Вопрос №1Водород – первый элемент в периодической системе. Он находится в первом периоде первой группе главной подгруппе. Заряд ядра атома водорода + 1, в атоме один электронный слой и на нём находится один электрон. Этот электрон находится на s-подуровне:

Н +

1s1.

Водород проявляет во всех соединениях валентность 1, возможные степени окисления: - 1, 0, + 1. как элемент с характерной степенью окисления + 1 водород располагается в I группе.

Требуется 1 валентный электрон до достижения оболочки инертного газа–аналогия с галогенами и Учитывая способность водорода существовать в форме двухатомных молекул Н2 и проявлять степень окисления – 1, водород ставят в седьмую группу главную подгруппу.

В природе существует три изотопа водорода: 1Н – водород, 2Н – дейтерий (1Н : 2Н = 6800 : 1), 3Н – тритий (радиоактивный; на земле 2 кг).

По распространённости в земной коре водород занимает 10-е место, 0,15% массы земной коры. Входит в состав воды, содержится в каменном угле, нефти, природном газе. В свободном виде практически не встречается. В космосе по распространённости водород занимает первое место.

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью:

Н : Н, Н – Н, одинарная-связь

Н2 – газ, без цвета, без запаха, легче воздуха в 14,5 раз, tкип. = - 252,60С, tпл. = - 259,10С. Очень плохо растворяется в воде, но способен растворяться в некоторых металлах.

Химические свойства:

При комнатной температуре водород химически малоактивен. Без нагревания реагирует только со фтором: Н2 + F2 = 2HF. С кислородом и хлором реагирует при поджигании: 2H2 + O2 = 2H2O;

H2 + Cl2 = 2HCl. С серой водород реагирует при нагревании до 150 – 2000С: H2 + S = H2S.

В жёстких условиях водород реагирует с азотом с образованием аммиака: 3H2 + N2 = 2NH3.

При нагревании водород реагирует с некоторыми металлами, образуя гидриды:

Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами

При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg + H2 → MgH2(с активными металлами при обычных условиях)

Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑

Водород способен восстанавливать железо и менее активные, чем железо металлы из их оксидов:

Fe3O4 + 2H2 = 3Fe + 2H2O

CuO+ H2=Cu + H2O

TiO2+ H2=TiO+ H2O

Получение:

Получение в лабораторииCaH2+ 2H2O = Ca(OH)2+ 2H2↑

Zn + H2SO4(р)= ZnSO4+ H2↑

2Al + 10H2O + 2NaOH = 2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2↑.

Основной источник получения водорода в промышленности – метан. Наиболее распространённый способ получения водорода – взаимодействие метана с водяным паром. Реакцию проводят при 4000С, давлении 2 – 3 МПа в присутствии алюмоникелевых катализаторов:

СН4 + 3Н2О = 3Н2 + СО. Для некоторых синтезов используют полученную смесь. Если нужен чистый водород, то оксид углерода(II) окисляют водяным паром, используя катализаторы:

СО + Н2О = СО2 + Н2. Oт углекислого газа можно освободиться, пропуская смесь через раствор щёлочи.

Водород в промышленности образуется при электролизе водного раствора хлорида натрия:

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2; и при разложении воды электрическим током: 2H2O = O2 + H2.

Применение:

Водород используют для синтеза аммиака, получения хлороводорода, восстановления некоторых металлов(W Мо и др.) из их оксидов, для гидрирования органических веществ.

Растворение водорода в металлах...водород хорошо растворим во многих металлах. лучше всего в Pd (в одном объеме Pd растворимо 850 объемов водород). Губчатое железо при 0,1013 МПа и 973 К поглощает 0,14, а при 1173 К - 0,37 объемов водород на 1 объем металла.

Атомарный водород,его получение и реакционная способность. Атомарный водород значительно активнее молекулярного. Так, атомарный водород уже при обычных условиях соединяется с серой, фосфором, мышьяком и т. д., восстанавливает оксиды многих металлов, вытесняет некоторые металлы (Cu, Pb, Ag и др.) из их солей и вступает в другие химические реакции, на которые при тех же условиях не способен обычный молекулярный водород.

Атомарный водород удобно получать действием на обычный водород тихого электрического разряда. При этом часть молекул распадается на атомы, которые под уменьшенным давлением соединяются в молекулы не моментально, благодаря чему и могут быть изучены химические свойства атомарного водорода.

Переход водорода в атомарное состояние может вызываться также излучением с длинами волн менее 85 нм. Этим и обусловлено резкое преобладание атомарного водорода над молекулярным в космическом пространстве.

Атомарный водород H0

В реакциях получения H2, например

Mg + 2HCl(р) = MgCl2 + 2H2

[2H0] = H2↑

водород вначале появляется в виде свободных атомов H0 (водород, . - "в момент возникновения"), которые затем (через 0,5 с) соединяются в молекулы H2.

Атомарный водород H0 - очень сильный восстановитель, его получают непосредственно в зоне проводимой реакции.

Например, гранулы магния вносят в подкисленный раствор перманганата калия (окислитель):

5H0(Mg) + 3HCl(разб.) + KMnO4 = MnCl2 + 4H2O + KCl

Получение пероксида водорода

Пероксид водорода получают в промышленности при реакции с участием органических веществ, в частности, каталитическим окислением изопропилового спирта:

(CH3)2СН(ОН) + O2 → CH3C(O)CH3 + H2O2

Ценным побочным продуктом этой реакции является ацетон. В промышленных масшатабах пероксид водорода получают электролизом серной кислоты, в ходе которого образуется надсерная кислота и последующим разложением последней до пероксида и серной кислоты.

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

BaO2 + H2SO4 → H2O2 + BaSO4

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

Химические свойства пероксида водорода

Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Наиболее характерны для них окислительные свойства:

Na2SO3 + H2O2 → Na2SO4 + H2O

Mn(OH)2 + H2O2 → MnO2 + 2H2O

При взаимодействии с сильными окислителями пероксид водорода выступает в роли восстановителя, окисляясь до кислорода:

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → 2MnSO4+K2SO4+5O2 + 8H2O

2AgNO3 + H2O2 → 2Ag+O2+8H2O

Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается. Так же этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов и серебра.В разбавленных растворах пероксид водорода тоже не устойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и O2.Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками.

2H2O2 → 2H2O + O2

Однако очень чистый пероксид водорода устойчив.

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4·10−12), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

При действии концентрированного раствора Н2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li2O2, MgO2 и др.):

Н2O2 + 2NaOH → Na2O2 + 2H2O

H2O2 + Ba(OH)2 → BaO2↓ + 2H2O

Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:

В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na2O2, BaO2 и др.). Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H3PO5 и пероксидисерная H2S2O8 кислоты.

[править]Окислительно-восстановительные свойства

Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.

При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например: Н2О2 + 2KI + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O

При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:

O2−1 — 2e− → O2

Реакцию KMnO4 с Н2O2 используют в химическом анализе для определения содержания Н2O2:

5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Окисление органических соединений пероксидом водорода (например, сульфидов и тиолов) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты.