misc / 32846_e06b06cd6e9ad04f315d37bd4131ce33

Окислительные процессы

121

а

т

Рис. 89. Добыча нефти

с

е

Рис. 90. Укладка газопровода

ционных двигателях, а также на тепловых электровтанциях и в систе-

мах теплообеспечения жилья и предприятий.

я

Природный газ. Примерно на 90 % состоит из метана CH4. Ис-

а

пользовать его в качестве топлива стали толькоав XX в. Сегодня наша

При неполном сгорании топлива может образовываться весьма ядо-

витый угарныйН

газ (СО). Также очень неблагоприятны для человека

122

Кислород

Для улучшения качества бензина

в него добавляют соединения свинца.

а

При сгорании такого бензина в окру-

жающую среду выбр сыв ется боль-

шое количество ядовитых для человека

е

веществ, содержащих свинец.

На сжигание

различных видов

в

ся огромное коли-

топлива потр бля

чество кислорода.

тТак, в течение 1 ч

Рис. 91. Взлет реактивного

с

самолета

полета реакти ный самолет (рис. 91)

а

потребляет количество кислорода, вы-

р б тыв емое лесом площадью 1 га за

месяц.

я

Н иболее неблагоприятными по-

следствиями сжигания топлива явля-

а

н

ются смог, кислотные дожди и парни-

ковый эффект.

Смог (рис. 92) — это туман, сме-

шанный с пылью и сажей и содержа-

щий продукты взаимодействия оксидов

о

серы и азота с водой.

Рис. 92. См г над г р м

р

д

Кислотные дожди. Дождевая вода

более кислая, чем обычная, так как в

а

ней содержатся вещества, называе-

мые кислотами. Они образуются при

взаимодействии оксидов серы и азота

с парами воды.

Парниковый эффект (рис. 93) воз-

Н

никает в результате повышения тем-

пературы воздуха за счет накопления

ватмосференекоторыхгазов, называе-

Рис. 93. Схема парникового

мых парниковыми. Основным парни-

эффекта

ковым газом является углекислый газ.

Окислительные процессы

123

выбросов. Для этого на заводах устанавливаются очис и ельные

е

установки, совершенствуются системы очистки выхлопных газов

в

автотранспорта, разрабатываются новые экологич ски чис ые произ-

водства и виды транспорта.

с

т

Уменьшить влияние химических веществ на природу, здоровье

а

человеку найти пути решения

указ нных выше проблем охраны

атмосферы.

я

а

Окисление — химическ я ре кция, в результате которой атомы

н

кислорода присоединяются к

том м других элементов.

Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепло-

вой энергии.

Основными ви ами топлива являются каменные и бурые угли,

о

торф, древесина, нефть и природный газ.

р

Сжигание различных ви ов топлива приводит к таким неблаго-

приятным последствиямд, как смог, кислотные дожди и парниковый

эффект.

а

Вопросы и з д ния

1.

Что общего между процессами горения, дыхания и гниения?

2.

Почему при выполнении тяжелой физической работы дыха-

ние человека становится более частым и глубоким?

3. КакойН

химический процесс лежит в основе: а) разрушения

4.

Рассчитайте объем (н. у.) оксида серы(IV), который образу-

а

ется при полном сгорании серы массой 48 г в кислороде.

т

5.

Сложные органические вещества, состоящие из углерода,

7. В состав молекулы фосфина входит один атом фосфора и

е

три атома водорода. Составьте формулу фосфина и уравнение

горения фосфина в кислороде.

в

8. Углерод химическим количе твом 6,00 моль полностью со-

жгли в кислороде. Рассчитайте объемс(н. у.) образовавшегося при

этом углекислого газа.

яа

а

н

д

о

р

а

Н

том во Вселенной. Он составляет более 70 % массы Солнца и боль-

шинства других звезд.

с

е

а

Эта глава познакомит вас с химическим элементом одородом и

с наиболее важными неорганическими веще тввми, содержащими

его атомы.

я

§ 25. Водород как химический элемент и как простое вещество

а2

Название водорода происходит от л тинского слова Hydrohenium,

н

2

что означает «воду родящий». Химический символ (знак) Н — это

первая буква латинского азв

ия. И действительно, атомы водорода

д

входят в состав молекулы воды Н О.

