Получение водорода и изучение его свойств

Во­до­род можно по­лу­чить при вза­и­мо­дей­ствии цинка и со­ля­ной кис­ло­ты.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Цинк вы­тес­ня­ет во­до­род из кис­лот, как и все ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний левее во­до­ро­да.

Чтобы со­брать во­до­род в про­бир­ку, нужно пе­ре­вер­нуть ее вверх дном, по­то­му что во­до­род – легче воз­ду­ха и стре­мит­ся вверх. Такой метод со­би­ра­ния во­до­ро­да на­зы­ва­ет­ся «ме­то­дом вы­тес­не­ния воз­ду­ха».

Рис. 1. По­лу­че­ние во­до­ро­да и со­би­ра­ние его ме­то­дом вы­тес­не­ния воз­ду­ха

В про­бир­ке на­кап­ли­ва­ет­ся во­до­род, но в ней также есть и воз­дух, а зна­чит и кис­ло­род. Во­до­род и кис­ло­род – взры­во­опас­ная смесь. Под­жи­га­ем лу­чин­кой со­бран­ный во­до­род. Про­бир­ка неве­ли­ка, и взрыв во­до­ро­да и кис­ло­ро­да – про­сто рез­кий хло­пок. Чем мень­ше кис­ло­ро­да в смеси, тем тише хло­пок.

Если со­бран­ный в про­бир­ке во­до­род – чи­стый, то мы услы­шим глу­хой хло­пок. Такой во­до­род можно под­жи­гать.

 2. Горение водорода

Во­до­род, зна­чит, рож­да­ю­щий воду. Вода по­лу­ча­ет­ся при го­ре­нии во­до­ро­да  - при со­еди­не­нии во­до­ро­да с кис­ло­ро­дом. В ходе ре­ак­ции вы­де­ля­ет­ся очень боль­шое ко­ли­че­ство энер­гии.

2H₂ + O₂ = 2H₂O + Q

Зна­чит, во­до­род можно ис­поль­зо­вать в ка­че­стве топ­ли­ва. И как со вся­ким топ­ли­вом с во­до­ро­дом нужно об­ра­щать­ся осто­рож­но.

По­лу­ча­ем во­до­род ре­ак­ци­ей цинка с со­ля­ной кис­ло­той.

Под­жи­га­ем во­до­род у конца га­зо­от­вод­ной труб­ки. Вна­ча­ле пламя едва за­мет­но (во­до­род не окра­ши­ва­ет пламя). По­сте­пен­но стек­лян­ная труб­ка рас­ка­ля­ет­ся, и пламя ста­но­вит­ся жел­тым: со­еди­не­ния на­трия, вхо­дя­щие в со­став стек­ла окра­ши­ва­ют пламя.

Рис. 2. Го­ре­ние во­до­ро­да

Итак, во­до­род – топ­ли­во. На во­до­ро­де и кис­ло­ро­де могут ра­бо­тать ре­ак­тив­ные дви­га­те­ли. Теп­ло­ту ре­ак­ции го­ре­ния во­до­ро­да ис­поль­зу­ют для свар­ки и резки ме­тал­лов. При сго­ра­нии во­до­ро­да в чи­стом кис­ло­ро­де тем­пе­ра­ту­ра до­сти­га­ет 2800оС. Такое пламя пла­вит кварц и боль­шин­ство ме­тал­лов. Важно, что во­до­род – без­вред­ное для окру­жа­ю­щей среды топ­ли­во, т.к. про­дук­том его го­ре­ния яв­ля­ет­ся вода.

 3. Восстановление меди водородом из ее оксида

Во­до­род – пре­крас­ный вос­ста­но­ви­тель. Во­до­род спо­со­бен вос­ста­нав­ли­вать неко­то­рые ме­тал­лы из их ок­си­дов. Про­ве­дем ре­ак­цию вос­ста­нов­ле­ния меди из ок­си­да меди(II).

В про­бир­ке – чер­ный по­ро­шок ок­си­да меди(II). По­лу­ча­ем во­до­род вза­и­мо­дей­стви­ем цинка и со­ля­ной кис­ло­ты.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

На­пра­вим во­до­род в про­бир­ку. Ре­ак­ция вос­ста­нов­ле­ния меди идет при на­гре­ва­нии:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Во­до­род свя­зы­ва­ет кис­ло­род, об­ра­зуя воду,  вы­де­ля­ет­ся сво­бод­ная медь крас­но­го цвета.

Ре­ак­ция во­до­ро­да с ок­си­дом меди(II) от­но­сит­ся к типу за­ме­ще­ния.

Рис. 3. Вос­ста­нов­ле­ние меди во­до­ро­дом из ок­си­да меди(II)