Химические свойства водорода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
131 |
Водород способен не только растворяться в некоторых металлах, но и реа- |
гировать с ними. При этом образуются химические соединения, называемые |
гидридами (NaH — гидрид натрия). Гидриды некоторых металлов используют |
как горючее в ракетных двигателях на твердом топливе, а также при получе- |
нии термоядерной энергии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакции водорода со сложными веществами |
|
|
|
Водород реагирует при повышенной температуре не |
олько с про- |
стыми, но и со сложными веществами. |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим в качестве примера его реакцию с оксидом меди(II) |
CuO (рис. 96). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
Пропустим водород над нагретым |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
порошком оксида меди(II) |
CuO. По |
|
|
|
|
|
мере протекания реакции цвет порош- |
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
ка изменяется с черного на коричнево- |
|
|
|
|
|
красный. Это цвет простого вещества |
|
а |
|
|
|
|
меди Cu. В ходе реакции на холодных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частях пробирки появляются к пель- |
|
|
|
|
|
|
|
ки жидкости. |
Это еще один продукт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
реакции — вода H2O. Отметим, что |
|
|
|
|
|
|
|
в отличие от простого веществаамеди |
Рис. 96. Схема установки для |
вода — сложное вещество. |
|
|
|
взаимодействия водорода с окси- |
Уравнение реакции |
ксина меди(II) |
дом меди(II) |
|
|
|
с водородом: |
|
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CuO |
+ |
|
H2 |
Cu |
|
+ |
|
H2O. |
|
|
|
|
о |
простое |
|
простое |
сложное |
|
|
|
сложное |
|
|
|
|
|
вещество |
|
вещество |
вещество |
вещество |
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Водород в реакции с оксидом меди(II) проявляет способность от- |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нимать у оксида металла кислород, тем самым восстанавливать металл |
из этого оксида. В результате происходит восстановление меди из |
сложного вещества CuO до металлической меди (Cu). |
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакции восстановления — это реакции, в ходе которых слож- |
ные вещества отдают атомы кислорода другим веществам. |
Правообладатель Народная асвета
132 Водород
Вещество, отнимающее атомы кислорода, называют восстановителем. В реакции с оксидом меди(II) восстановитель — водород. Так же реагирует водород и с оксидами некоторых других металлов, например PbO, HgO, MoO3, WO3 и др. Окисление и восст новление
всегда взаимосвязаны между собой. Если одно вещество (Н2) окисля- |
ется, то другое (CuO) — восстанавливается, и наоборот. |
|
|
|
|
|
|
а |
При нагревании водород реагирует с кислородом, хлором, азо- |
том, серой. |
|
|
|
|
т |
Восстановление — это отдача атомов кислорода сложными ве- |
ществами другим веществам. |
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
Процессы окисления и восст новления взаимосвязаны между |
собой. |
|
|
в |
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вопросы и задания |
я |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Почему в опыт х с водородом необходимо соблюдать осо-
бую осторожность?
2. |
К какому из извест ых в м типов химических реакций отно- |
|
|
|
д |
сятся реакции водородаас кислородом, хлором, азотом и серой? |
|
|
о |
3. |
Какие химические реакции называют реакциями восстанов- |
ления? Приве ите примерын . |
|
р |
|
4. |
Составьте уравнения реакций водорода со следующими ок- |
сидами: а) Cu2O; б) HgO; в) MoО3. |
|
а |
|
|
5. |
Допишите уравнения, расставьте коэффициенты в уравне- |
ниях химических еакций. Какие из приведенных реакций относятсяНк ре кциям замещения и реакциям восстановления? Укажите, какое вещество является восстановителем в реакциях:
a) H2 + ... I Pb + H2O; б) H2 + O2 I H2O; в) H2 + WO3 I ... + H2O. 6. Рассчитайте объем (н. у.) газообразного хлороводорода
HCl, который образуется в реакции хлора Cl2 массой 71 г и во-
дорода H2.
7. Вычислите массу меди, которую можно получить при восстановлении водородом Н2 оксида меди(II) массой 80 г.
Правообладатель Народная асвета
Понятие о кислотах |
|
133 |
|
|
|
8. Составьте уравнения реакций, при помощи которых |
|
можно осуществить следующие |
химические превращения: |
|
Cu I CuO I Cu. |
|
а |
|
|
|
|
§ 27. Понятие о кислотах |
т |
|
|
е |
|
|
В тексте нашего учебника вам уже неоднократно вс реч лось сло- |
|
во «кислота». Много раз, конечно, вы слышали это слово и в повседневной жизни. При приготовлении пищи используются уксусная и лимонная кислоты, в домашней аптечке есть борная кислота, в аккумуляторы автомашин заливают серную кислоту и т. д. Отметим, что и в быту, и в производственной деятельно ти людей используются в
основном водные растворы кислот. |
в |
Познакомимся поближе с этими веществ ми. |
Состав кислот |
|
с |
В большинстве случаев в состав молекулакислот входят только |
|
я |
|
|
а |
|
атомы неметаллов. На рисунке 97 представлены шаровые модели молекул некоторых кислот и их формулы. Что общего у этих молекул? Ответ прост — в них входят томы водорода.
атома водорода Н, входит атомнхлора Cl, молекулы азотной кислоты — группа атомов NO3, молекулы серной кислоты — SO4,
Обратим внимание, что в состав молекулы хлороводорода, кроме
молекулы фосфорн й кисл ты — PO4.
Атом Cl, г уппы ат м в NO3, SO4, PO4, а также другие атомы и
группы атомов в составе кислот называют кислотными остатками. |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 97. Шаровые модели молекул кислот
Правообладатель Народная асвета
134 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Водород |
Кислоты — сложные вещества, в состав которых входят атомы |
водорода, способные замещаться атомами металлов, и кислот- |
ные остатки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Кислотные остатки в молекулах кислот соединены с том ми водо- |
рода в соответствии со своей валентностью. Как можно ее определить? |
Водород всегда одновалентен. Значит, если кисло ный ос а ок в моле- |
куле кислоты соединен с одним атомом водорода, |
о |
а |
го валентность |
равна единице, если с двумя атомами — двум, а с тр мя — трем. |
При написании формул кислот |
|
|
т |
сначала пишут атомы водо- |
рода, а потом кислотные остатки. |
е |
|
|
|
|
В таблице 8 представлены названия и формулы кислот, с которы- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
ми вы будете встречаться при изучении о нов химии. Здесь же даны |
формулы кислотных остатков, которыесвходят в состав этих кислот, |
их валентность и названия. |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав кислот и их названия |
|
|
|
|
|
Таблица 8. |
Название |
|
Формула |
Формула, валент- |
|
Название |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
кислотного |
кислоты |
|
кислоты |
|
ность кислотного |
|
|
|
|
остатка |
|
остатка |
|
|
|
|
|
а |
|
|
Хлороводородная |
|
|
|
Cl(I) |
|
Хлорид |
|
|
HCl |
|
|
|
(соляная) |
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
Азотная |
|
|
|
|
|
NO3(I) |
|
Нитрат |
|
|
|
HNO3 |
|
|
|
Сероводо |
|
дная |
д |
H2S |
|
|
S(II) |
|
Сульфид |
Сернистая |
о |
H2SO3 |
|
|
SO3(II) |
|
Сульфит |
Серн я |
р |
|
H2SO4 |
|
|
SO4(II) |
|
Сульфат |
|
|
Н2SiO3 |
|
|
SiO3(II) |
|
Силикат |
Кремниев я |
|
|
|
|
Угольнаяа |
|
|
H2CO3 |
|
|
CO3(II) |
|
Карбонат |
Фосфорная |
|
|
H3PO4 |
|
|
PO4(III) |
|
Фосфат |
НПри обычных условиях кислоты существуют в жидком и твердом |
агрегатных состояниях. Так, фосфорная кислота H3PO4 при комнатной |
температуре — твердое вещество. При этих же условиях серная кис- |
Правообладатель Народная асвета
лота H2SO4 — это не имеющая запаха вязкая жидкость. Она почти в 2 раза тяжелее воды. Хлороводородная кислота HCl — раствор газа хлороводорода в воде. Она имеет еще и историческое название «соляная кислота». Раствор этой кислоты имеет характерный з п х.
В большинстве случаев кислоты растворяются в воде. Исключение — кремниевая кислота H2SiO3. Водные растворы хлороводород-
ной, серной и фосфорной кислот не имеют окраски. Безводная азотная |
кислота при хранении желтеет. |
а |
Поскольку в состав всех кислот входят атомы одородат, то кислоты |
обладают общими свойствами: 1) изменяют окраску некоторых орга- |
|
|
е |
нических веществ; 2) имеют кислый вкус (пробо ать кислоты на вкус, |
|
в |
с |
|
а |
|
|
как и любые другие вещества, запрещ ет я — можно получить ожог
полости рта!); 3) оказывают разъедающее действие на кожу человека, |
|
|
|
я |
ткани, бумагу, древесину и другие матери лы. |
Есть вещества, которые, как и кислоты, содержат атомы водорода, |
|
|
а |
но кислотными свойствами не обладают, например метан CH4, амми- |
ак NH3, вода H2O и др. Следов тельно, не все вещества, содержащие |
|
н |
|
атомы водорода, относят к кислот м. |
д |
|
|
Меры предосторожности при работе с кислотами |
о |
|
|
|
Кислоты — едкие вещества. Попадание кислот на кожу или в глаза может привести к б лезненным химическим ожогам. Обращаться с
кислотами нужнорчень ст рожно. При работе с ними следует надевать специальные халаты, перчатки, очки. При попадании кислоты на кожу или в глазааее необходимо немедленно смыть большим количеством воды, з тем по аженный участок промыть раствором питьевой соды. ВНслуч е необходимости следует обратиться в медпункт.
