Водород и кислород - Вся химия

Водород и кислород

Водород

Содержание

  1. Водород как химический элемент
  2. Физические свойства водорода
  3. Химические свойства водорода
  4. Способы получения водорода
  5. Применение водорода
  6. Вода
  7. Кристаллогидраты
  8. Пероксид водорода

1. Водород как химический элемент

Водород — химический элемент с порядковым номером 1, самый лёгкий из всех элементов. В атоме — 1 протон и 1 электрон.

Занимает особое положение в Периодической системе: может быть отнесён как к щелочным металлам (отдаёт 1 электрон), так и к галогенам (присоединяет 1 электрон).

В соединениях всегда одновалентен. Степени окисления: +1, 0, –1.

Характеристика Водород
Химический знак H
Электронная конфигурация 1s1
Степени окисления +1, 0, –1
Степень окисления –1 0 +1
Соединения KH, MgH2 H2 H2O, HF, NH3

Изотопы водорода: протий (H), дейтерий (D), тритий (T).

H D T
Электроны 1 1 1
Протоны 1 1 1
Нейтроны 0 1 2

2. Физические свойства водорода

  • Температура кипения: –252,76 °C
  • Температура плавления: –259,14 °C
  • Слабо растворяется в воде
  • Легче воздуха в 14,5 раз
  • Взрывоопасен (гремучая смесь с O2 или воздухом)

3. Химические свойства водорода

1. Взаимодействие с неметаллами (восстановитель):

Реагент Реакция Условия
O2 2H2 + O2 → 2H2O Нагревание, взрывоопасно
Cl2 H2 + Cl2 → 2HCl Свет или нагревание
S H2 + S → H2S Нагревание, запах тухлых яиц
N2 N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 Катализатор, высокое давление, t°

2. Взаимодействие с металлами (окислитель):

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

3. Взаимодействие со сложными веществами:

CuO + H2 → Cu + H2O

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

CO + 2H2 → CH3OH (синтез-газ)

2NO + 2H2 → N2 + 2H2O

4. Способы получения водорода

В лаборатории: реакция цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑

Собирают вытеснением воздуха (вверх дном) или воды. Используют аппарат Киппа или прибор Кирюшкина.

Аппарат Киппа

Рис. 1. Получение водорода в аппарате Киппа

Прибор Кирюшкина

Рис. 2. Прибор Кирюшкина

В промышленности:

Способ Реакция
Газопаровая конверсия угля C + H2O → CO + H2
Конверсия метана CH4 + H2O → CO + 3H2
Термическое разложение метана CH4 → C + 2H2
Электролиз воды 2H2O → 2H2↑ + O2↑

5. Применение водорода

  1. Синтез аммиака, хлороводорода, метанола, маргарина.
  2. Восстановление металлов (вольфрам, молибден).
  3. Жидкий водород — ракетное топливо.

6. Вода

Физические свойства: бесцветная, без запаха и вкуса жидкость.

  • tкип = 100 °C (1 атм)
  • tпл = 0 °C
  • Плотность = 1 г/см³

Химические свойства:

2K + 2H2O → 2KOH + H2↑

CaO + H2O → Ca(OH)2

P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑

LiH + H2O → LiOH + H2↑

C + H2O → CO + H2↑

Cl2 + H2O → HCl + HClO (на холоду)

3Cl2 + 3H2O → 5HCl + HClO3 (при нагревании)

7. Кристаллогидраты

Кристаллогидраты — вещества, содержащие в кристаллической решётке молекулы воды.

Медный купорос Кристаллическая сода Цинковый купорос
CuSO4·5H2O
медный купорос		 Na2CO3·10H2O
кристаллическая сода		 ZnSO4·7H2O
цинковый купорос

8. Пероксид водорода H2O2

Физические свойства: бесцветная вязкая жидкость со слабым запахом.

Получение:

K2O2 + 2H2O → 2KOH + H2O2

BaO2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O2

Химические свойства:

2H2O2 → 2H2O + O2↑ (разложение)

H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O (окислитель)

Кислород

Содержание

  1. Кислород как химический элемент
  2. Физические свойства, аллотропия
  3. Химические свойства
  4. Способы получения
  5. Применение

1. Кислород как химический элемент

Порядковый номер — 8, группа — VIA. Три изотопа: 16O (основной), 17O, 18O.

Характеристика Кислород
Химический знак O
Электронная конфигурация 1s22s22p4
Степени окисления –2, –1, 0
Степень окисления Соединения
0 O2
–1 H2O2, Na2O2
–2 H2O, CO2, Fe2O3, H2SO4 и др.

2. Физические свойства

  • Бесцветный, без запаха и вкуса газ
  • tкип = –182,96 °C
  • tпл = –218,4 °C
  • Слегка голубоватый в жидком состоянии
  • Аллотропные формы: O2 (кислород) и O3 (озон)

3. Химические свойства

1. Взаимодействие с неметаллами:

S + O2 → SO2

4P + 5O2 → 2P2O5

C + O2 → CO2

N2 + O2 → 2NO (при 3000 °C)

2. Взаимодействие с металлами:

2Ca + O2 → 2CaO

2Na + O2 → Na2O2

K + O2 → KO2

3Fe + 2O2 → Fe3O4

2Cu + O2 → 2CuO

3. Горение сложных веществ:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O

4. Способы получения кислорода

В лаборатории:

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑

2H2O2 → 2H2O + O2↑ (MnO2 — катализатор)

2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (MnO2, t°)

2H2O → 2H2↑ + O2↑ (электролиз)

5. Применение кислорода

  • Ракетное топливо (с H2)
  • Металлургия (выплавка стали)
  • Газовая резка и сварка металлов
  • Медицина (искусственное дыхание)
  • Создание искусственной атмосферы (подводные лодки, космос)