Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

misc / 32846_e06b06cd6e9ad04f315d37bd4131ce33

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
09.03.2016
Размер:
9.58 Mб
Скачать

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

Понятие о кислотах

135

 

 

 

 

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

 

136

Водород

 

 

 

 

 

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

Понятие о кислотах

137

 

 

 

 

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

 

138

Водород

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

Соседние файлы в папке misc