история произошла с французским химиком, директором парижского музея науки Пилатом де Розье. Как-то он решил проверить, что будет, если вдохнуть водород. До него никто такого эксперимента не проводил. Не заметив никакого эффекта, учёный решил убедиться, проник ли водород в лёгкие? Он ещё раз глубоко вдохнул этот газ, а затем выдохнул его на огонь свечи, ожидая увидеть вспышку пламени. Однако водород в лёгких экспериментатора смешался с воздухом и произошёл сильный взрыв. “ Я думал, что у меня вылетели все зубы вместе с корнями”, – так Розье характеризовал испытанные ощущения. Эксперимент чуть не стоил ему жизни.

6.Физические свойства водорода

Учитель: Познакомимся с физическими свойствами водорода. (слайд 18)

Все области применения водорода основаны в основном на физических свойствах водорода (слайд 19). У водорода самая высокая теплопроводность среди всех газов и это свойство находит применение в современной энергетике для охлаждения электрических машин.

7.Применение водорода

В 1783 г. французский физик Ж.Шарль совершил полёт на воздушном шаре, наполненном водородом. В 1794г. такие воздушные шары нашли широкое применение в военном деле. С 1932 – 1937гг. стали использовать дирижабли (слайд 20)

Сообщения учащихся. (слайды 21,22)

3 учащийся. В 1944году американские военные попытались использовать водород в качестве ракетного топлива. Помешала делу высокая взрывоопасность газа: стоило совсем немного отклониться от нормальной работы двигателей или допустить малейшую протечку, и мирный водород мигом превращался в зловещий “гремучий газ”. В результате ракеты не долетали до цели, взрываясь прямо на старте. По той же причине американцам не удалось в 50-е годы прошлого века построить водородный самолёт, а в 70-е, во времена нефтяного кризиса, – водородный эсминец. В этом смысле дела в СССР, основном тогдашнем конкуренте Штатов в области водородной энергетики, были более успешны. Советские учёные решили добывать из водорода энергию в виде электричества, напрямую окисляя его в водной среде, а не поджигая в смеси с кислородом. Для этого они использовали топливные элементы, в которых водород на специальной ионообменной мембране соединялся с кислородом, в результате чего получались вода и электричество. Технология оказалась настолько удобной, что сейчас без участия топливных элементов не проходит ни одна серьёзная космическая экспедиция.

4 учащийся. Немного позже учёные всё же придумали, как использовать водород в качестве горючего и при этом не взорваться. В газ стали добавлять специальные присадки – ингибиторы. Например, пропилен. Всего 1% этого дешёвого газа – и водород из грозного оружия превращается в безопасный газ. В результате уже в 1979г. компания BMW выпустила первый автомобиль, вполне успешно ездивший на водороде, при этом не взрывавшийся и выпускавший из выхлопной трубы пар. Баварские автомобилестроители в рамках программы “Чистая энергия” приспособили под езду на водороде несколько “семёрок”. Оборудованная 4-литровым двигателем водородная “семёрка2 развивает мощность в 184 лошадиные силы и проходит на одной заправке (170литров жидкого водорода) – 300 км.

  1. Этап закрепления новых знаний.

Задание. Необходимо выбрать правильные утверждения

  1. Водород – самый распространённый элемент во Вселенной.
  2. Водород – самый распространённый газ на Земле.
  3. Основным соединением водорода на нашей планете является вода.
  4. Большое количество атомов водорода входит в состав веществ, образующих живые организмы.
  5. Валентность водорода равна 2.
  6. Формула простого вещества водорода равна Н2.
  7. Газ водород обладает наименьшей среди всех веществ молекулярной массой.
  8. Газообразный водород хорошо растворим в воде.
  9. Водород в смеси с кислородом взрывоопасен.
  10. Чтобы собрать водород, пробирку надо держать отверстием вверх.
  11. Водород можно собрать методом вытеснения воды.
  12. Соединения водорода с металлами называются гидридами.

Учитель зачитывает ответы, учащиеся проверяют и оценивают: без единой ошибки – “5”, 1 ошибка – “4”, 2 ошибки – “3”, 3 и более ошибок – неудовлетворительно.

Слайд 23. Рефлексия.

  1. Этап информации учащимся о домашнем задании и инструкции по его выполнению

Слайд 24. Подведение итогов урока. Оценивание. Домашнее задание.

Урок 21. Водород – самый лёгкий газ

I. Учебный видео-фильм “Водород”

II. Открытие водорода

С древ­них вре­мен людям были из­вест­ны ве­ще­ства, спо­соб­ные рас­тво­рять неко­то­рые ме­тал­лы. Сла­бые рас­тво­ры этих ве­ществ имеют кис­лый вкус, по­это­му их на­зва­ли «кис­ло­ты». На­при­мер, ли­мон­ная кис­ло­та со­дер­жит­ся в ли­моне, яб­лоч­ная кис­ло­та – в яб­ло­ке. Ве­ще­ство с хи­ми­че­ской фор­му­лой H2SO4 на­зы­ва­ет­ся сер­ной кис­ло­той.

Мно­гие ис­сле­до­ва­те­ли по­во­ди­ли опыты с кис­ло­та­ми. Было за­ме­че­но, что при дей­ствии кис­лот на неко­то­рые ме­тал­лы вы­де­ля­ют­ся пу­зырь­ки газа. По­лу­чен­ный газ легко вос­пла­ме­нял­ся, и его на­зва­ли «го­рю­чим воз­ду­хом».

По­дроб­но свой­ства этого газа были изу­че­ны ан­глий­ским уче­ным Г. Ка­вен­ди­шем в 1766г. Он по­ме­щал ме­тал­лы в рас­тво­ры сер­ной и со­ля­ной кис­лот и во всех слу­ча­ях по­лу­чал одно и то же лег­кое га­зо­об­раз­ное ве­ще­ство, ко­то­рое позже на­зва­ли во­до­ро­дом.

На­зва­ние «во­до­род» про­ис­хо­дит от греч. слов «гидор» – вода и «генао» – рож­даю, т.е. «рож­да­ю­щий воду». Дей­стви­тель­но, при го­ре­нии во­до­ро­да об­ра­зу­ет­ся вода. Это на­зва­ние пред­ло­жил А. Ла­ву­а­зьев 1779 г.

III. Общая характеристика водорода как химического элемента по положению его в ПСХЭ

  • порядковый номер №1
  • период 1
  • группа I (главная подгруппа «А»)
  • относительная масса Ar(Н)=1
  • латинское название Hydrogenium (рождающий воду)

IV. Распространённость водорода в природе

Водород – химический элемент

В земной коре (литосфера и гидросфера) – 1% по массе (10 место среди всех элементов)

АТМОСФЕРА0,0001% по числу атомов

Самый распространённый элемент во вселенной92% от числа всех атомов (основная составная часть звёзд и межзвёздного газа)

Водород – химический

элемент

В соединениях

Н2О – вода (11% по массе)

СН4 – газ метан (25% по массе)

Органические вещества (нефть, горючие природные газы и других)

В организмах животных и растений (то есть в составе белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других)

В теле человека в среднем содержится около 7 килограммов водорода.

V. Валентность водорода в соединениях и его физические свойства

Валентность водорода в соединениях равна I.

Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные водородом, на воздухе стремятся вверх. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна — Н2. При нормальных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н. у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120,9·10 6 Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л.

Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H2 на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C 0,0708 г/см³) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 сП). Критические параметры водорода очень низкие: температура −240,2 °C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79 % пара-Н2, 0,21 % орто-Н2.

Твёрдый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см³ (при −262 °C) — снегоподобная масса.

Это нтересно:

В 1935 году Уингер и Хунтингтон высказали предположение о том, что при давлении свыше 250 тысяч атм водород может перейти в металлическое состояние. Получение этого вещества в устойчивом состоянии открывало очень заманчивые перспективы его применения — ведь это был бы сверхлегкий металл, компонент легкого и энергоёмкого ракетного топлива. Сейчас (2014 г.) установлено, что при давлении порядка 1,5—2,0 млн атм водород начинает поглощать инфракрасное излучение, а это означает, что электронные оболочки молекул водорода поляризуются. Возможно, при ещё более высоких давлениях водород превратится в металл.

VI. Получение водорода

1. Получение в лаборатории

  • Во­до­род можно по­лу­чить при вза­и­мо­дей­ствии цинка и со­ля­ной кис­ло­ты:

Цинк вы­тес­ня­ет во­до­род из кис­лот, как и все ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний левее во­до­ро­да.