о

вухатомные молекулы простого веще-

Атомы водорода образуют

126

Водород

гих других веществ. В растительных и животных организмах, включая

и человеческий, химический элемент водород содержится главным об-

разом в составе воды и самых разнообразных органических веществ.

Водород как простое вещество

Молекулы водорода образованы двумя атомами химического эле-

мента водорода. Формула его Н2.

а

Относительная молекулярная масса простого в щ с ва водорода

равна:

Mr(H2) = Ar(H) 2 = 1 2 = 2.

т

е

Следовательно, молярная масса водорода ра на:

M(H2) = 2 г/мольв.

Молярный объем водорода, к к кислородас

и других газов при нор-

мальных условиях, равен:

а

Vm (Н2) = 22,4 дм3/моль.

В виде простого вещества водород встречается на Земле лишь в

я

небольшом количестве в вулк нических и некоторых других природ-

ных газах. Молекулы водорода Н2 обнаружены в верхних слоях земной

а

атмосферы. В Сол еч ой системе простое вещество водород входит в

состав атм сферы планет — Юпитера, Сатурна, Урана.

н

Недавние исслед вания Юпитера, самой большой планеты Солнечной сис-

д

темы, п зв лили ученым высказать предположение, что под водородной ат-

мосфе ой этой планеты находится океан жидкого водорода. Глубина этого

о

оке на — десятки тысяч километров. Ядро планеты составляет оболочка,

состоящ я из твердого водорода.

р

История открытия водорода

Ещеав XVI в. Парацельсом было замечено, что при действии кис-

лот на железо и другие металлы выделяется газ. Первоначально его

назвали «горючим воздухом». Спустя примерно 100 лет горение во-

дородаНна воздухе описал Р. Бойль и этот газ научились собирать. Во

второй половине XVIII в. английский ученый Г. Кавендиш подробно

исследовал свойства «горючего воздуха». Он установил, что этот газ

Водород как химический элемент и как простое вещество

127

риджском университете (Англия).

а

т

при сгорании на воздухе образует воду. Г. Ка ендиша считают перво-

открывателем водорода (1766).

е

Вывод о том, что «горючий воздух» пред тавляет собой простое

в

вещество, был сделан в 1784 г. француз ким химиком А. Лавуазье.

Он и дал этому веществу латинское н зв ниес, которое происходило

далее разложить на составные ч сти. Поэтому у химического элемента

водорода такое же название, к к и у простого вещества Н2.

я

Физические свойства водорода

а

Во ород при нормальных условиях нахо-

ится в газообразном состоянии. Это бесцвет-

н

ный газ, у которого нет запаха и вкуса.

д

Молекула водорода самая легкая из мо-

лекул всех веществ. Поэтому газообразный

о

р

водород по плотности значительно уступает

воздуху и кислороду — он в 14,5 раза легче

воздуха и в 16 раз легче кислорода. В этом

а

легко убедиться на опыте.

Н

Если наполнить три одинаковых резино-

вых шарика водородом, углекислым газом и

кислородом, крепко завязать их ниткой и вы-

Рис. 94. Водород — са-

пустить из рук одновременно, то они поведут

мый легкий газ

себя по-разному (рис. 94). Шарик с водоро-

128

Водород

дом быстро поднимется к потолку, а шарики с углекислым газом

и кислородом опустятся на пол. Быстрее окажется на полу шарик с

углекислым газом.

Поскольку водород, как мы знаем, в 14,5 раза легче воздуха, им заполня-

ли воздушные шары и дирижабли. Первыми поднялись на воздушном шаре

французские физики Ф. Робер и Ж. Шарль (1783). В

вгус е 1887 г. полет

на воздушном шаре, наполненном водородом, с научной целью совершил

Д. И. Менделеев.

а

Из-за своей малой массы и размеров мол кулытводорода способ-

ны проникать через стенки сосуда, в котором содержится этот газ.

Убедимся в этом на примере того же шарика

е

одородом. Даже если

тщательно завязать его ниткой, спу тя некоторое время шарик «сду-

в

ется». При повышенной темпер туре и д влении водород способен

с

проникать и через стенки металлических сосудов.

