Водород. Получение водорода: Часть 1

Видео

Конспект

Водород (Н) занимает первое место в Периодической системе Д.И. Менделеева. Это самый легкий и самый распространенный элемент во Вселенной. В космосе он составляет около 75 % всей массы вещества и входит в состав звезд, включая наше Солнце.

На Земле свободный водород встречается редко, так как он очень легкий и улетучивается в космос. Но в связанном состоянии он входит в состав:

воды ( H_{2} O ),

всех органических веществ,

многих минералов.

Атом водорода - самый простой среди всех элементов:

Заряд ядра: +1

1 электрон на единственной электронной оболочке

Относительная атомная масса: 1,0079

Водород имеет три изотопа:

Протий ( { }^{1} H ) - обычный водород ( 99,98 % )

Дейтерий ( { }^{2} H или D ) - "тяжелый" водород ( 0,02 % )

Тритий ( { }^{3} H или T) - радиоактивный изотоп (встречается в природе в ничтожных количествах)

Молекула водорода состоит из двух атомов \left(H_{2}\right) . Простое вещество водород представляет из себя бесцветный газ без запаха и вкуса, плохо растворимый в воде. Водород является самым легким из всех газов (легче воздуха в 14,5 раз)

Получение водорода.

Водород можно получать различными способами:

Лабораторный способ получения - взаимодействие металлов с кислотами Наиболее часто используют реакцию металлов (обычно цинка) с соляной или серной кислотой:

Zn+2 HCl \rightarrow ZnCl_{2}+H_{2} \uparrow

Zn+H_{2} SO_{4} \rightarrow ZnSO_{4}+H_{2} \uparrow

Для проведения этой реакции используют специальные приборы: аппарат Киппа (рис. а) и аппарат Кирюшкина (рис. б):

1

Промышленные способы получения:

a) Электролиз воды:

2 H_{2} O \rightarrow 2 H_{2} \uparrow+O_{2} \uparrow

Этот метод дает очень чистый водород, но требует больших затрат электроэнергии.

б) Конверсия метана:

CH_{4}+H_{2} O \rightarrow CO+3 H_{2}

Затем проводят вторую стадию - конверсию оксида углерода:

CO+H_{2} O \rightarrow CO_{2}+H_{2}

в) Газопаровая конверсия угля:

При пропускании водяного пара через раскаленный уголь:

C+H_{2} O \rightarrow CO+H_{2}

Дальше CO преобразуется аналогично предыдущему методу.

г) Пиролиз метана:

Разложение метана при очень высоких температурах ( 1200-1500^{\circ} C ):

CH_{4} \rightarrow C+2 H_{2}

Этот метод дает чистый водород и ценный побочный продукт - технический углерод.

Важно, что лабораторные методы дают небольшие количества водорода, но удобны для опытов, а промышленные способы позволяют получать водород в огромных масштабах, но требуют сложного оборудования и больших энергозатрат.