Физические и химические свойства водорода. Применение водорода

Научиться различать физические и химические свойства водорода и объяснять, почему его применяют в разных отраслях.

Водород — топливо будущего и важное сырьё для химической промышленности. Понимание его свойств помогает объяснить, как работают топливные элементы, почему водород поднимает дирижабли и как получают чистые металлы.

• Водород — самый лёгкий газ, его плотность почти в 14,5 раз меньше плотности воздуха.
• Водород плохо растворяется в воде и не имеет цвета, вкуса и запаха.
• При обычной температуре водород химически инертен, но при нагревании или поджигании активно реагирует со многими веществами.
• Водород горит на воздухе с образованием воды — это реакция соединения с кислородом.
• Смесь водорода с кислородом (гремучий газ) взрывоопасна, поэтому работать с водородом нужно осторожно.
• Водород способен отнимать кислород у оксидов металлов, восстанавливая чистые металлы.
• Благодаря способности гореть и давать много тепла водород используют как экологичное топливо.
• В промышленности водород применяют для синтеза аммиака, соляной кислоты, для гидрирования жиров и сварки металлов.

Физические свойства

Свойства вещества, которые можно наблюдать без превращения его в другое вещество: агрегатное состояние, цвет, запах, плотность, растворимость.

Химические свойства

Способность вещества вступать в реакции с другими веществами, образуя новые вещества.

Реакция соединения

Реакция, при которой из двух или нескольких веществ образуется одно новое вещество.

Восстановитель

Вещество, которое отдаёт электроны другому веществу, восстанавливая его (например, водород отдаёт кислороду электроны, восстанавливая металл из оксида).

Гремучий газ

Смесь водорода и кислорода в объёмном соотношении 2:1, которая взрывается при поджигании.

• Плотность водорода при н.у. составляет 0,0899 г/л — это самый лёгкий газ.
• Температура кипения водорода –252,8 °C, поэтому в жидком виде его хранят при очень низких температурах.
• Водород горит на воздухе с образованием воды: 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
• При пропускании водорода над нагретым оксидом меди(II) образуется чистая медь и вода: CuO + H₂ → Cu + H₂O.
• Водород в 14,5 раз легче воздуха, поэтому им наполняли дирижабли и аэростаты.
• Водород не ядовит, но при высоких концентрациях может вызвать удушье из-за недостатка кислорода.

1. Пример 1случай

   Если поднести горящую спичку к пробирке с водородом, газ сгорает с лёгким хлопком

   Пояснение

   • это безопасная демонстрация горения водорода
2. Пример 2случай
   • Когда водород пропускают над раскалённым оксидом железа, железо восстанавливается до чистого металла — так получают железо в лаборатории
3. Пример 3случай
   • Дирижабли «Цеппелин» в начале XX века наполняли водородом, потому что он легче воздуха и даёт большую подъёмную силу
4. Пример 4случай
   • Водородная сварка использует пламя горелки, где водород сгорает в кислороде, давая температуру около 2800 °C

• Водород — самый распространённый элемент во Вселенной, но на Земле в свободном виде он встречается редко.
• Взрыв гремучего газа — это самая мощная химическая реакция на единицу массы среди известных.
• Водород используют в топливных элементах для электромобилей: при реакции с кислородом выделяется электричество, а единственный отход — вода.

• Перед поджиганием водорода необходимо проверить его чистоту: собранный газ поджигают у отверстия пробирки, и если слышен глухой хлопок — водород чистый, если резкий свист — есть примесь воздуха, поджигать опасно.
• Нельзя нагревать водород в закрытом сосуде: при нагревании давление резко возрастает, что может привести к взрыву.
• При работе с водородом в лаборатории обязательно проветривание, так как водород может вытеснять кислород и создавать удушающую атмосферу.

• Кислород, его свойства и применение
• Вода — оксид водорода
• Оксиды и восстановительные реакции
• Способы получения водорода в лаборатории