Понятие об индикаторах
екоторые органические вещества изменяют свою окраску в присутствии кислот и ряда других веществ. Такие вещества называют индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель».
Индикаторы — это органические вещества, которые изменяют |
свою окраску в присутствии кислот и ряда других веществ. |
Правообладатель Народная асвета
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
т |
|
|
|
е |
|
Рис. 98. Окраска лабораторных инди- |
в |
|
|
Рис. 99. Окраска индикаторов в рас- |
|
|
с |
|
|
|
каторов в воде: 1 — лакмуса; 2 — ме- |
творах кислот: 1 — лакмуса; 2 — ме- |
тилоранжа; 3 — фенолфталеина; 4 — |
тилоранжа; 3 — фенолфталеина; 4 — |
универсальной индикаторной бумаги |
универ альной индикаторной бумаги |
На уроках химии для обнаружения в р створах кислот используют |
я |
|
|
|
|
индикаторы лакмус, метиловый ор нжевый (метилоранж), а так- |
а |
|
|
|
|
же универсальный индикатор. Этоаполоска фильтровальной бумаги,
пропитанная смесью индик торов. Окраска индикаторов в воде пока-
|
|
|
н |
|
зана на рисунке 98. Индик торы изменяют свой цвет, если в растворе |
есть кислоты (рис. 99). |
|
|
|
о |
Лабораторный опыт 6 |
|
|
|
|
|
|
Действие кислот на индикаторы |
|
р |
|
|
Испытайте ействие хлороводородной и серной кислот на лакмус, |
метило анж и универсальныйд |
индикатор. |
а |
|
|
|
1. В две п обирки с растворами HCl и H2SO4 добавьте по 1—2 |
капли ство а лакмуса. Отметьте изменение цвета растворов. |
Н |
|
|
|
|
2. В две другие пробирки с растворами тех же кислот добавьте по 1—2 к плир створаметилоранжа. Отметьтенаблюдаемыеизменения.
3. алейте в пробирки новые порции кислот и опустите в каждую из них полоску универсальной индикаторной бумаги. Отметьте, в какой цвет она окрашивается.
Сравните свои наблюдения с данными таблицы 9.
В растворах кислот изменяют цвет сок краснокочанной капусты, вишни, черноплодной рябины, цветки фиалки и др.
Правообладатель Народная асвета
Таблица 9. Окраска индикаторов и универсальной индикаторной
бумаги в воде и растворах кислот
|
|
|
|
|
Окраска индикатора и универсальной |
|
|
|
|
|
|
|
индикаторной бумаги |
|
Название вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
Лакмус |
|
Метилоранж |
|
|
Индик торн я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
бум га |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
Хлороводородная кислота |
|
Красная |
|
|
Красная |
|
|
|
Красная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Азотная кислота |
|
|
Красная |
|
|
Красная |
в |
|
Красная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Серная кислота |
|
|
Красная |
|
|
|
с |
|
|
Красная |
|
|
|
|
|
Красная |
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
|
Фиолетовая |
|
Оранже ая |
|
|
Желтая |
|
|
|
|
|
|
В состав кислот входят атомы водорода и кислотные остатки. |
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
Индикаторы — органические вещества, изменяющие свою |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
окраску в присутствии кислот и р да другихавеществ. |
|
Вопросы и задания |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Атомы какого химического элемента входят в состав всех |
кислот? |
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Заполните таблицу в тетради. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Название |
|
Ф рмула |
|
Формула |
|
|
|
|
|
Название |
кислоты |
|
кисл ты |
дкислотного остатка |
|
|
кислотного остатка |
Азотная |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2SiO3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
CO3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. В формулах кислот — HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4 — подчеркните кислотные остатки и укажите валентность каждого из них.
4. Дайте названия кислотам, формулы которых: H2S, H3PO4, HNO3, H2SO4.
Правообладатель Народная асвета
5.Имеются кислотные остатки, валентность которых указана
вскобках: CO3(II), PO4(III), NO3(I), SiO3(II). Напишите формулы кис-
лот, в состав которых они входят.
6.Из перечисленных веществ выберите кислотыа: H2CO3, NH3, H3PO4, HF, CH4, H2SO3, H2SiO3, AlH3.
7.Если фиолетовые чернила добавить в рас вор кислоты, то они изменят свой цвет на светло-зеленый. Можноели использовать чернила в качестве индикатора?
