5. Получение водорода.

a. Конверсионный метод получения водорода основан на обработке раскаленного коксового угля водяным паром, образующуюся смесь водорода с монооксидом или оксидом углерода (II) или угарным газом, называют водяным или синтез – газом, который применяют для производства аммиака, метанола и т.п. Образовавшуюся смесь для выделения из нее водорода обрабатывают водяным паром и пропускают через карбонат калия или другого щелочного или щелочно-земельного металла:

C + H₂O (1000 C) CO + 3H₂, CO + (H₂) + H₂O (FeO 300 C) CO₂ + 2H₂, CO₂ + (H₂) + K₂CO₃  2KHCO₃ + H₂.

На данном методе основано получение 50% водорода.

b. Конверсия метана основана на каталитической реакции водяного пара с метаном с последующим отделением водорода как и при конверсионном методе:

CH₄ + H₂O (Ni, MgO, Al₂O₃ 1300 C) CO + H₂.

c. Получение водорода из природного газа является наиболее дешевым способом. Реакция основана на нагревании до 800-900⁰ С смеси водяного пара и кислорода с природным газом, основу которого составляет метан:

2CH₄ + O₂ + 2H₂O (Ni 800-900 C) 2CO₂ + 6H₂.

d. Термическое разложение метана:

CH₄ (1200 C) C + 2H₂.

e. Крекинг углеводородов, например этана:

CH₃–CH₃ (Al₂O₃, SiO₂ 450 C) CH₂=CH₂ + H₂.

f. Глубокое охлаждение косового газа до -196⁰ С, при этом все газы кроме водорода конденсируются.

g . Восстановление водяного пара металлами, стоящими в окислительно-восстановительном ряду металлов до водорода, включая углерод. Реакция с железом может протекать до образования оксидов разных степеней окисления:

3H₂O + 2Fe  Fe₂O₃ + 3H_2­ , 4H₂O + 3Fe (500 С до 570 С) Fe₃O₄ + 4H_2­ .

h. Наиболее чистый водород получают при электролизе воды с добавлением электролита в виде щелочей, так как кислоты разъедают стенки электролизера, или как побочный продукт при электролизе растворов хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов:

2H₂O (NaOH) 2H₂ + O₂, 2NaCl + 2H₂O  2NaOH + H₂ + Cl₂.

Водород выделяется на катоде. Электролизный способ получения водорода применяется в районах с дешевой электроэнергией.

i. Взаимодействие щелочных и щелочно-земельных металлов с водой:

2Na + 2H₂O  2NaOH + H₂.

j. Взаимодействие амфотерных металлов с водой в щелочной среде:

2Al + 2NaOH + 6H₂O  2Na[Al(OH)₄] + 3H₂.

k. Взаимодействие гидридов металлов с водой:

CaH₂ + 2H₂O  Ca(OH)₂ + 2H₂.

l. Взаимодействие активных металлов, находящихся в окислительно-восстановительном ряду металлов до водорода, с разбавленными кислотами-неокислителями:

Zn + 2HCl  ZnCl₂ + H₂.

6. Применение водорода. В химической промышленности водород применяют для получения аммиака, хлороводорода, метанола и ряда органических соединений, а также для очистки топлив и масел от органических производных серы и азота. В пищевой промышленности гидрогенизацией, т.е. обработкой водородом, растительных масел получают твердые жиры, в том числе маргарина. Как самый легкий газ, водород в смеси с гелием используют для наполнения аэростатов и дирижаблей, но в связи с горючестью его применение ограничено. Водородно-кислородное пламя применяют для резки и сварки металлов. Как восстановитель водород применяют в металлургии для выделения металлов высокой чистоты из их оксидов и солей, радий был получен Марией Склодовской-Кюри восстановлением из хлорида в токе водорода. Жидкий водород используется, как из наиболее эффективных видов ракетного топлива. Дейтерий и тритий применяют в атомной энергетике, а тритий, как метку в медицине. Большое внимание уделяется водородной энергетике, так как с точки зрения экологии продуктом горения водорода является вода. В электротехнике, водородный электрод и электровакуумный прибор в виде заполненного водородом стеклянного баллона, так называемый бареттер, внутри которого находится тонкая проволока. Его ток в определенном диапазоне значений напряжений практически постоянен, поэтому бареттер используют для стабилизации тока. Мировой производство водорода на 1990 год составляет 350* 10⁹ тонн. Запасы водорода практически неограниченны.