"Химия", Жилин Д.М., (изд. "БИНОМ. Лаборатория знаний")
Водород — химический элемент с символом H и порядковым номером 1, а также простое вещество, состоящее из двухатомных молекул H₂. Это самый лёгкий газ, который мало растворяется в воде и горит в кислороде с образованием воды. Водород получают в лаборатории действием кислоты на металл, но перед поджиганием обязательно проверяют чистоту газа: его смесь с воздухом взрывоопасна.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химический элемент водород занимает первое место в периодической таблице, имеет символ H и порядковый номер 1. Порядковый номер показывает заряд ядра атома и число протонов в нём. Символ H используют, когда говорят об атомах водорода или о составе веществ.
Простое вещество водород — газ, состоящий из двухатомных молекул H2. В одной молекуле находятся два связанных атома водорода, поэтому число 2 в формуле нельзя пропускать. Химический элемент — это вид атомов, а простое вещество — конкретное вещество, образованное атомами одного элемента.
Гремучий газ — взрывоопасная смесь водорода с кислородом, в которой газы находятся в объёмном соотношении 2:1. Такое соотношение соответствует уравнению реакции 2H2 + O2 → 2H2O. Название напоминает, что при поджигании смесь может взорваться с громким хлопком.
В природе водород редко встречается как свободный газ, потому что его молекулы легко вступают в химические реакции. Поэтому атомы водорода обычно связаны с атомами других элементов. Он входит в состав воды, кислот, углеводородов, белков и многих других веществ, а во Вселенной водород является одним из самых распространённых элементов.
Молекула H2 очень мала и состоит всего из двух лёгких атомов. Между молекулами действуют сравнительно слабые силы, поэтому при обычных условиях водород находится в газообразном состоянии. Маленькие молекулы плохо удерживаются водой, поэтому водород мало растворим в ней и его удобно собирать вытеснением воды.
При горении водород соединяется с кислородом воздуха. В результате атомы водорода и кислорода перестраиваются, образуя молекулы воды, поэтому реакцию относят к реакции соединения. Уравнение записывают так: 2H2 + O2 → 2H2O; коэффициент 2 перед H2 нужен, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпадало.
Водород реагирует не только с кислородом, но и с некоторыми неметаллами, например с хлором и серой. Он может взаимодействовать с оксидами металлов при нагревании. В реакции CuO + H2 → Cu + H2O водород забирает кислород у оксида меди(II), поэтому проявляет восстановительные свойства, а чёрный CuO превращается в медь.
В лаборатории водород получают действием кислоты на металл, например цинк: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑. Выделяющийся газ собирают в перевёрнутый сосуд вытеснением воды, если он мало растворим, или вытеснением воздуха. Первую порцию газа не поджигают: в приборе находится воздух, и его смесь с водородом может взорваться.
| Что рассматриваем | Содержание |
|---|---|
| Состав и строение молекулы | Молекула H2 состоит из двух атомов водорода, соединённых химической связью. |
| Физические свойства | Бесцветный газ без запаха, самый лёгкий из газов, мало растворим в воде. |
| Химические свойства и примеры реакций | Горит в кислороде, реагирует с некоторыми неметаллами и восстанавливает оксиды металлов: 2H2 + O2 → 2H2O; CuO + H2 → Cu + H2O. |
| Получение и собирание в лаборатории | Получают действием кислоты на металл, например Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑; собирают вытеснением воды или воздуха. |
| Распознавание водорода | Подносят горящую лучинку к чистому газу: водород загорается, а смесь с воздухом может взорваться с хлопком. |
| Применение | Используют для получения веществ, в химической промышленности, энергетике и как сырьё для синтеза. |
Таблица помогает быстро отделить физические свойства водорода от химических реакций. Если нужно вспомнить опыт, ищите строки о получении и распознавании, а для повторения формул — строки о строении и реакциях.
Запишите формулу простой молекулы водорода и укажите, сколько атомов водорода в ней содержится. Нужно отличить обозначение элемента от формулы простого вещества. Индекс в формуле показывает число атомов в одной молекуле.
Ответ: формула молекулы водорода — H2; в ней содержатся два атома водорода.
Составьте и уравняйте реакцию водорода с кислородом. Назовите образующееся вещество. Сначала определяем реагенты, затем вспоминаем, что продуктом горения водорода является вода.
Ответ: 2H2 + O2 → 2H2O; образуется вода.
Водород пропустили над нагретым оксидом меди(II). Запишите уравнение реакции, уравняйте его и определите, какое вещество восстановилось. Водород отнимает кислород у оксида, поэтому продуктами будут медь и вода.
Ответ: CuO + H2 → Cu + H2O; восстановился оксид меди(II), а водород является восстановителем.
Ошибка: смешивать химический элемент H и простое вещество H2. Так происходит, когда символ атома принимают за формулу газа. Проверяйте себя: H обозначает вид атомов, а H2 — молекулу и простое вещество.
Ошибка: записывать формулу водорода как H. Причина — забытый факт о двухатомности его молекул. Перед записью формулы спросите себя, состоит ли простое вещество из отдельных атомов или молекул; для водорода нужен индекс 2.
Ошибка: считать, что водород поддерживает горение. В действительности водород сам горит, а кислород поддерживает горение других веществ. Проверка простая: в уравнении горения водород находится среди реагентов, а не является условием горения.
Ошибка: поджигать газ сразу после начала его получения. В приборе сначала смешиваются водород и воздух, а такая смесь взрывоопасна. Выпустите первую порцию и проведите пробу на чистоту только после этого.
Для понимания темы нужны различия между химическим элементом и простым веществом, а также умение читать формулы. Без этого легко перепутать H с H2 и неверно посчитать атомы.
При изучении реакций водорода пригодятся знания о реакциях соединения, составлении формул и расстановке коэффициентов. Эти умения позволяют правильно записывать уравнения горения и восстановления оксидов.
Тема станет основой для изучения окислительно-восстановительных реакций, кислот и способов получения газов. Позже восстановительные свойства водорода помогут объяснить многие промышленные процессы.
Почему формула водорода — H₂, а не H?
H — это символ химического элемента и обозначение одного атома водорода. Простое вещество состоит из молекул, а молекула водорода включает два атома, поэтому её формула — H₂.
Чем атом водорода отличается от молекулы водорода?
Атом водорода — отдельная частица химического элемента H. Молекула водорода H₂ состоит из двух связанных атомов и является наименьшей частицей простого вещества, сохраняющей его свойства.
Почему водород нельзя сразу поджигать после получения?
Сначала из прибора выходит не только водород, но и воздух. Их смесь может взорваться при поджигании, поэтому газ выпускают некоторое время и проверяют его чистоту.
Как проверить, что в сосуде находится водород?
К отверстию сосуда подносят горящую лучинку или спичку. Чистый водород спокойно загорается голубоватым пламенем, а примесь воздуха может вызвать характерный хлопок.
Почему водород называют восстановителем?
Водород способен отнимать кислород у некоторых оксидов металлов. Например, при нагревании он превращает оксид меди(II) в медь, а сам соединяется с кислородом и образует воду.
§ 31. Водород