Некоторые металлы при повышеннойатемпературе поглощают водород, впи-

тывая его, как губка воду. Н пример,

в образце металла палладия объемом

1 дм3 растворяется водород объемом свыше 800 дм3. При нагревании насы-

щенного водородом п лл дия этот газ легко выделяется обратно. Палладий и

я

некоторые другие мет ллы могут служить как бы аккумуляторами водорода.

а

При нормальных условиях растворимость водорода в воде меньше,

чем кислорода, — 0,0016 г водорода на 1 дм3

воды. Поскольку водо-

н

род малораств рим, в лаборатории его собирают методом вытеснения

воды (см. рис. 68) или воздуха.

У водо

д

да самые низкие после благородного газа гелия темпера-

туры кипенияо(−252,8 °С) и плавления (−259,2 °С).

р

Водород — наиболее распространенный элемент во Все-

ленной.

а

Простое вещество водород Н2 — самый легкий газ, у которого

нет запаха, цвета, вкуса.

Водород мало растворяется в воде, его можно собирать мето-

Н

дом вытеснения воды и воздуха.

Химические свойства водорода

129

Вопросы и задания

1. В каком случае речь идет о водороде как о простом веществе:

можно узнать, в какой колбе содержится водород?

а

3.

Что обозначают записи: Н, 2Н, Н2, 2Н2?

т

4.

Вычислите массу молекулярного водорода химич ским ко-

личеством 0,3 моль.

е

5.

Вычислите массу водорода: а) в воде химическим количест-

вом 1 моль; б) в метане (СН4) химическим количе твом 0,5 моль.

в

6. Сколько атомов содержится в порции молекулярного водо-

с

рода массой 20 г?

а

7. Во сколько раз водород объемом 100 дм3

легче кислорода,

взятого таким же объемом?

а

н

§ 26. Химические свойства водородая

д

веществами. Однако при обыч ых условиях водород малоактивен.

о

Для его взаимодействия с ругими веществами необходимо создать

р

условия: повысить температуру, применить катализатор и др.

а

Реакции водо ода с п остыми веществами

При н г ев нии водород вступает в реакции со-

единения с простыми веществами — кислородом,

Н

хлором, зотом, серой.

Если поджечь на воздухе чистый водород, вы-

ходящий из газоотводной трубки, он горит ровным,

еле заметным пламенем. Теперь поместим трубку с

горящим водородом в банку с кислородом (рис. 95).

Рис. 95. Схема горения водорода в кислороде

130

Водород

Горение водорода продолжается, при этом на стенках банки видны

капли воды, образующейся в результате реакции:

2Н2 + О2 =t 2Н2О.

При горении водорода выделяется много теплоты. Температура

кислородно-водородного пламени достигает больше 2000 °С.

Химическая реакция водорода с кислородом о носи ся к реакциям

а

соединения. В результате реакции образуется оксид водорода (вода).

Это значит, что произошло окисление

т

одорода кислородом, т. е. эту

реакцию мы можем назвать и реакцией окисления.

е

Если же в пробирку, опрокинутую в ерх дном, собрать немного во-

дородаметодомвытеснениявоздуха,

з темподнестикееотверстиюго-

в

рящуюспичку, тораздастсягромкий«л ющий» звукнебольшоговзрыва

с

смеси водорода с воздухом. Такую смесь н зывают «гремучей».

Способность водорода в смеси с воздухомаобразовывать «гремучий газ» часто

являлась причиной к т строф на воздушных шарах, заполненных водородом.

Нарушение герметичности оболочки шара приводило к пожару и даже взрыву.

В наше время воздушные ш ры з полняют гелием или постоянно нагнетае-

мым горячим воздухом.

я

а

В атмосфере хлора во ород сгорает с образованием сложного ве-

щества — хлорово оро а. При этом протекает реакция:

н

д

Н2 + Cl2 =t

2HCl.

Реакция водо ода с азотом происходит при повышенной темпе-

о

ратуре и д влении в присутствии катализатора. В результате реакции

обр зуется

ммиак NH3:

р

а

3Н2 + N2 t,=p

2NH3.

Если струю водорода направить на расплавленную в пробирке

серу, то у ее отверстия ощутится запах тухлых яиц. Так пахнет газ

Н

сероводород H2S — продукт реакции водорода с серой: