Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет

имени Ярослава Мудрого»

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов

Кафедра фундаментальной и прикладной химии

ВОдород Методические указания к лабораторной работе

Великий Новгород

2013

Водород. Методические указания к лабораторной работе / Составители: В.П. Кузьмичёва, В.А. Исаков – НовГУ, Великий Новгород, 2013 г. – 14 с.

Методические указания предназначены для изучения дисциплины «Неорганическая химия»

Содержание

ВВЕДЕНИЕ		4
1	ЦЕЛЬ РАБОТЫ		4
2	ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ		4
	2.1 Простое вещество водород		4
	2.2 Соединения водорода (-I)		6
	2.3 Соединения водорода (I)		6
	2.4 Вода 2.5. Пероксид водорода		7 9
3	ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ		10
4	ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ		11
	4.1 Получение водорода действием металла на кислоту		11
	4.2 Получение водорода действием металла на щелочь		11
	4.3 Получение водорода действием металла на воду 4.4. Переливание водорода 4.5. Восстановление водородом оксида меди (II) 4.6. Восстановление перманганата калия атомарным водородом (в момент выделения)		12 12 12 13
5	ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ И СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЕТА		13
6	ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ		13
ЛИТЕРАТУРА		14

Введение

Водород является одним из самых распространенных элементов Вселенной. По современным данным, атомы водорода составляют более 90% всех ее атомов.

Содержание водорода в земной коре – 0,88% и по распространенности среди всех элементов он занимает девятое место. Если же оценивать распространенность водорода по числу атомов, то он стоит на втором месте (17,2%) и принадлежит к числу наиболее распространенных элементов. Водород образует соединения со многими элементами и обусловливает их перемещение (миграцию) в земной коре.

1 Цель работы

Ознакомиться с химическими свойствами водорода и его соединений.

2 Основные теоретические положения

2.1 Простое вещество водород

Водород в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева занимает особое место – это элемент с порядковым номером 1. Атом водорода имеет самое простое строение, он состоит из ядра – протона и единственного электрона, электронная формула атома 1s¹. Особенность в том, что, в отличие от всех других элементов (кроме гелия), в его атоме валентный электрон находится непосредственно в сфере действия атомного ядра, то есть у него нет промежуточного электронного слоя.

Электрон в атоме водорода связан намного прочнее, чем в атоме любого металла и большей части неметаллов. Энергия ионизации атома водорода 1312 кДж/моль.

Атом водорода может присоединять электрон, превращаясь в гидрид-ион Н⁺. При этом выделяется 71 кДж/моль. Сродство к электрону у водорода меньше, чем у типичных неметаллов (галогенов, кислорода, азота, серы).

Электроотрицательность водорода выше, чем у большинства металлов, и ниже, чем у типичных неметаллов.

Так как размеры ls-орбитали атома водорода невелики, при перекрывании ее с орбиталями других атомов образуются прочные ковалентные связи с большинством химических элементов.

Таким образом, очевидно, что водород – неметаллический элемент, валентность его может быть только 1. В соединениях он может иметь степени окисления +1 и -1. Принято считать, что в соединениях с металлами и некоторыми неметаллами (например, бор), он находится в степени окисления -1, а в соединениях с большинством неметаллов – в степени окисления +1.

В обычных условиях водород образует одно простое вещество, существующее в виде двухатомных молекул Н₂. Это газообразное вещество, не имеющее ни цвета, ни запаха. Водород – самый легкий из всех газов. Как и большинство веществ, состоящих из неполярных молекул, водород малорастворим в воде и других полярных жидкостях.

Вследствие неполярности и большой прочности молекулы Н₂ (ΔН_дисс = 436 кДж/моль) при комнатной температуре водород малоактивен и взаимодействует только с фтором:

Н₂ + F₂ → 2HF

При нагревании водород реагирует в качестве восстановителя с серой, кислородом и др.:

Н₂ + С1₂ → 2НС1

Н₂ + S → H₂S

2Н₂ + О₂ → 2Н₂О

С азотом, углеродом и кремнием водород непосредственно не реагирует.

На скорость реакций с участием молекулярного водорода сильно влияет присутствие катализатора. Чаще всего, это – металлы, хорошо растворяющие водород (Pt, Pd, Ni). Например, струя водорода, направленная на воздухе на порошок платины, загорается без поджигания.

Водород проявляет восстановительные свойства и по отношению ко многим оксидам и галогенидам, например:

CuO + Н₂ → Сu + Н₂О

VC1₂ + Н₂ → V +2НС1

На этом основано применение водорода для получения простых веществ.

В качестве окислителя водород взаимодействует лишь с очень небольшим числом самых сильных восстановителей (щелочные металлы, Сa, Sr, Ва и др.), например:

2Na + Н₂ → 2NaH

Таким образом, молекулярный водород при обычных условиях практически является только восстановителем.

Действие электрического разряда на Н₂, находящийся при низком давлении, приводит к образованию атомарного водорода, который проявляет большую химическую активность. При обычных условиях он соединяется с N₂, S, Р, As, обесцвечивает подкисленный раствор KMnO₄.