8.Рассчитайте объем (н. у.) хлора, которыйв потребуется для получения хлороводорода химическимсколич ст ом 2 моль.ной та
собность изменять окраску под действием кислот у других рас-
варенья) и отваров лек рственныхая трав, имеющихся у вас дома.
тений — черники, черной смородины (разбавьте водой немного
§ 28. Выделение водорода в реакциях кислот с металлами
Характерное химическое свойство кислот — выделение из них
водорода в реакциях с некоторыми металлами. Атомы металлов |
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
замещают ат мы в ро а в молекулах кислот, в результате чего |
|
|
|
|
|
|
д |
водород выделяется в виде газа. |
|
|
|
|
|
о |
|
В пробирку с хлороводородной |
|
|
|
|
|
|
кислотой опустим кусочек цинка. |
|
|
|
а |
р |
|
|
|
|
|
|
|
На поверхности металла обра- |
|
|
|
|
|
зуются, а затем выделяются из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раствора пузырьки газа. Соберем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
этот газ в пробирку и поднесем ее |
|
|
|
|
|
|
|
|
к пламени спиртовки (рис. 100). |
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мы услышим хлопок. Это свиде- |
Рис. 100. Получение водорода и про- |
тельствует о наличии в пробирке |
верка его на чистоту |
|
водорода. |
Правообладатель Народная асвета
Выделение водорода в реакциях кислот с металлами |
139 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
т |
|
|
Рис. 101. Схема реакции замещения водорода в кислоте |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
2 |
Каплю образовавшегося раствора поме тим на текляннуюе |
плас- |
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
тинку и подогреем ее в пламени спиртовки. По ле и парения воды на пластинке остается вещество белого цвета. Опытным путем можно
установить, что состав этого вещества выр ж ется формулой ZnCl . |
|
|
|
я |
|
Теперь мы можем записать уравнение ре кции цинка с кислотой: |
Zn + |
|
а |
+ H2[. |
2HCl = |
ZnCl2 |
простое |
сложное |
сложное |
простое |
вещество |
н |
вещество вещество |
вещество |
д |
|
|
|
На рисунке 101 дана схема этой реакции. Из уравнения и поясняющей его схемы ви им, что атомы цинка замещают атомы водорода в кислоте. В результате из простого вещества цинка и сложного
вещества хлоров д р |
н й кислоты образуются два новых: сложное |
|
р |
|
вещество ZnCl2 и пр ст е вещество водород Н2. |
а |
|
еакции алюминия, железа, других металлов и |
Так же п отекают |
с раствором се нойокислоты: |
Н |
|
2Al |
+ 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2[; |
|
|
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 [.
Эти химические реакции подтверждают, что кислоты являют-
ся сложными веществами, состоящими из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотных остатков.
Правообладатель Народная асвета
|
140 |
Водород |
|
Лабораторный опыт 7 |
|
|
Взаимодействие кислот с металлами |
|
|
а |
|
1. Налейте в три пробирки раствор хлороводородной кислоты объ- |
|
т |
люминия, во |
|
емом примерно 1—2 см3. В первую опустите кусочек |
вторую — железа, а в третью — меди.
2. Внимательно наблюдайте за интенсивнос ью выделения водо-
рода в химических реакциях. Отметьте, в какой из пробирок реакция |
протекает более активно. |
|
в |
|
с |
одорода Н2 в каждой из |
3. Сравните интенсивность выделения |
|
пробирок. |
а |
|
е |
Вытеснительный ряд металлов |
|
|
|
|
|
При проведении опыта вы убедились, что алюминий энергично |
я |
|
|
|
вытесняет водород из раствора хлороводородной кислоты. С железом |
реакция вытеснения водорода протекает менее энергично, а с медью |
вовсе не идет. |
|
|
а |
|
|
|
|
|
По интенсивности вытеснения водорода из кислот металлы можно |
разместить в ряд: |
д |
|
|
|
|
|
Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Au |
K Ca Na Mg AI Zn Fe Ni Sn |
|
о |
|
|
или вытеснительным рядом ме- |
Его называют |
ря ом активности |
таллов. |
р |
|
н |
|
Чем левее расп л жен металл в вытеснительном ряду до водорода (Н2), тем активнее он вытесняет водород из кислот. Металлы, стоящие в яду п авее водорода, из кислот водород не вытесняют.
Зн я сположение металлов в вытеснительном ряду, заранее можно предск зать:
1) будут ли реагировать металлы с кислотами с выделением во- |
дородаа; |
2) насколько активно будут протекать эти реакции. |
Для получения водорода из кислот в лаборатории или школьном |
кабинетеН |
химии необходимо брать металлы, которые в вытеснитель- |
ном ряду стоят до водорода. Но не каждый металл подходит для этих целей. Активные металлы натрий и калий реагируют с кислотами со
Правообладатель Народная асвета