Водород и его соединения

Общие сведения о водороде

• Химический символ: H
• Порядковый номер: 1
• Относительная атомная масса: 1,008
• Положение в ПСХЭ: I группа, главная подгруппа (H — особый элемент, не металл, но по свойствам может быть и неметаллом, и металлоподобным).
• Электронная конфигурация: $1s^1$
• Степени окисления: +1 (в соединениях с неметаллами), –1 (в гидридах металлов), 0 (в молекулярном водороде $H_2$).

Физические свойства

• Газ без цвета, запаха и вкуса.
• Легчайший газ (ρ = 0,0899 г/л при н.у.).
• Плохо растворим в воде.
• Температура плавления: –259 °C
• Температура кипения: –253 °C

Химические свойства водорода

1. Восстановительные свойства (восстанавливает металлы из оксидов):

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

2. Соединение с неметаллами:

• С галогенами:

$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{hv} 2HCl$

• С кислородом (взрывная реакция):

$2H_2 + O_2 \to 2H_2O + Q$

3. Образование гидридов с металлами:

$2Na + H_2 \to 2NaH$

(ионные гидриды — NaH, $CaH_2$)

Получение водорода

В лаборатории:

1. Взаимодействие металлов с кислотами:

$Zn + H_2SO_4 \to ZnSO_4 + H_2↑$

2. Реакция активных металлов с водой:

$2Na + 2H_2O \to 2NaOH + H_2↑$

В промышленности:

1. Электролиз воды:

$2H_2O \xrightarrow{эл} 2H_2 + O_2$

2. Конверсия метана:

$CH_4 + H_2O \xrightarrow{t,Ni} CO + 3H_2$

Соединения водорода

Водородные соединения с неметаллами

• HCl, $H_2S$, $NH_3$, $CH_4$
• Ковалентные связи.
• Обычно газообразны, растворяются в воде, образуя кислоты (HCl → HCl(aq) = соляная кислота).

Водородные соединения с металлами (гидриды)

• Ионные гидриды: NaH, $CaH_2$ (твёрдые кристаллические вещества, реагируют с водой):

$CaH_2 + 2H_2O \to Ca(OH)_2 + 2H_2↑$

• Ковалентные гидриды: $BH_3$, $AlH_3$.
• Межузельные (металлические) гидриды: PdHₓ (водород в кристаллической решётке металла).

Применение водорода

• Производство аммиака ($NH_3$, процесс Габера).
• Гидрогенизация жиров:

$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni} C_2H_6$

• Как топливо (водородные двигатели).
• Ракетное топливо (в смеси с кислородом).

Важные реакции для ОРТ

1. Металл + кислота → соль + $H_2$ Zn + $H_2SO_4$ → $ZnSO_4$ + $H_2$↑

2. Металл + вода → щёлочь + $H_2$ 2Na + $2H_2O$ → 2NaOH + $H_2$↑

3. Оксид металла + $H_2$ → металл + $H_2O$ CuO + $H_2$ → Cu + $H_2O$