55. Гідроген. Вода. Отримання, властивості, застосування
Гідроген
1Н : 1s1
Сучасну
назву водню дав французький хімік
Лавуазьє – латинська назва "hydrogen"
складається із слів "hydro" (вода) та
"genes" (народжуючий). Рушійною силою
реакцій отримання гідрогену є не тільки
намагання металів віддати електрон
атому Н в ступеню окиснення +1, але й
великий енергетич-ний виграш при
зв`язуванні нейтральних атомів Н, що
при цьому утворю-ються, у молекулу Н2.
Тому в такі реакції вступають навіть
неметали:
Ця реакція – промисловий
процесс. Водень може отримуватися і при
силь-ному нагріванні метану
.
Тому в
промисловисті більшу частину водню
отримують саме із метану, добавляючи
до нього при високій температурі
перегріту водяну пару: 1) CH4
+ H2O
= CO + 3 H2
2)
CO + H2O
= CO2
+ H2
Сумарно
цей процесс можна записати рівнянням
CH4
+ 2 H2O
= 4 H2
+ CO2
Найбільш чистий
водень у промисловості отримують
електролізом води:
Цей спосіб потребує
більших витрат енергії, тому він
розповсюджений менше, ніж високотемпературна
реакція коксу або метану з водою.
Добування
водню: .
1) промислові методи:
.
залізопаровий метод 3Fe + 4H2O
= Fe3O4
+ 4H2;
2Al + 6NaOH + 6H2O
= 2Na3[Al(OH)6]
+ 3H2
2) фізичні методи:
- із коксового газу - із нафти
- із бутану C4H10
= CH2
=CH – CH = CH2
+2H2 3)
хімічні методи – конверсійні методи:
C + H2O
= CO + H2 CH4
+ H2O
= CO + 3H2
Електроліз
води: 2H2O
= 2H2
+ O2 K(-):
2H2O +
2ē = H2
+ 2OH- A(+):
2H2O -
4ē = O2
+ 4H+
-
Властивості водню
Використання водню
1. Найлегший газ (1 л Н2 важить 0,092 г) 2. Горить в кисні 2H2 + O2 = 2H2O 3. Відновник WO3 + 3H2 = W + 3H2O 4. C6H5-NO2 + 3H2 = C6H5NH2 + 2H2O 5. N2 + 3H2 = 2NH3 6. CH3 – COH + H2 = C2H5 – OH
Для наповнення аеростатів
Для зварювання і різання металів Для отримання металів
Для отримання аніліну
Для отримання аміаку Для отримання спиртів
Водень є надзвичайним енергоносієм. Із усіх речовин він має найбільшу густину енергії, яка дорівнює 33 кВт (кг), густина енергії вуглецю – 9,1кВт (кг); він може прямим шляхом виробляти електричну енергію в паливних елементах. В зв’язку з цим уже обговорюються проекти магістральних водневих ліній, як одного з варіантів ліній електропередач майбутнього.