Чтобы со­брать во­до­род в про­бир­ку, нужно пе­ре­вер­нуть ее вверх дном, по­то­му что во­до­род – легче воз­ду­ха и стре­мит­ся вверх. Такой метод со­би­ра­ния во­до­ро­да на­зы­ва­ет­ся «ме­то­дом вы­тес­не­ния воз­ду­ха».

Рис. 1. По­лу­че­ние во­до­ро­да и со­би­ра­ние его ме­то­дом вы­тес­не­ния воз­ду­ха

В про­бир­ке на­кап­ли­ва­ет­ся во­до­род, но в ней также есть и воз­дух, а зна­чит и кис­ло­род. Во­до­род и кис­ло­род – взры­во­опас­ная смесь. Под­жи­га­ем лу­чин­кой со­бран­ный во­до­род. Про­бир­ка неве­ли­ка, и взрыв во­до­ро­да и кис­ло­ро­да – про­сто рез­кий хло­пок. Чем мень­ше кис­ло­ро­да в смеси, тем тише хло­пок.

Если со­бран­ный в про­бир­ке во­до­род – чи­стый, то мы услы­шим глу­хой хло­пок. Такой во­до­род можно под­жи­гать.

Вместо цинка можно использовать железо, алюминий и некоторые другие металлы, а вместо серной кислоты – некоторые другие разбавленные кислоты. Образующийся водород собирают в пробирку методом вытеснения воды (см. рис. 10.2 б) или просто в перевернутую колбу (рис. 10.2 а).

  • Взаимодействие активных металлов с водой:

2. Получение в промышленности

  • В про­мыш­лен­но­сти во­до­род нужно по­лу­чать в боль­ших объ­е­мах из де­ше­во­го сырья. Обыч­но его по­лу­ча­ют в ре­зуль­та­те элек­тро­ли­ти­че­ско­го раз­ло­же­ния воды:

В ре­зуль­та­те элек­тро­ли­за воды об­ра­зу­ют­ся га­зо­об­раз­ные ве­ще­ства – во­до­род и кис­ло­род.

  • В промышленности в больших количествах водород получают из природного газа (в основном это метан) при взаимодействии его с парами воды при 800 °С в присутствии никелевого катализатора:

или обрабатывают при высокой температуре парами воды уголь: 2H2O + С = 2H2 + CO2 (t)

Задание: закончите уравнения химических реакций

Конспект урока «Водород»

Учитель: Смирнова Екатерина Сергеевна

Тема урока: Водород.

Цель урока: активизировать и систематизировать знания о нахождение в природе. Физические свойства. Химические свойства водорода:
реакции с неметаллами и металлами. Реакции водорода с оксидами металлов. Получение водорода в лаборатории и промышленности.
Применение водорода. (слайд 2)

Тип урока: усвоение новых знаний, умений и навыков, и творческого применения их на практике.

Формы работы: лекция, демонстрация презентации.

Оборудование: проектор, учебник.

Организационный момент: приветствие, проверка готовности к уроку.

Проверка домашнего задания.

Актуализация опорных знаний.

Фронтальная беседа:

1. Что вам известно о водороде как о простом веществе?

2. Найдите водород в ПС.

3. По положению в ПС о каких свойствах водорода вы можете сказать?

Изучение нового материала.

В диссертации М.В.Ломоносова «О металлическом блеске» в 1745г. впервые было описано получение водорода действием кислоты на железо и другие металлы и была выдвинута гипотеза о том, что водород (горючий пар) представляет собой флогистон.

Содержание водорода в земной коре составляет 1% по весу и 17% общего числа атомов. (слайд4)

Водород самый легкий из всех элементов. Он входит в состав воды, которая покрывает около ¾ земной поверхности, в состав многих минералов и горных пород, а также всех органических соединений. В свободном состоянии водород встречается в небольших количествах в верхних слоях атмосферы и в некоторых природных горючих газах. (слайд 5)

Физические свойства . Водород при обычных условиях представляет собой газ без цвета и запаха. Он в 14,5 раза легче воздуха, слабо растворим в воде (в 100 объемах воды растворяется 2 объема водорода). При температуре -253 0 С и атмосферном давлении переходит в жидкое состояние, а при -259 0 С затвердевает. Из-за малой молекулярной массы он легко диффундирует (проходит) через пористые перегородки и даже через нагретую металлическую перегородку. При повышенной температуре водород хорошо растворим во многих металлах (никеле, платине, палладии). (слайд 6)

Водород существует в виде трех изотопов: протия – с массовым числом 1, дейтерия – с массовым числом 2 и трития – с массовым числом 3. Основную часть природного водорода (99,98%) составляет протий. (слайд 7)

Атом водорода имеет один электрон. При образовании химических соединений он почти всегда отдает электрон, приобретая заряд +1. Из-за малого заряда ядра атом водорода сравнительно слабо притягивает электроны и может присоединить их только тогда, когда другой элемент легко их отдает. В этом случае атом водорода образует устойчивую двухэлектродную оболочку инертного газа гелия. (слайд 8)

Взаимодействие с щелочными и щелочноземельными металлами.

