Водород. 
Химия. В 2 ч. Часть 1. Общая и неорганическая химия

I. Общая характеристика.

Водород находится в первом ряду, первом периоде; его располагают в I группе главной (А) подгруппы (так как у него один электрон на внешнем слое электронной оболочки атома), но иногда его помещают в VII группе главной (А) подгруппы, так как он, подобно галогенам, способен образовывать солеобразные соединения (гидриды) и является газообразным веществом.

О водороде в периодической системе имеются сведения:

• 1. Химический знак Н — одна буква латинского названия водорода, показывающая, что это водород, один его атом и одна массовая часть.
• 2. Д.(Н) = 1 — относительная атомная масса водорода, показывающая, что его масса примерно равна массе I а.е.м., а также наличие в ядре атома водорода одного нуклона.
• 3. Z — 1, т. е. заряд ядра атома водорода равен +1, т. е. в нем содержится один протон, а в электронной оболочке — один электрон.

Природный водород состоит из трех изотопов: |Н — протий, ]D — дейтерий, fT — тритий (укажите число протонов, нейтронов и нуклонов для каждого из этих изотопов).

Строение атома — схема атома: (+1)1е~, электронная формула: Is¹; В (Н) = 1; С.О. = +1, 0, -1; М (Н) = 1 г/моль.

Водород образует простое вещество Н₂, Н—Н, Н: Н, в молекуле реализуется сигма-связь, s-s; М_Г(Н) = 2, Л/(Н₂) = 2 г/моль.

II. Физические свойства.

Водород — самый легкий из известных в природе газов; не имеет цвета, запаха и вкуса. Он плохо растворяется в воде, трудно сжижается.

III. Химические свойства.

1. Реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя гидриды:

2. Взаимодействует с более активными неметаллами:

• (Г= 723 К; р = 1000 атм, катализатор — Fe, восстановленное водородом).
• 3. Реагирует с оксидами металлов:

4. Вступает в реакции гидрогенизации с непредельными органическими веществами:

Для водорода характерны и другие свойства.

IV. Получение.

В лаборатории (или в аппарате Киппа, или в приборе для получения газов):

1. Взаимодействием металлов с водой:

2. При взаимодействии металлов с кислотами:

3. Реакцией металлов, гидроксиды которых амфотерны, с водными растворами щелочей (алюминий, цинк):

4. Электролизом воды, содержащей в качестве электролитов щелочи, кислородные кислоты или соли щелочных металлов и кислородных кислот (нитраты, сульфаты натрия или калия):

этот способ можно применять и в промышленности.

Существуют и другие способы получения водорода в лаборатории.

В промышленности:

1. Электролизом водных растворов солей активных металлов, например:

2. Железопаровой способ (устарел):

3. Дегидрогенизацией органических веществ:

4. Взаимодействием воды с раскаленным углем в газогенераторах в присутствии железного катализатора и при наличии в воде щелочи; химизм процесса выражается уравнениями.

5. Конверсия метана с водяными парами, углекислым газом или смеси углекислого газа и воды; полученные смеси газов не разделяют, а используют для синтеза органических веществ:

Существуют и другие способы промышленного получения водорода.

V. Применение.

Молекулярный водород широко применяется в промышленности. Его используют как восстановитель при получении некоторых металлов из оксидов. Он — самый легкий газ, поэтому применяется для изготовления смесей, заполняющих летательные аппараты. Большие количества водорода расходуются при синтезе аммиака из азота и водорода, в производстве жидкого топлива гидрогенизацией угля и мазута. Его можно применять как экологически чистое топливо, также в топливных элементах для генерации электрической энергии. Он используется в органическом синтезе при гидрогенизации жиров, винилацетилена и т. д. Применяется водород и при резке, и при сварке металлов (автоген), так как при его горении в кислороде выделяется большое количество теплоты и возникает высокая температура.

• 1. Поясните, почему средняя молярная масса химического элемента водорода больше 1 г/моль.
• 2. Назовите различные изотопы водорода и поясните, почему каждый из них имеет собственное название; запишите химические знаки этих изотопов и охарактеризуйте. их элементарный состав.
• 3. Поясните, почему водород помещают и в I, и в VII группе периодической системы химических элементов.
• 4. Составьте характеристику окислительно-восстановительных свойств элемента водорода и поясните, может ли простое вещество, состоящее из атомов водорода, проявлять свойства окислителя, ведь водород считают одним из сильнейших восстановителей (ответ обоснуйте).
• 5. Приведите три примера использования молекулярного водорода в химической промышленности (ответ обоснуйте, опираясь на свойства этого вещества).
• 6. Приведите три примера получения водорода в: а) лаборатории; б) промышленности.