1.10Водород

 

Водород H - первый элемент в периодической системе, самый распространённый элемент во Вселенной (92%); в земной коре массовая доля водорода составляет всего 1%.

Впервые выделен в чистом виде Г. Кавендишем в 1766 г. В 1787г. А.Лавуазье доказал, что водород - химический элемент.

Атом водорода состоит из ядра и одного электрона. Электронная конфигурация - 1S¹.  Молекула водорода двухатомная. Связь ковалентная неполярная.

 Изотопы:

1	Н - протий (99,98% по массе);
1

2	D - дейтерий (0,02%);
1

 

3	T - тритий (получен искусственно).
1

Физические свойства. 

Водород - газ, бесцветный, без запаха; t_кип = -253C; t_пл = -259C; почти не растворяется в воде (в 100V H₂O растворяется 2V H₂); легче воздуха. D (по воздуху) = 0,069.

 

Способы собирания.

Вытеснением воды	Вытеснением воздуха

 

 

Получение 

1)     взаимодействие активных металлов с кислотами - неокислителями:

Zn + 2HCl  ZnCl₂ + H₂­ 

2)     взаимодействие алюминия (или цинка) с водными растворами щелочей:

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

3)     электролиз воды и водных растворов щелочей и солей:

2H₂O  2H₂­+ O₂­

2NaCl + 2H₂O  H₂­+ Cl₂­+ 2NaOH 

4)     пропускание паров воды над раскалённым углём при 1000C:

 

C + H₂O  CO + H₂ 

5)     конверсия метана при 900°C:

CH₄ + H₂O  CO + 3H₂ 

Методы (1,2) используют в лаборатории, (3-5) используют в промышленности.

 

Химические свойства

При обычных условиях малоактивен (реагирует только с фтором)

Восстановительные свойства:

1)     с неметаллами:

2H₂⁰ + O₂  2H₂⁺¹O (со взрывом при поджоге)

H₂⁰ + S  –^150-250  H₂⁺¹S

 

2)     с оксидами металлов:

H₂⁰ + СuO  –^t Cu + H₂O

 

Окислительные свойства

3)     с щелочными и щелочноземельными металлами:

 H₂⁰ + 2Li⁰  2Li⁺¹H^-1

H₂⁰ + Ca⁰  Ca⁺²H₂^-1

Применение

 

1)     Для промышленного синтеза NH₃, HCl, CH₃OH (реакцией CO + 2H₂  –^p;t;kat  CH₃OH)

 

2)     Восстановление редких металлов из оксидов (W, Mo и др.).

 

3)     Гидрирование органических соединений (в частности, гидрогенизация растительных масел в твёрдые жиры).

 

4)     Для сварки и резки металлов водородно-кислородным пламенем.

 

Упражнения:

1. Определите массу цинка, который надо растворить в хлороводородной кислоте, чтобы полученным водородом можно было восстановить оксид меди (II) массой 32 г.

2. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, потребуется для восстановления оксида меди (II), который получили при термическом разложении гидроксида меди(II) массой 19,6 г ?

3. При взаимодействии щелочноземельного металла, массой 3,425 г с водой выделился водород объемом 560 мл (н.у.). Определите какой металл взят для реакции.

4. Осуществите превращения:

Zn  ZnCl₂  NaCl  NaOH  Na₂SO₄

1.11 Галогены

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Галогены (от греч. halos - соль и genes - образующий) - элементы главной подгруппы VII группы периодической системы: фтор, хлор, бром, йод, астат.

 

Таблица. Электронное строение и некоторые свойства атомов и молекул галогенов

 

Символ элемента	F	Cl	Br	I	At
Порядковый номер	9	17	35	53	85
Строение внешнего электронного слоя	2s22p5	3s23p5	4s24p5	5s25p5	6s26p5
Энергия ионизации, эв	17,42	12,97	11,84	10,45	~9,2
Сродство атома к электрону, эв	3,45	3,61	3,37	3,08	~2,8
Относительная электроотрицательность (ЭО)	4,0	3,0	2,8	2,5	~2,2
Радиус атома, нм	0,064	0,099	0,114	0,133	–
Межъядерное расстояние в молекуле Э2, нм	0,142	0,199	0,228	0,267	–
Энергия связи в молекуле Э2 (25°С), кДж/моль	159	243	192	157	109
Степени окисления	-1	-1, +1, +3, +4, +5, +7	-1, +1, +4, +5, +7	-1, +1, +3, +5, +7	–
Агрегатное состояние	Бледно-зел. газ	Зел-желт. газ	Бурая жидкость	Темн-фиол.  кристаллы	Черные кристаллы
t°пл.(°С)	-219	-101	-8	114	227
t°кип.(°С)	-183	-34	58	185	317
 (г*см-3 )	1,51	1,57	3,14	4,93	–
Растворимость в воде (г / 100 г воды)	реагирует с водой	2,5 : 1 по объему	3,5	0,02	–

 

1)               Общая электронная конфигурация внешнего энергетического уровня - nS²nP⁵.

2)               С возрастанием порядкового номера элементов увеличиваются радиусы атомов, уменьшается электроотрицательность, ослабевают неметаллические свойства (увеличиваются металлические свойства); галогены - сильные окислители, окислительная способность элементов уменьшается с увеличением атомной массы.

3)               Молекулы галогенов состоят из двух атомов.

4)               С увеличением атомной массы окраска становится более темной, возрастают температуры плавления и кипения, а также плотность.

5)               Сила галогеноводородных кислот возрастает с увеличением атомной массы.

6)               Галогены могут образовывать соединения друг с другом (например, BrCl)