Щелочные и щелочноземельные металлы легко отдают электроны водороду. Реакция протекает при нагревании металлов в атмосфере водорода и сопровождается образованием солеобразных соединений – гидридов.

2 Na + H 2 = 2 Na H – гидрид натрия

Ca + H 2 = CaH 2 – гидрид натрия (слайд 9)

Взаимодействие с неметаллами.

Более характерны соединения водорода, в которых он проявляет положительную степень окисления, он взаимодействует почти со всеми неметаллами, причем в зависимости от активности неметалла реакция протекает с различной скоростью. Так, с фтором водород взаимодействует всегда со взрывом:

С хлором он взаимодействует более спокойно. Водород хорошо горит в атмосфере хлора:

Получение водорода в лаборатории.

В лабораторных условиях водород получают:

1) взаимодействием металла с соляной или разбавленной серной кислотой (реакцию проводят в аппарате Киппа):

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 ↑

2) взаимодействием со щелочами металла, гидроксид которого обладает амфотерными свойствами (алюминий, цинк):

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2 Na[Al (OH 4 )] + 3H 2 ↑

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 [Zn (OH 4 )] + H 2 ↑ ( слайд 11)

3) электролизом воды. Для увеличения электропроводимости воды к ней прибавляют электролит – щелоч или сулфат щелочного металла. Хлориды для этой цели менее пригодны. Так как при их разложении на аноде выделяется хлор.

Получение водорода в промышленности.

1) как побочный продукт при производстве хлора и гидроксидов щелочных металлов методом электролиза растворов их хлоридов;

2) конверсией (превращением) углерода и водяных паров. Для этого в специальных газогенераторах в результате взаимодействия водяных паров с раскаленным углеродом (углем) получают смесь водорода с монооксидом углерода:

C + H 2 O = CO + H 2

Образующуюся газовую смесь вместе с парами воды пропускают над раскаленным монооксидом железа, играющим роль катализатора:

СО + H 2 O = СО 2 + H 2 ,

А затем – через воду или раствор щелочи для поглощения СО 2 ;

3) конверсией метана с водяным паром, углекислым газом или смесью водяных паров и углекислого газа:

CH 4 + СО 2 = 2CO + 2H 2

CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2

3CH 4 + СО 2 + 2H 2 O = 4CO + 8H 2

Эти процессы протекают при температуре около 1000 0 С. Катализирует их никель с добавками оксидов магния, алюминия и других металлов. (слайд 12)

Водород является ценным сырьем для химической промышленности. Его используют для получения аммиака и синтетического метилового спирта, для гидрогенизации твердого топлива и жиров. Значительное количество водорода используется для получения различных металлов и неметаллов (германий, галлий, вольфрам, молибден и др.) в промышленности путем восстановления их оксидов или галогенидов. Используя высокую температуру горения водорода в кислороде, его применяют при резке и сварке металлических конструкций.(слайд 13)

Проверка усвоения знаний.

Выберите верное определение. Физические свойства водорода:

А)газ без цвета и запаха.

Б) он в 16,4 раз легче воздуха.

В) растворим в воде.

2. Дайте названия изотопам водорода:

3. Вставите пропущенные слова.

Атом водорода имеет один _________. При образовании химических соединений он почти всегда ______ электрон, приобретая заряд ___. Из-за ______ заряда ядра атом водорода сравнительно ______ притягивает _______ и может присоединить их только тогда, когда другой элемент легко их отдает. В этом случае ________ водорода образует устойчивую двухэлектродную оболочку ________ _________ _______. (слайд 15)

Итоги урока. Домашнее задание: учить п.19, выполнить задания к параграфу письменно в тетради.

Читайте также:
Урок 3. Молекулы и простые вещества
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: