Урок 26. Получение водорода и его применение

Методическая разработка урока “Водород – элемент и простое вещество. Получение и применение водорода”

Разделы: Химия

Цель: систематизация и развитие знаний учащихся о водороде как химическом элементе и о простом веществе на основе сформированной предметной понятийно-теоретической базы и с использованием межпредметного материала.

Задачи урока.

    Образовательные: Систематизировать и развить представления о водороде как химическом элементе и простом веществе, способах его получения и собирания; закрепить умения составлять реакции замещения; закрепить понятия “простое вещество” и “сложное вещество”, “изотопы”, умение обращения с приборами для получения и собирания газов.
  • Развивающие: развивать самостоятельность мышления, развивать интеллектуальные умения (анализировать, сравнивать, устанавливать причинно-следственные связи, работать по аналогии, выдвигать предположения).
  • Воспитательные: формировать научное мировоззрение, экологическое мышление, воспитывать культуру общения.

Методы: беседа, сопоставительный анализ, элементы игры, рассказ, постановка и решение проблемных вопросов, химический эксперимент

Форма урока: Урок-объяснение нового материала, лабораторные опыты.

Оборудование и реактивы:

  • аппарат Киппа, прибор для собирания газа демонстрационный,
  • лабораторный штатив,
  • широкий сосуд с водой,
  • стаканы,
  • пробирки,
  • спиртовка,
  • мыльный раствор,
  • лучинка.
  • на лабораторных столах учащихся: серная кислота (р-р 1:5) и цинк в гранулах, прибор для получения газов, а также раздаточный материал.

Ожидаемые результаты обучения:

В результате изучения данной темы учащиеся:

  1. Получают знания о строении, свойствах и значении водорода на Земле и во Вселенной
  2. Получают представление о распространенности водорода в природе
  3. Приобретают знания о физических свойствах водорода
  4. Знакомятся с важнейшими областями применения водорода
  5. Приобретают умение объяснить причину опасности работы с водородом
  6. Приобретают навыки работы с химическими веществами и оборудованием
  7. Умеют использовать средства Microsoft Word, Microsoft Power Point для подготовки презентаций, рефератов, докладов, проектных работ по данной теме.

Что должно появиться в тетрадях учащихся:

  • Схема – Атомные характеристики водорода
  • Схема – Строение атома водорода и молекулы H2
  • Сведения об истории открытия водорода
  • Физические свойства водорода
  • Уравнения реакций получения водорода
  • Наблюдения по демонстрационным и лабораторным опытам.
  • Основные области применения водорода

Межпредметные связи на уроке:

  1. География: распространение водорода и его соединений на Земле.
  2. Астрономия: сведения о присутствии водорода на внеземных объектах и в космическом пространстве, термоядерные реакции как источник энергии во Вселенной
  3. Физика: плотность водорода.
  4. Биология: элемент водород как важная составная часть органических веществ

Девиз урока: “Всегда держись начеку” Козьма Прутков.

План урока: (записан на обратной стороне доски)

Водород в природе.

Водород, как химический элемент.

Водород – простое вещество.

Физические свойства водорода.

Получение и собирание водорода.

I. Целеполагание. Мотивация деятельности.

Учитель: Сегодня я пригласила к нам в гости на урок великого черного мага, который приготовил для вас вопрос. (Роль мага выполняет лаборант кабинета или ученик старших классов).

Черный маг рассказывает стихотворение.

Добрый день ребята!
Хотя я сильный черный маг,
Мне без помощников никак.
Их много рядом я терплю,
Но больше всех его люблю.
Обычно легок и летуч,
Он вдруг становится могуч:
Его нагрев, неосторожно
Взорвать в округе все возможно,
А если с “О” соединить, –
То можно воду получить.
Я много вам о нем сказал,
Его подробно описал.
Итак, подумав, пять минут,
Скажите, как его зовут?

Учащиеся отвечают – водород.

Учитель: При изучении курса химии мы уже неоднократно встречались с водородом. Пришло время обобщить и расширить знания об этом химическом элементе, познакомится с областями и перспективами его применения.

Мы с вами живем в ХХ1 веке, в веке цифровых технологий, ноутбуков и сверхскоростных самолетов. Как вы думаете, сколько тайн ещё скрывает от нас с вами природа, а сколько их было много, много лет назад. Посмотрите на девиз нашего урока. О чем он предупреждает? – это тоже пока для вас тайна, которая будет раскрыта к концу нашего урока.

Запишите тему урока в тетрадь и посмотрите на план нашего урока.

II. Актуализация чувственного опыта и опорных знаний:

Водород в природе

Первый я на белом свете:

Во Вселенной, на планете

Превращаюсь в легкий гелий

Зажигаю Солнце в небе.

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. Однако, роль его в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых составляет около 17%. Слайд 2

Множество органических веществ, представляют собой соединения водорода с углеродом – нефть, природный газ метан СН4, углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины и другие органические вещества. В теле человека около 10% водорода

Черный маг рассказывает историю про водород.

Никто не знал, сколько водороду лет, хотя он сам утверждал, что родился в 1766 году в семье Генри. Но злые языки говорили, что был он в этой семье приемышем и отца его звали то ли Теофаст или Гельмонт, то ли Роберт или Джозеф, то ли Михайло или Николя, но никак не Генри. Эти же языки шепотом добавляли, что мальчика называли тогда иначе, настоящее имя он получил от своего учителя Антуана, который и ввел юношу в “большой мир”.

Водород был известен еще в XVI в. Теофрасту Парацельсу (1493-1541), его получали также Ван – Гельмонт (1577-1644), Роберт Бойль (1627-1691), Николя Лемери (1645-1715), Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765), Джозеф Пристли и другие ученые.

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”.

Водород как химический элемент.

Учитель задает вопросы учащимся: информация оформляется в схему конспект.

Водород – первый химический элемент периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Вопросы? Почему водород записан дважды в таблице Д.И.Менделеева? В каком случае водород напоминает галогены, а в каком – щелочные металлы? Атомный номер водорода – 1, относительная атомная масса равна 1,008. В ядре атома водорода один протон, масса которого равна 1 а. е. м. Почему же масса химического элемента водорода равна 1,008 а. е. м? Масса не равна единице, так как кроме обычного водорода, называемого протий, существуют изотопы водорода с большей массой: дейтерий и тритий.

Учащиеся вспоминают и формулируют понятие изотопы, записывают состав ядра дейтерия и трития.

Запись схемы в тетради: Водород – химический элемент.

Читайте также:
Урок 15. Воздух как смесь газов

Учащиеся: Н – название водород, гидрогениум.(Hydrogenium).

Валентность = 1 Аr (Н) = 1.

Самый первый и самый легкий элемент. 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).

Соединения водорода с металлами называют гидридами: NaH – гидрид натрия, AlH3 – гидрид алюминия, TiH2 – гидрид титана.

Учитель: Водород как простое вещество. (Слайд 5)

Запись схемы в тетради: Водород – простое вещество: Н2

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

Графическая формула Н-Н. Почему? Так как валентность = 1, поэтому молекула водорода двухатомная. Тип вещества – простое.

Mr (Н2) = 2, что это показывает? Это показывает, что молекула водорода в два раза тяжелее 1/12 атомной массы углерода.

III. Изучение свойств водорода и способов его получения

Учитель: восстановив опорные знания, изучим свойства водорода, и ознакомимся со способами его получения. Но вначале вспомним немного из истории химии.

Выходит Черный маг и рассказывает.

Вот такая история произошла с французским химиком, директором Парижского музея науки Пилатом де Розье (1756-1785). Как-то он решил проверить, что будет, если вдохнуть водород. До него никто такого эксперимента не проводил. Не заметив никакого эффекта, ученый решил убедиться, проник ли водород в легкие? Он ещё раз глубоко вдохнул этот газ, а затем выдохнул его на огонь свечи, ожидая увидеть вспышку пламени. Однако водород в легких экспериментатора смешался с воздухом и произошел сильный взрыв. “Я думал, что у меня вылетели все зубы вместе с корнями”, – так Розье характеризовал испытанные ощущения. Эксперимент чуть не стоил ему жизни.

Проблемный вопрос: Если бы перед вами стояла задача: получить большое количество водорода, – какое сырье вы бы выбрали и почему?

Учащиеся: Воду! Она доступна, её много.

Учитель: Да, верно, вода – самый доступный источник водорода. Действительно в промышленности получают водород из воды действием тока, идет реакция разложения воды с образованием двух веществ: водорода и кислорода. Но этот способ сравнительно дорогой. В настоящее время наиболее экономичный способ производства водорода – конверсия метана. Из каких же 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 – соляная кислота или Н2SO4 – серная кислота. Как извлечь из нее водород? Провести реакцию замещения с металлом – Zn, Fe.

Н2SO4 + Zn = H2 + ? 2НCl + Zn = H2 + ?

Демонстрация учителя, или можно по мультимедийному учебному пособию “Химия – 8” “Просвещение”

Существует два способа собирания водорода:

– Собирание водорода методом вытеснения воды. (Cлайд 7)

– Собирание водорода методом вытеснения воздуха. (Слайд 8)

Полученный тем или иным способом водород может быть загрязнен воздухом, с которым может образовывать взрывчатую смесь (смесь водорода и кислорода в объемном отношении 2:1 называется, “гремучим газом”), это опасно! Вспомните Пилата де Розье и девиз нашего урока. Поэтому полученный водород проверяют на чистоту. (Слайд 9)

Реакция получения водорода в лаборатории проводится и в аппарате Киппа, происхождение его названия связано с голландской фирмой, выпускавшей эти аппараты. В одно из отделений закладывается Zn, а в другое наливается кислота, газ выходит по газоотводной трубке.

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.

IV. Экспериментальная часть урока

Лабораторные опыты учащихся:

Учащиеся записывают в схему физические свойства водорода: газ, без цвета, без запаха, без вкуса, практически нерастворим в воде. (Слайд 10)

Учитель добавляет, что водород почти в 14,5 раз легче воздуха (самый легкий из всех газов); имеет низкую температуру плавления (-259,1 0 С) и низкую температуру кипения (-253 0 С); обладает хорошей теплопроводностью (в 7 раз больше чем воздух).

Учитель: Применение водорода – обусловлено его физическими и химическими свойствами. Физические свойства водорода имеют место применения в следующих областях: (Слайд 11)

  • Синтез аммиака
  • Синтез соляной кислоты
  • Синтез метилового и других спиртов
  • Гидрогенизация растительных масел (получение маргарина)
  • Производство изделий из кварцевого песка
  • Для получения жидкого топлива из каменных углей
  • Получение молибдена, вольфрама и других металлов
  • В качестве горючего в современной ракетной технике
  • Получение высоких температур
  • Хладагент в специальных физических проборах
  • Атомно-водородной сварке тугоплавких сталей и сплавов

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). (Слайд 12)

Учитель или учащиеся, заранее подготовившиеся, 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. Водород – это топливо будущего, существует много примеров создания и применения топливных элементов. Например: подобный агрегат служит источником воды и энергии в космических кораблях, двигателях автомобилей, подводных лодках. (Слайд 13, 14)

Учитель: Итог нашего урока: мы познакомились со вторым после кислорода элементом в химии – водородом. 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!

А теперь закрепим знания, полученные сегодня на уроке, найдем по лабиринту выигрышный путь. Приложение №4.

VI. Домашнее задание:

Прочесть 62 параграф учебника “Химия – 8” авторов: Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, Н.Н. Гара, А.Ю. Жегин, выполнить вопросы 2,4 , “Задачник по химии” авторы: Н.Е. Кузнецова, А.Н. Лёвкин, стр. 97 задача 8-9, 8-16 для сильных учащихся.

  • Знать материалы, данные учителем на уроке и записанные в тетради.
  • Изучить дополнительный материал о водороде “Знаете ли вы, что…?” Приложение №5.
  • Подготовить средствами Microsoft Power Point, с использованием ресурсов Интернет и сканированием иллюстративного материала на бумажных носителях, презентацию, или средствами Front Page, небольшой сайт как по общей теме урока, так и по более мелким темам:
Читайте также:
Урок 33. Получение и применение оксидов

“Водород во Вселенной”

“Из истории развития воздухоплавания”

“Старинные способы получения водорода”.

  • Подготовить, используя средства Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Office и ресурсы Интернет реферат и доклад по теме пройденного урока.

Некоторые итоги урока:

Учащиеся узнали:

  • атомные и молекулярные характеристики водорода
  • особенности строения молекулы водорода
  • физические свойства водорода
  • значение водорода на Земле и во Вселенной
  • распространенность водорода в природе

Умеют, используя полученные на уроке знания, с помощью средств Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Power Point, Front Page, Microsoft Office подготовить презентацию, сайт, реферат, доклад о значении водорода.

Водород. Свойства водорода. Получение.Применение.
план-конспект урока по химии (8 класс) по теме

Данный материал может применяться на уроках химии для 8 класса. В нем подробно рассматриваются физические, химические свойства водорода, его получение.

Скачать:

Вложение Размер
tema_vodorod.docx 36.21 КБ

Предварительный просмотр:

Тема урока: Водород

Цель: Познакомить учащихся с элементом водородом в свете ПСХЭ. Дать характеристику физическим и химическим свойствам водорода. Рассмотреть основные способы получения и применение водорода.

А) образовательная: обеспечить усвоение учащимися понятий: “водород – химический элемент”, “водород – простое вещество”, изучить физические и химические свойства водорода, методы получения водорода в промышленности и в лаборатории.

Б) воспитательная : воспитание мотивов учения, положительного отношения к занятиям, стремления добиваться наилучших результатов.

В) развивающая : развитие умений учебного труда (умение работать в должном темпе – читать, делать четкие записи в рабочей тетради); развитие умений наблюдения (умение наблюдать за демонстрационными опытами, делать выводы по результатам опытов); развитие познавательных умений (формировать умение выделять главное, вести конспект, делать выводы); развитие мышления (развитие аналитического мышления – формирование умения выделять существенные признаки и свойства веществ).

Тип урока: Урок изучения нового материала

I. Организационный момент

II.Проверка домашнего задания по теме «Тепловой эффект химических реакций»

К доске вызываются ученики с выполненными домашними заданиями по теме «Тепловой эффект химических реакций», обращаем внимание на ход рассуждений при выполнении расчетной задачи по данной теме. ( Вызывается 3 человека, выставляются индивидуальные оценки)

III.Объяснение нового материала.

-Угадайте, о каком газе идет речь в стихотворении:

Я газ, легчайший и бесцветный, неядовитый и безвредный.

Соединяясь с кислородом, я для питья даю вам воду. ( Водород).

-Да, это- водород, второй химический элемент , который мы сегодня изучим.

Запишите тему нашего урока в тетрадь и план, по которому мы сегодня будем работать.(Записывают).

(План работы записан на доске).

2. Нахождение в природе.

3. Сравнительная характеристика физических свойств водорода и кислорода.

4. Химические свойства водорода.

5. Способы получения водорода.

-Дайте общую характеристику водороду, используя данные приведенные в учебнике. (Записывают общую характеристику водорода в тетрадь, с использованием элементов краткой записи)

-Первые упоминания о получении горючего газа при действии кислот на металлы встречаются в работах многих химиков (скорее даже не химиков, а алхимиков) в XVI-XVII веках. Первым стал рассматривать водород как химический элемент француз А.Л.Лавуазье, который в 1787г.установил, что при горении на воздухе этот газ образует воду. Поэтому он дал элементу и соответствующему ему газу название hydrogene ( по- гречески hydor- вода, а gennao-рождаю). В середине XIXвека в России утвердилось произношение символа элемента по-французки ( «аш»). Длительное время положение водорода в ПСХЭ было двойственным- его размещали и в 1-ой и в 7-ой группах, но по последним рекомендациям ИЮПАК водород- элемент 1 группы.

-Перейдем к рассмотрению 2 пункта нашего плана

2.Нахождение в природе.

-Выпишите в тетрадь из учебника основные данные по второму пункту. (Выписывают)

-Водород-достаточно распространенный в природе элемент, на его долю приходится 1% массы земной коры (10-е место среди всех элементов).

-Как вы считаете, водород входит в состав атмосферного воздуха? (Отвечают).

-Водород в атмосферном воздухе находится только в следовых количествах (менее 10 -4 %). В свободном виде водорода в земной коре нет, в химически связанном состоянии он содержится в воде, природном газе, нефти, каменном угле, входит в состав некоторых горных пород и минералов. В космосе водород по распространенности занимает 1 место, на него приходится более 50% массы Солнца и других звезд.

-Ребята, как вы думаете, водород входит в состав тела человека? (Да, в виде воды, которая составляет 70% от массы тела человека.)

-Водород- органоген, вместе с углеродом, азотом, кислородом, серой и другими элементами-органогенами он входит в состав тканей всех растений и животных. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, НК.

-А сейчас рассмотрим 3 пункт нашего плана.

3. Сравнительная характеристика физических свойств водорода и кислорода.

-Давайте заполним таблицу и после заполнения сделаем выводы о сходстве и различии кислорода и водорода

Растворимость в воде

Плохо растворим(в 100 V Н 2 О 2V H 2 )

Плохо растворим в воде (в 100V H 2 O растворяется 3V H 2 O)

Легче или тяжелее воздуха

Легче воздуха ( в 14,5 раз)

(Учащиеся заполняют таблицу, после заполнения, делают выводы, в чем сходство и в чем отличие водорода и кислорода.)

-Водород плохо растворим в воде еще хуже в органических растворителях, а в некоторых металлах водород растворим очень хорошо. Так, в 1 объеме палладия растворяется 850 объемов водорода. Но палладий дорог, и как аккумулятор водорода для практических целей ( например, для двигателя работающего на экологически чистом водородном топливе) его использовать не выгодно.

-Водород-самый легкий газ. Если шар объемом 22,4м 3 наполнить водородом. То в воздухе он может поднять груз массой 29-2=27кг. В первой половине XXв. началось строительство летательных аппаратов большой грузоподъемности-дирижаблей, которые наполняли водородом. Но водород-взрывоопасный газ, и в 1930-е г.г. с дирижаблями произошло несколько крупных аварий. После этого строительство дирижаблей с водородом во всем мире на многие годы прекратилось.

-Перейдем к 4 пункту нашего плана.

4. Химические свойства водорода.

-Из-за высокой устойчивости молекул Н 2 химическая активность водорода мала. Хотя сам водород – неметалл, он более химически активен по отношению к неметаллам, чем к металлам.

1.Взаимодействие водорода с неметаллами.

При комнатной температуре водород реагирует только с фтором.

Н 2 +F 2 =2HF ( со взрывом образуется фтороводород , реакция соединения).

-При облучении УФ-светом или при нагревании Н 2 реагирует с хлором. Напишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты, назовите продукты и укажите тип реакции. ( Один ученик пишет реакцию на доске, остальные проверяют правильность выполнения и также записывают уравнение реакции в тетрадь)

– При нагревании Н 2 реагирует с менее активными галогенами , бромом и йодом. Напишите уравнения реакции, расставьте коэффициенты, назовите продукты и укажите тип реакции. (Следующий ученик работает у доски, выполняя задание)

-Также водород при температуре вступает в обратимые реакции с серой и азотом. В результате которых образуются сероводород и аммиак. Самостоятельно напишите данные уравнения реакции в тетради.

-При поджигании или внесении катализатора (платины или палладия) водород со взрывом реагирует с кислородом. Давайте вспомним, что такое катализаторы (Дают определение катализаторам). Запишем соответствующее уравнение реакции:

2Н 2 +О 2 =2Н 2 О

-В учебной литературе часто используют термин «гремучий газ», подразумевая при этом смесь водорода и кислорода в объемном соотношении 2:1. Это может создать неверное представление о том, что при других объемных соотношениях смеси водорода и кислорода не взрываются. Между тем смеси этих газов взрываются в широком интервале объемных соотношений. Поэтому , например, даже небольшая утечка в помещении водорода из баллона, в котором он хранится, может привести к взрыву. В связи с этим хранить баллоны с водородом в помещении нельзя (для их хранения используют уличные металлические шкафы). Поэтому, прежде чем поджечь полученный в лаборатории водород, его нужно проверить на чистоту. Для этого собирают водород в пробирку , которую в положении вверх дном подносят к пламени. Если водород чистый, то он сгорает спокойно, звук горения глухой, если с примесью воздуха, то звук при горении лающий.

-С такими неметаллами, как фосфор, кремний и бор, водород напрямую не реагирует, соединения фосфин -РН 3 , силан- SiH 4 , боран-B 2 H 6 , получают косвенными путями.

2.Взаимодействие водорода с металлами.

– При нагревании водород реагирует с активными металлами, образуя гидриды. Например NaH, МgH 2 , CaH 2 . Давайте напишем эти реакции на доске и в тетради. (У доски работает следующий ученик).

– Важное значение как компонент твердого ракетного топлива, имеет гидрид алюминия. Но его нельзя получить прямым взаимодействием алюминия и водорода. К его образованию приводят многостадийные процессы, условия эффективного осуществления которых, является государственной тайной.

3.Взаимодействие водорода с оксидами и хлоридами металлов средней и низкой активности.

-При нагревании водород реагирует с оксидами и хлоридами многих металлов низкой и средней активности, в результате образуются свободные металлы ( происходит их восстановление, водород является восстановителем).

-При температуре 200 0 С PbO+H 2 =H 2 O+Pb

-При температуре 350-400 0 С и выше Fe 2 O 3 +3H 2 =2Fe+3H 2 O

2FeCl 3 +3H 2 =2Fe+6HCl

Оксиды активных металлов, в том числе оксиды кальция и алюминия, с водородом не реагируют. В ряду стандартных потенциалов первый металл, оксид которого не восстанавливается водородом при нормальном давлении, – это марганец.

-Химические свойства водорода мы рассмотрели, пора перейти к изучению способов получения водорода.

5.Способы получения водорода

-Получение водорода в лаборатории. Прочитайте о способах получения водорода в учебнике и выпишите соответствующие реакции.

1. Действие на цинк соляной кислотой. (Демонстрация опыта, проверка водорода на чистоту).

-Ребята, что вы увидели в результате проведения реакции? ( Выделение газа)

– Какой звук вы слышали при проверке водорода на чистоту? ( П-пах)

2.Действие на цинк серной кислотой 20%.

Вышеуказанные реакции удобно проводить в аппарате Киппа ( демонстрация аппарата).

3.Реакция алюминия с водным раствором щелочи:

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

4.Водород выделяется также при взаимодействии активных металлов с водой. В результате образуются гидроксиды.

2Na+2H 2 O=2NaOH+H 2

-Получение водорода в промышленности. Происходит с помощью каталитической паровой конверсии метана. При температуре 1000 0 С в присутствии катализатора.

2СН 4 +О 2 =СО 2 +2Н 2 ,

– Также водород образуется при получении сажи из метана по реакции крекинга при крекинге нефтепродуктов

-Осталось рассмотреть последний пункт нашего плана

-Информацию о применении водорода найдите в учебнике. Сделайте соответствующие записи в тетрадь.

IV. Закрепление 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. Основным соединением водорода на нашей планете является вода.
  3. Большое количество атомов водорода входит в состав веществ, образующих живые организмы.
  4. Валентность водорода равна 2.
  5. Газ водород обладает наименьшей среди всех веществ молекулярной массой.
  6. Газообразный водород хорошо растворим в воде.
  7. Водород в смеси с кислородом взрывоопасен.
  8. Чтобы собрать водород, пробирку надо держать отверстием вверх.
  9. Химическая активность водорода низкая.
  10. Соединения водорода с металлами называются гидридами.
  11. В лаборатории водород получают действием азотной кислоты на цинк.
  12. Главные направления промышленного использования водорода- синтез аммиака, хлороводорода, получение некоторых металлов ( молибдена, вольфрама)

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

V. Подведение итогов урока. Оценивание работы учащихся на уроке.

VI. Домашнее задание.

Параграф 25-27, выполнить упражнения №2,5,9

Решить задачу: При взаимодействии цинка с соляной кислотой выделилось 44,8 л водорода. Вычислите массу цинка, вступившего в реакцию.

Самостоятельная работа на следующий урок.

Цель: Определение степени усвоения материала данного урока.

1Водород реагирует с обоими веществами пары :

А)H 2 O и Са Б)Na и NH 3 В)Fe 2 O 3 и О 2

2 Допишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты, назовите продукты реакций

3 Напишите реакцию взаимодействия цинка с соляной кислотой, расставьте коэффициенты, назовите продукты реакции.

4.Рассчитайте объем водорода, который выделится при взаимодействии 2 моль кальция с соляной кислотой.

1.Водород реагирует с обоими веществами пары:

А)Cl 2 и PbO Б) CuO и Н 2 О В)О 2 и НСl

2 Допишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты, назовите продукты реакций

3 Напишите реакцию взаимодействия магния с соляной кислотой, расставьте коэффициенты, назовите продукты реакции.

4.Рассчитайте объем водорода, который выделится при взаимодействии 4 моль цинка с соляной кислотой.

1.Водород реагирует с обоими веществами пары:

А)O 2 и FeCl 3 Б) CuO и НCl В)О 2 и НСl

2 Допишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты, назовите продукты реакций

3 Напишите реакцию взаимодействия алюминия с соляной кислотой, расставьте коэффициенты, назовите продукты реакции.

4.Рассчитайте объем водорода, который выделится при взаимодействии 6 моль магния с соляной кислотой.

Бердоносов С.С. Менделеева Е.А. Особенности содержания и методики преподавания избранных тем курса химии 8-9-х классов М: Педагогический университет «Первое сентября», 2006.

Манкевич Н.В. Весь школьный курс в таблицах. Минск: Современная школа: Кузьма, 2009.

Егоров А.С. Репетитор по химии Ростов на Дону:Феникс , 2010

Зоммер К. Аккумулятор знаний по химии Пер. с нем. М: Мир, 1984

Савинкина Е.В. Химия 8-9 классы М:Национальное образование, 2011

Горковенко М.Ю. Поурочные разработки по химии М:ВАКО , 2007

Алферова Е.А., Ахметов Н.С., Богомолова Н.В. и др. Большой справочник для школьников и поступающих в вузы М :Дрофа, 2000

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

“Получение кислорода из перекиси водорода. Получение водорода действием цинка на соляную кислоту”

Модульный урок по теме « Практическое занятие 2. Получение кислорода из перекиси водорода. Получение водорода действием цинка на соляную кислоту». Цель:- Продолжить формирование умений и навыков .

Открытый урок «Железо. Особенности строения атома. Свойства железа. Получение. Применение». 9 класс

Данный урок раскрывает такие вопросы:Строение атома железаНахождение в природеПолучение металлаФизические свойстваХимические свойства железа.Соединения железа. Сплавы железа.Биологическая роль железа.

Химические свойства водорода. Применение водорода

Урок химии в 8 классе по теме “Химические свойства водорода. Применение водорода” по учебнику Рудзитиса.

Водород в природе. Водород как химический элемент. Физические свойства водорода

Конспект урока, Аналих урока.

разработка урока по предмету химия для 8 класса по теме: Водород.Получение водорода и физические свойства водорода.

урок по премету химия в 8 классе на тему: Водород по учебнику Г.Е. Рудзитиса и Ф.Г.Фельдмана.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА «Применение водорода. Получение водорода в лаборатории и в промышленности» 8 класс

Цель урока: изучить области применения водорода и способы получения его в лаборатории и в промышленности.Задачи урока:- обучающие: повторить химические свойства водорода, показать взаимосвязь между св.

Водород. Свойства водорода. Получение. Применение. Конспект и презентация для 8 класса

Цель: Познакомить обучающихся с элементом водородом, его физическими и химическими свойствами. Рассмотреть основные способы получения и применение водорода.Задачи:Изучение понятий: “водоро.

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 водорода и его соединений

Водород

Положение в периодической системе химических элементов

Водород расположен в главной подгруппе I группы и в первом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение водорода

Электронная конфигурация водорода в основном состоянии :

+1H 1s 1 1s

Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон в основном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома водорода — от -1 до +1. Характерные степени окисления -1, 0, +1.

Физические свойства

Водород – легкий газ без цвета, без запаха. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью:

Н–Н

Соединения водорода

Основные степени окисления водорода +1, 0, -1.

Типичные соединения водорода:

вода H2O и др. летучие водородные соединения (HCl, HBr)

кислые соли (NaHCO3 и др.)

основания NaOH, Cu(OH)2

Способы получения

Еще один важный промышленный способ получения водорода — паровая конверсия метана. При взаимодействии перегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:

Также возможна паровая конверсия угля:

C 0 + H2 + O → C +2 O + H2 0

Химические свойства

1. Водород проявляет свойства окислителя и свойства восстановителя. Поэтому водород реагирует с металлами и неметаллами.

1.1. С активными металлами водород реагирует с образованием гидридов :

2Na + H2 → 2NaH

1.2. В специальных условиях водород реагирует с серой с образованием бинарного соединения сероводорода:

1.3. Водород не реагирует с кремнием .

1.4. С азотом водород реагирует при нагревании под давлением в присутствии катализатора с образованием аммиака:

1.5. В специальных условиях водород реагирует с углеродом .

1.6. Водород горит , взаимодействует с кислородом со взрывом:

2. Водород взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Восстанавливает металлы из основных и амфотерных оксидов . Восстановить из оксида водородом можно металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений после алюминия. При этом образуются металл и вода.

Например , водород взаимодействует с оксидом цинка с образованием цинка и воды:

ZnO + H2 → Zn + H2O

Также водород восстанавливает медь из оксида меди:

СuO + H2 → Cu + H2O

Водород восстанавливает оксиды некоторых неметаллов .

Например , водород взаимодействует с оксидом кремния:

2.2. С органическими веществами водород вступает в реакции присоединения (реакции гидрирования).

Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

  • как легкий газ, он используется для наполнения аэростатов (в смеси с гелием);
  • кислородно-водородное пламя применяется для получения высоких температур при сварке металлов;
  • как восстановитель используется для получения металлов (молибдена, вольфрама и др.) из их оксидов;
  • водород используется для получения аммиака и искусственного жидкого топлива;
  • получение твердых жиров (гидрогенизация).

Водородные соединения металлов

Соединения металлов с водородом — солеобразные гидриды МеНх. Это твердые вещества белого цвета с ионным строением. Устойчивые гидриды образуют активные металлы (щелочные, щелочноземельные и др.).

Способы получения

Гидриды металлов можно получить непосредственным взаимодействием активных металлов и водорода.

Например , при взаимодействии натрия с водородом образуется гидрид натрия:

2Na + H2 → 2NaH

Гидрид кальция можно получить из кальция и водорода:

Химические свойства

1. Солеобразные гидриды легко разлагаются водой .

Например , гидрид натрия в водной среде разлагается на гидроксид натрия и водород:

NaH + H2O → NaOH + H2

2. При взаимодействии с кислотами гидриды металлов образуют соль и водород.

Например , гидрид натрия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида натрия и водорода:

NaH + HCl → NaCl + H2

3. Солеобразные гидриды проявляют сильные восстановительные свойства и взаимодействуют с окислителями (кислород, галогены и др.)

Например , гидрид натрия окисляется кислородом:

2NaH + O2 = 2NaOH

Гидрид натрия также окисляется хлором :

NaH + Cl2 = NaCl + HCl

Летучие водородные соединения

Соединения водорода с неметаллами — летучие водородные соединения.

Строение и физические свойства

Все летучие водородные соединения — газы (кроме воды).

CH4 — метан NH3 — аммиак H2O — вода HF –фтороводород
SiH4 — силан PH3 — фосфин H2S — сероводород HCl –хлороводород
AsH3 — арсин H2Se — селеноводород HBr –бромоводород
H2Te — теллуроводород HI –иодоводород
Способы получения силана

Силан образуется при взаимодействии соляной кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Например , аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

Например , гидролиз нитрида кальция:

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непрореагировавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

Способы получения фосфина

В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.

Например , фосфин образуется при водном гидролизе фосфида кальция:

Или при кислотном гидролизе, например , фосфида магния в соляной кислоте:

Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.

Например , фосфор реагирует с гидроксидом калия с образованием гипофосфита калия и фосфина:

Способы получения сероводорода

1. В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

Например , при действии соляной кислоты на сульфид железа (II):

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопыт получения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

2. Также сероводород образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) и алюминия с растворимыми сульфидами. Сульфиды хрома (III) и алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: х лорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства силана

1. Силан — неустойчивое водородное соединение (самовоспламеняется на воздухе). При сгорании силана на воздухе образуется оксид кремния (IV) и вода:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

2. Силан разлагается водой с выделением водорода:

3. Силан разлагается (окисляется) щелочами :

4. Силан при нагревании разлагается :

Химические свойства фосфина

1. В водном растворе фосфин проявляет очень слабые основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион фосфония. Основные свойства фосфина гораздо слабее основных свойств аммиака. Проявляются при взаимодействии с безводными кислотами .

Например , фосфин реагирует с йодоводородной кислотой:

Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.

2. Фосфин PH3 – сильный восстановитель за счет фосфора в степени окисления -3. На воздухе самопроизвольно самовоспламеняется:

3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.

Например , азотная кислота окисляет фосфин. При этом фосфор переходит в степень окисления +5 и образует фосфорную кислоту.

Серная кислота также окисляет фосфин:

С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.

Например , хлорид фосфора (III) окисляет фосфин:

2PH3 + 2PCl3 → 4P + 6HCl

Химические свойства сероводорода

1. В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

Например , сероводород реагирует с гидроксидом натрия:

H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O
H2S + NaOH → NaНS + H2O

2. Сероводород H2S – очень сильный восстановитель за счет серы в степени окисления -2. При недостатке кислорода и в растворе H2S окисляется до свободной серы (раствор мутнеет):

В избытке кислорода:

3. Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Например, бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H2S + Br2 → 2HBr + S↓

H2S + Cl2 → 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

Например , азотная кислота окисляет сероводород до молекулярной серы:

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Например , оксид серы (IV) окисляет сероводород:

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H2S + 2FeCl3 → 2FeCl2 + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

Либо до оксида серы (IV):

4. Сероводород в растворе реагирует с растворимыми солями тяжелых металлов : меди, серебра, свинца, ртути, образуя черные сульфиды, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах.

Например , сероводород реагирует в растворе с нитратом свинца (II). при этом образуется темно-коричневый (почти черный) осадок, нерастворимый ни в воде, ни в минеральных кислотах:

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Видеоопыт взаимодействия сероводорода с нитратом свинца можно посмотреть здесь.

Химические свойства прочих водородных соединений

Кислоты образуют в водном растворе: водородные соединения VIA (кроме воды) и VIIA подгрупп.

Прочитать про химические свойства галогеноводородов вы можете здесь.

Физические свойства

Молекулы воды связаны водородными связями: nH2O = (Н2O)n, поэтому вода жидкая в отличие от ее газообразных аналогов H2S, H2Se и Н2Те.

Химические свойства

1. Вода реагирует с металлами и неметаллами .

1.1. С активными металлами вода реагирует при комнатной температуре с образованием щелочей и водорода :

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

  • с магнием реагирует при кипячении:
  • алюминий не реагирует с водой, так как покрыт оксидной плёнкой. Алюминий, очищенный от оксидной плёнки, взаимодействует с водой, образуя гидроксид:
  • металлы, расположенные в ряду активности от Al до Н , реагируют с водяным паром при высокой температуре, образуя оксиды и водород:
  • металлы, расположенные в ряду активности от после Н , не реагируют с водой:

Ag + Н2O ≠

2. Вода реагирует с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов , образуя щелочи (с оксидом магния – при кипячении):

3. Вода взаимодействует с кислотными оксидами (кроме SiO2):

4. Некоторые соли реагируют с с водой. Как правило, в таблице растворимости такие соли отмечены прочерком :

Например , сульфид алюминия разлагается водой:

5. Бинарные соединения металлов и неметаллов , которые не являются кислотами и основаниями, разлагаются водой.

Например , фосфид кальция разлагается водой:

6. Бинарные соединения неметаллов также гидролизуются водой.

Например , фосфид хлора (V) разлагается водой:

6. Некоторые органические вещества гидролизуются водой или вступают в реакции присоединения с водой (алкены, алкины, алкадиены, сложные эфиры и др.).

Технологическая карта урока по химии: “Водород”

Содержимое разработки

Технологическая карта урока химии по теме «Водород»

Предмет: Химия Класс: 9

Тема урока: «Получение и применение водорода»

Тип урока: урок – практическая работа

Цель: создание условий для формирования УУД в процессе систематизации и развития знаний учащихся о водороде как химическом элементе, его двойственном положении в ПС, свойствах водорода, способах его получения, роли в природной среде и применении на основе сформированной предметной понятийно – теоретической базы.

Образовательные: ознакомить обучающихся с правилами техники безопасности при работе в кабинете химии, способами получения водорода в лаборатории; познакомить с применением водорода; учить выполнять химический эксперимент с использованием спиртовки, изучить инструкции по оказанию мер первой помощи при отравлениях и поражениях организма;

Развивающие: совершенствовать учебные умения школьников при выполнении практических действий, опытов; формировать умение извлекать информацию из устного сообщения, наблюдаемых процессов; описывать наблюдения, изображать схематически приборы; формировать умение анализировать данные, выявлять сущность наблюдаемых процессов, обобщать и делать выводы; развивать умение формулировать и аргументировать собственное мнение, развивать самостоятельность; продолжать формирование химической речи учащихся, творческого мышления, правил научного общения, умения прогнозировать результат деятельности; организовывать самостоятельную деятельность, совершенствовать навыки самооценки знаний и уме

Воспитательные: воспитывать культуру интеллектуального труда; чувство ответственности, уверенности в себе, требовательности к себе; умение работать в парах.

Формы и методы обучения:

Методы: исследовательский, частично-поисковый

Формы: фронтальная, индивидуальная, парная

Основные понятия и термины:

Водород, физические и химические свойства. Водород – восстановитель. Меры безопасности при работе с водородом

Планируемые образовательные результаты:

Метапредметные

● умение управлять своей познавательной деятельностью;

определять общие и индивидуальные правила поведения;

● формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования;

● формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, взрослыми в процессе образовательной, учебно-исследовательской деятельности

Регулятивные УУД

● умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией, оценивать результаты решения поставленных задач и др.

Познавательные УУД

● умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;

● использование основных интеллектуальных операций: анализ и синтез, сравнение, обобщение, выявление причинно-следственных связей, поиск аналогов;

● использование различных источников для получения химической информации;

● постановка и формулирование цели и задач урока; формулирование и аргументация личного мнения

Коммуникативные УУД

● осознанно и произвольно строить речевое высказывание в устной форме; аргументировано отвечать на вопросы, обосновывать свою точку зрения; слушать и понимать речь других; вступать в учебное сотрудничество с учителем и одноклассниками, осуществлять совместную деятельность в парах, группах и др.

● овладение понятийным аппаратом урока;

● приобретение опыта использования различных методов изучения химических явлений: наблюдения за их превращениями при проведении несложных химических экспериментов с использованием лабораторного оборудования и приборов;

● умение проводить и описывать самостоятельно выполненные химические эксперименты, используя родной язык и язык химии;

● умение делать выводы и умозаключения из наблюдений, изученных химических закономерностей.

Информационно-методическое обеспечение:

● Компьютер, проектор, презентация, раздаточный дидактический материал, ПСХЭ

● Лабораторное оборудование: лабораторные штативы с лапкой, штатив для пробирок, пробирки, пробки с прямой газоотводной трубкой, спиртовки, спички

● Реактивы: цинк (гранулы), р-р соляной кислоты

Ход урока (см. ниже ↓)

Организационная структура урока

Этапы урока

Формируемые умения

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Выявить уровень подготовки обучающихся к уроку

● определять общие для всех и индивидуальные правила работы

Метапредметные:

Регулятивные УУД

● умение осуществлять контроль своей деятельности, определять способы действий и корректировать их

Коммуникативные УУД

● слушать и понимать речь других

Приветствие. Проверка готовности обучающихся к уроку.

Приветствие учителя. Проверка рабочего места.

Мобилизовать учащихся, настроить на урок

● формирование готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию;

● формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, взрослыми в процессе образовательной деятельности

1) Скажите, с каким газом мы познакомились на предыдущих уроках?

2) Как получают водород в лаборатории?

3) К какому типу реакции относится реакция получения водорода?

4) Какими физическими свойствами обладает водород?

5) Как можно уловить и собрать водород? Почему?

6) Как проверить наличие водорода?

7) Что такое гремучий газ?

8) Какими химическими свойствами обладает водород?

9) Почему водород называют восстановителем?

Обучающиеся слушают учителя, воспринимают информацию, отвечают на вопросы

Целеполагание и мотивация

Мотивировать учащихся на усвоение новых знаний.
Обозначить цель и задачи урока

● формирование готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию

Метапредметные:
Коммуникативные УУД

● осознанно и произвольно строить речевое высказывание в устной форме; аргументировано отвечать на вопросы, обосновывать свою точку зрения; слушать и понимать речь других

Регулятивные УУД:

● принимать учебно-познавательную задачу и сохранять её до конца учебных действий;

● корректировать собственные ответы и ответы одноклассников

Познавательные УУД:

● постановка и формулирование цели и задач урока; формулирование и аргументация личного мнения;

● осознание учебно-познавательной задачи

– Ребята, несколько уроков назад вы научились получать и собирать газ тяжелее воздуха – кислород. На этом занятии вам предстоит работать с газом, который легче воздуха. Приборы для его получения имеют свои особенности, обусловленные свойствами этого газа.

– Сегодня нам предстоит выполнить практическую работу «Получение водорода и исследование его свойств»

– Сформулируйте, пожалуйста, цель сегодняшнего урока.
– Какие задачи вы поставите перед собой?
– Итак, в ходе выполнения практической работы мы вспомним общие требования при работе в кабинете химии, изучим правила ТБ при работе с реактивами и оборудованием, рассмотрим краткие инструкции по оказанию мер первой помощи при отравлениях и поражениях организма, которые могут возникнуть во время выполнения химических опытов.
– Кроме того, нам предстоит получить водород в лабораторных условиях и изучить его свойства.

Формулируют цель, дополняют друг друга, ставят и обсуждают задачи, корректируют ответы одноклассников

– Рассмотрите предложенное вам оборудование и реактивы.
– Выполнять работу будем согласно инструкции и плану работы в маршрутном листе (расположен на столах), которые помогут нам логически выстроить действия и оформить результаты в отчётах.

Рассматривают предложенное для работы оборудование и реактивы, просматривают инструкцию и план действий в маршрутном листе

Организация и выполнение практического задания

●Ознакомить обучающихся с правилами ТБ при работе в кабинете химии;
● познакомить со способами получения водорода, закрепить знания о способах получения газов;
● учить выполнять химический эксперимент с использованием спиртовки и лучинки;
●изучить инструкции по оказанию мер первой помощи при отравлениях и поражениях организма;
● совершенствовать учебные умения школьников при выполнении практических действий, опытов;
● формировать умение извлекать информацию из устного сообщения, наблюдаемых процессов;
● описывать наблюдения, изображать схематически приборы;
● формировать умение анализировать данные, выявлять сущность наблюдаемых процессов, обобщать и делать выводы;
● развивать умение формулировать и аргументировать собственное мнение, развивать самостоятельность;
● продолжать формирование химической речи учащихся, творческого мышления, правил научного общения, умения прогнозировать результат деятельности;
организовывать самостоятельную деятельность, совершенствовать навыки самооценки знаний и умений с использованием тренажёров;
● воспитывать культуру интеллектуального труда; чувство ответственности, уверенности в себе, требовательности к

себе; умение работать в парах

● умение управлять своей познавательной деятельностью; определять общие и индивидуальные правила поведения;

● формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования;

● формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, взрослыми в процессе образовательной, учебно-исследовательской деятельности

Метапредметные:

Регулятивные УУД

● умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией, оценивать результаты решения поставленных задач

Познавательные УУД

● умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;

● использование основных интеллектуальных операций: анализ и синтез, сравнение, обобщение, выявление причинно-следственных связей, поиск аналогов;

● формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (ИКТ– компетенций)

Коммуникативные УУД

● осознанно и произвольно строить речевое высказывание в устной форме; аргументировано отвечать на вопросы, обосновывать свою точку зрения; вступать в учебное сотрудничество с учителем и одноклассниками, осуществлять совместную деятельность в парах, группах

● овладение понятийным аппаратом урока;

● приобретение опыта использования различных методов изучения химических явлений: наблюдения за их превращениями при проведении несложных химических экспериментов с использованием лабораторного оборудования и приборов;

● умение проводить и описывать самостоятельно выполненные химические эксперименты, используя родной язык и язык химии;

● умение делать выводы и умозаключения из наблюдений, изученных химических закономерностей

Правила техники безопасности при работе в кабинете химии

1) Посмотрите на оборудование и реактивы, предложенные вам для выполнения практической работы. Сформулируйте правила техники безопасности, которые необходимо соблюдать при выполнении данной практической работы. Распишитесь в журнале инструктажа.

Соберите из пробирки и пробки с газоотводной трубкой прибор для получения газов и проверьте его на герметичность.

Работают по инструкции маршрутного листа, выполняют задания согласно предложенному плану работы, расписываются в журнале инструктажа

Собирают прибор, проверяют его на герметичность.

1.Получение водорода

В пробирку поместите 1-2 гранулы цинка и добавьте 2-3 мл разбавленной соляной кислоты. В течение минуты выделяющемуся из прибора газу дайте свободно выходить из пробирки (там есть примеси воздуха), а затем переверните пустую пробирку вверх дном и соберите выделяющийся газ. Запишите наблюдения и уравнение реакции получения водорода.

2. Проверка собранного водорода на чистоту

Проверьте собранный вами водород на чистоту. Для этого, не изменяя положения пробирки приемника, необходимо поднесите ее вплотную к пламени горелки или спички и резко повернуть так, чтобы ее отверстие оказалось в пламени.

Если при этом раздается резкий “лающий” звук, с газом (водородом) работать нельзя, так как он содержит примесь воздуха

Чем меньше кислорода в смеси, тем тише хлопок.

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

Запишите наблюдения и выводы о чистоте полученного газа в тетрадь.

Составьте отчет о проделанной работе.

Сделайте общий вывод по проделанной работе, исходя из цели работы и урока

Знакомятся со способами получения водорода, выполняют описанные в маршрутном листе приёмы работы, оформляют отчёт о проделанной работе

Получение водорода

История открытия водорода История водорода начинается с XVI века, когда было замечено, что при действии кислот на железо и другие металлы выделяется некий неизвестный газ. Первоначально его назвали «горючим воздухом». Такое название газ получил из-за способности гореть. Во второй половине XVIII века английский ученый Генри Кавендиш получил водород при действии соляной кислоты HCl на цинк:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2­

Что же такое кислота с точки зрения химии? Кислота – это сложное вещество, в состав которого всегда входят атомы водорода. В формулах кислот атомы водорода принято писать на первом месте. Атомы, следующие в формуле за водородом, называют кислотным остатком. Так, в соляной кислоте HCl кислотный остаток – Cl.

Например, в серной кислоте H2SO4, кислотный остаток – SO4. Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток Генри Кавендиш изучил свойства «горючего воздуха». Он установил, что этот газ намного легче воздуха, а при сгорании на воздухе образует прозрачные капли жидкости. Этой жидкостью оказалась вода.

Генри Кавендиша считают первооткрывателем водорода. Вывод о том, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, был сделан в 1784 году французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье. Антуан Лоран Лавуазье дал этому веществу латинское название (Hydrogenium), которое происходило от греческих слов «хюдор» – вода и «геннао» – рождаю. В те годы под элементами подразумевали простые вещества, которые нельзя далее разложить на составные части. Поэтому у химического элемента водорода такое же название, как и у просто вещества H2. Русское слово водород – это точный перевод латинского названия Hydrogenium.

Получение водорода в лаборатории

Современный лабораторный способ получения водорода не отличается от того, которым его получал Генри Кавендиш. Это реакции металлов с кислотами. В лаборатории водород получают в аппарате Киппа (рисунок 152).

Аппарат Киппа изготовляется из стекла и состоит из нескольких частей:

  1. реакционная колба с резервуаром;
  2. воронка с длинной трубкой;
  3. газоотводная трубка.

Реакционная колба имеет верхнюю шарообразную часть с отверстием, в которое вставляется газоотводная трубка, снабженная краном или зажимом, и нижний резервуар в виде полусферы. Нижний резервуар и реакционная колба разделены резиновой или пластиковой прокладкой с отверстием, через которое проходит в нижний резервуар длинная трубка воронки, доходящая почти до дна. На прокладку через боковое отверстие шпателем насыпают твёрдые вещества (мрамор, цинк). Отверстие закрывается пробкой с газоотводной трубкой. Затем при открытом кране или зажиме в верхнюю воронку заливается раствор кислоты. Когда уровень жидкости достигает вещества на прокладке, начинается химическая реакция с выделением газа. При закрытии крана давление выделяющегося газа выдавливает жидкость из реактора в верхнюю часть воронки. Реакция прекращается. Открытие крана приводит к возобновлению реакции. Поместим в реакционную колбу кусочки цинка. В качестве кислоты воспользуемся серной кислотой. При контакте цинка и серной кислоты протекает реакция:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2­

Водородом можно заполнить мыльный пузырь.

Для этого необходимо опустить газоотводную трубку в мыльный раствор. На конце трубки начнется формирование мыльного пузыря, заполненного водородом; со временем пузырь отрывается и улетает вверх, что доказывает легкость водорода. Соберем выделяющийся водород. С учетом того, что водород намного легче воздуха, для сбора водорода сосуд, в котором собирается газ, необходимо располагать вверх дном, или производить собирание методом вытеснения воды. Как обнаружить водород? Заполним пробирку водородом, держа ее вверх дном, по отношению к газоотводной трубке. Поднесем пробирку отверстием к пламени спиртовки – слышится характерный хлопок.

Хлопок – это признак того, что в пробирке содержится водород. При поднесении пробирки к пламени водород вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе. При малых количествах реакция кислорода и водорода сопровождается хлопком. Более подробно об этой реакции будет рассказано в следующем параграфе.

Получение водорода в промышленности

Одним из промышленных способов получения водорода является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H2O эл.ток → 2H2­ + O2­.

Данный метод позволяет получить чистый водород и кислород. Процесс превращения химических веществ в другие вещества под действием электричества называется электролизом.

Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока Проведем электролиз воды. В стакан наполненный водой, опустим металлические электроды. Поверх электродов опустим в стакан пробирки, заполненные водой. Подсоединим электроды к источнику тока – батарейке. В пробирках наблюдается выделение газов – водорода и кислорода, которые вытесняют воду. Наблюдая за процессом электролиза, можно заметить, что в одной из пробирок газа собирается в два раза больше, чем в другой. Проанализировав уравнение реакции электролиза воды, можно сделать вывод, в какой пробирке выделяется водород, а в какой – кислород. Попробуйте это сделать самостоятельно.

Существуют и другие способы получения водорода. Железо-паровой метод долгое время широко применялся в промышленности. Через электрическую трубчатую печь проходит трубка из нержавеющей стали, заполненная железными стружками. Через трубку с железными стружками пропускают водяной пар. При температуре около 800°С пары воды взаимодействуют с железом, образуя оксид Fe3O4 (железную окалину) и газообразный водород:

3Fe + 4Н2О = 4Н2­ + Fe3O4.

Можно получить Н2, пропуская Н2О через слой раскаленного угля. При этом образуется смесь двух газов – СО и Н2 (водяной газ):

Н2О + С = CO­ + Н2­

В настоящее время водород получают взаимодействием углеводородов (в основном метана, СН4) с водяным паром или неполным окислением метана кислородом:

2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2

Итог статьи:

  • В лаборатории водород получают в аппарате Киппа
  • Исходными веществами для получения водорода в лаборатории являются некоторые металлы и кислоты
  • Собирать водород нужно методом вытеснения воды, или методом вытеснения воздуха, расположив пробирку вверх дном по отношению к газоотводной трубке
  • Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток
  • Обнаружить водород можно по характерному хлопку при поднесении пробирки с водородом к пламени
  • Одним из промышленных способов получения водорода является электролиз воды
  • Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока

Найдена новая технология получения водорода из воды

Получение водорода в лаборатории

В лабораториях водород получают уже известным вам способом, действуя кислотами на металлы: железо, цинк и др. Поместим на дно пробирки три гранулы цинка и прильем небольшой объем соляной кислоты. Там, где кислота соприкасается с цинком (на поверхности гранул), появляются пузырьки бесцветного газа, которые быстро поднимаются к поверхности раствора:

Атомы цинка замещают атомы водорода в молекулах кислоты, в результате чего образуется простое вещество водород Н2, пузырьки которого выделяются из раствора. Для получения водорода таким способом можно использовать не только хлороводородную кислоту и цинк, но и некоторые другие кислоты и металлы.

Соберем водород методом вытеснения воздуха, располагая пробирку вверх дном (объясните почему), или методом вытеснения воды и проверим его на чистоту. Пробирку с собранным водородом наклоняем к пламени спиртовки. Глухой хлопок свидетельствует о том, что водород чистый; «лающий» громкий звук взрыва говорит о загрязненности его примесью воздуха.

В химических лабораториях для получения относительно небольших объемов водорода обычно применяют способ разложения воды с помощью электрического тока:

Из уравнения процесса разложения следует, что из 2 моль воды образуются 2 моль водорода и 1 моль кислорода. Следовательно, и соотношение объемов этих газов также равно:

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:

Метод конверсии метана при температуре 1000оС с водяными парами:

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

Свободный водород выделяется в результате реакции катализа окислением кислородом:

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

а также путем крекинга и риформинга углеводородов при переработке нефти.

Существуют способы получения Н2 лабораторными способами:

  1. Металл + разбавленная кислота: 12Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑
  2. Реакция кальция с водой: 12Ca+2H2O→Ca(OH)2+H2↑
  3. Гидролиз гидридов металлов: 12NaH+H2O→NaOH+H2↑
  4. Взаимодействие щелочи с цинком (алюминием): 122Al+2NaOH+6H2O→2Na(Al(OH)4)+3H2
  5. В результате электролиза водных растворов щелочей либо кислот: 122H3O++2e-→2H2O+H2↑

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.

ОТЛИЧИЯ ОБЫЧНОГО ЭЛЕКТРОЛИЗА ОТ СОВРЕМЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН

Современные полимерные мембраны SPE/PME сами являются электролитом, поэтому им не требуется вода с содержанием минералов для проводимости тока, в связи с чем они имеют огромное технологическое преимущество, долгий срок службы и способны производить высокую концентрацию чистого Н2.

Благодаря более низкому электрическому сопротивлению между анодом и катодом в полимерной мембране происходит меньшее падение напряжения и более эффективный электролитический выход H2. Увеличение срока службы мембраны связано с тем, что рН питьевой воды практически не меняется, соответственно не происходит образования минерального налета на электродах.

Почему это важно, что в приборе есть протонобменная мембрана/ Твердый полимерный электролит?

Вода в приборе не является электролитом, электролиз идет внутри мембраны, вода только насыщается чистым водородом. Рекомендуется использовать дистиллированную воду или воду обратного осмоса. Это позволяет долгое время сохранять работоспособность мембраны, без необходимости в промывках.

Бывают ли приборы, разделяющие при электролизе водород и кислород, но без протонобменной мембраны?

Да, даже самые в первых приборах для электролиза в виде U образной трубки водород и кислород получались отдельно. Но электролитом в них является раствор солей в воде и помимо водорода и кислорода будут выделяться другие соединения. Бывают также приборы с мембраной, отделяющей водород, но при этом мембрана не является твердым полимерным электролитом. Эти приборы требуют использования воды с солями, поэтому мембрана засоряется и требует частых промывок. Узнайте, может ли прибор работать с дистиллированной водой, чтобы понять используется ли в нем SPE/PEM мембрана.

Перспективы отрасли

Согласно докладу МЭА, к 2050 году мировой спрос на водород должен достичь 528 млн тонн — против 87 млн в 2020, — а его доля в мировом потреблении составит 18%, из них 10% будет приходиться на зеленый водород.

К 2050 году МЭА планирует снизить затраты на производство этого экологически чистого вида топлива до 2 $ за килограмм, что существенно ниже нынешних 10 $. Это произойдет благодаря развитию технологий ВИЭ и удешевлению производства энергии ветра и солнца.

В июне 2020 года Германия объявила о реализации национальной водородной стратегии с инвестициями в 7 млрд евро, чтобы стать лидером в этой области.

Япония, Франция, Южная Корея, Австралия, Нидерланды и Норвегия начали свой курс на водород раньше Германии, а Япония сделала это раньше всех — в декабре 2017 года.

В июле 2020 года Минэнерго подготовило план развития в РФ водородной энергетики на период 2020—2024 годов. Производить водород собираются «Росатом», «Газпром» и «Новатэк». В дорожной карте предусмотрены следующие меры:

  • поддержка пилотных проектов по производству водорода;
  • стимулы для экспортеров и покупателей на внутреннем рынке;
  • первые водородные установки запустят в 2024 году на атомных электростанциях, объектах добычи газа и переработки ископаемых.

В 2021 году HydrogenOne Capital — первый в мире инвестиционный фонд, ориентированный на зеленый водород, заявил о листинге на Лондонской бирже. Фонд инвестирует в проекты мощностью 20—100 МВт с возможностью их расширения до 500 МВт.

Недостатки водородной энергетики

Стоимость зеленого водорода. Как уже говорилось выше, именно стоимость добычи самого чистого вида водорода ставит наиболее сильные препятствия в его развитии. По словам и прогнозам Минэнерго РФ, перспективы водородной энергетики связаны с удешевлением стоимости водорода, производимого электролизом воды. В качестве основных факторов обеспечения конкурентоспособности зеленого водорода рассматривается перспективное снижение капитальных затрат на электролизеры, а также стоимости электроэнергии из ВИЭ.

При масштабировании производства электролизеров , по оценке J. P. Morgan — даже до 100 $/кВт. При реализации такого сценария к 2050 году стоимость электролизеров может снизиться до уровня менее 2 $/кг. Но с учетом применения различных программ государственного субсидирования водородной энергетики эти сроки могут быть сокращены.

Горючесть. По сравнению с бензином, природным газом и пропаном водород огнеопаснее в воздухе, малейшие трещины в баке могут привести к трагедии. Но некоторые критики заблуждаются, когда говорят, что с развитием водородной энергетики «мир сядет на огромную пороховую бочку». Поскольку водород очень легкий — примерно в 57 раз легче, чем пары бензина, — он может быстро рассеиваться в атмосфере, и это положительный для безопасности фактор.

Хранение и транспортировка. Так как водород — самый легкий среди химических элементов, в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива. Например, потребуется гораздо больший баллон с газообразным водородом, чтобы проехать заданное расстояние на автомобиле. Существующие бензобаки при этом слишком малы, чтобы вмещать количество водорода, которое необходимо для расстояния, которое покроет полный бензобак. Для решения этой проблемы сейчас модернизируют способы перевода водорода в жидкое или газообразное состояние. Его необходимо либо охладить до −253 °C, чтобы сжижать, либо сжать до давления, в 700 раз превышающего атмосферное, чтобы его можно было доставить в виде сжатого газа.

ИОНИЗАТОРЫ ВОДЫ

Ионизатором воды является любое устройство или изделие, которое увеличивает концентрацию заряженных частиц — ионов и свободных электронов. В данном методе образуется щелочная среда с насыщением водорода на катоде и кислая среда с насыщением кислорода на аноде, где анод и катод разделены барьером.

Приборы ионизации воды существуют очень давно и в настоящее время ежегодно появляются новые приборы и изделия для изменения свойств воды.

Что такое ионизация воды?

Под ионом подразумевается электрически заряженная частица (положительная или отрицательная) в виде атома или молекулы, которые образовываются при присоединении или потери электронов. Поэтому любое устройство, которое увеличивает концентрацию ионов является ионизатором воды.

После научного открытия ионизации воды путем электролиза М.Фарадея были обнаружены и другие возможности ионизации воды. Процесс ионизации можно получить несколькими способами, но его эффективность и себестоимость будет существенно отличаться.

Важно обратить внимание на то, что ионизаторы щелочной воды были разработаны до того, как стало известно о терапевтических свойствах Н2. Таким образом, эти устройства были оптимизированы для щелочного pH, а не для высокой концентрации растворенного водорода.

Только после 2007 года ученые обнаружили, что терапевтическое свойство в щелочной ионизированной воде представляет собой газообразный водород Н2. Поэтому для терапевтического эффекта важна концентрация Н2 в воде.

Важно также отметить, что, хотя некоторые ионизаторы воды могут создавать очень высокую концентрацию Н2 за счет замедления потока воды, эта продуцируемая вода часто имеет очень высокий уровень рН, что может сделать воду неприемлемой. В этом случае легко снизить pH путем добавления нескольких капель лимонного сока (лимонной кислоты) для снижения рН при сохранении более высокого уровня, растворенного Н2.

Взрывоопасность водорода

При работе с водородом особое внимание следует обращать на герметичность аппаратуры и газовых коммуникаций, так как водород способен проникать через мельчайшие неплотности, образовывать с воздухом взрывоопасные концентрации. В смеси с кислородом (2:1) образует взрывчатую смесь, называемую гремучим газом.

  • с воздухом 4-75 %
  • с кислородом 4-96%

Температура самовоспламенения 510°С. Водород физиологически инертен, при высоких концентрациях вызывает удушье. При высоком давлении проявляется наркотическое действие. При работе в среде водорода необходимо пользоваться изолирующим противогазом (кислородным или шланговым).

Получение водорода в промышленности

Очевидно, что при огромных объемах промышленного производства сырьем для получения водорода должны быть легкодоступные и дешевые вещества. Такими веществами являются природный газ (метан СН4) и вода. Запасы природного газа очень велики, а воды — практически неограниченны.

Самый дешевый способ получения водорода — разложение метана при нагревании:

Эту реакцию проводят при температуре около 1000 °С.

В промышленности водород также получают, пропуская водяные пары над раскаленным углем:

Существуют и другие промышленные способы получения водорода.

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: :???: :?: :!: