В уроке 26 «Получение водорода и его применение» из курса «Химия для чайников» узнаем о получении водорода в лабораториях и в промышленности, а также выясним в каких отраслях промышленности его применяют.
Водород находит широкое применение в технике и лабораторных исследованиях. Мировое промышленное производство водорода из меряется десятками миллионов тонн в год.
Выбор промышленного способа получения простых веществ зависит от того, в какой форме соответствующий элемент находится в природе. Водород находится в природе преимущественно в соединениях с атомами других элементов. Поэтому для его получения необходимо использовать химические методы. Эти же методы применяют для получения водорода и в лабораторной практике.
Получение водорода в лаборатории
В лабораториях водород получают уже известным вам способом, действуя кислотами на металлы: железо, цинк и др. Поместим на дно пробирки три гранулы цинка и прильем небольшой объем соляной кислоты. Там, где кислота соприкасается с цинком (на поверхности гранул), появляются пузырьки бесцветного газа, которые быстро поднимаются к поверхности раствора:
Атомы цинка замещают атомы водорода в молекулах кислоты, в результате чего образуется простое вещество водород Н2, пузырьки которого выделяются из раствора. Для получения водорода таким способом можно использовать не только хлороводородную кислоту и цинк, но и некоторые другие кислоты и металлы.
Соберем водород методом вытеснения воздуха, располагая пробирку вверх дном (объясните почему), или методом вытеснения воды и проверим его на чистоту. Пробирку с собранным водородом наклоняем к пламени спиртовки. Глухой хлопок свидетельствует о том, что водород чистый; «лающий» громкий звук взрыва говорит о загрязненности его примесью воздуха.
В химических лабораториях для получения относительно небольших объемов водорода обычно применяют способ разложения воды с помощью электрического тока:
Из уравнения процесса разложения следует, что из 2 моль воды образуются 2 моль водорода и 1 моль кислорода. Следовательно, и соотношение объемов этих газов также равно:
Получение водорода в промышленности
Очевидно, что при огромных объемах промышленного производства сырьем для получения водорода должны быть легкодоступные и дешевые вещества. Такими веществами являются природный газ (метан СН4) и вода. Запасы природного газа очень велики, а воды — практически неограниченны.
Самый дешевый способ получения водорода — разложение метана при нагревании:
Эту реакцию проводят при температуре около 1000 °С.
В промышленности водород также получают, пропуская водяные пары над раскаленным углем:
Существуют и другие промышленные способы получения водорода.
Применение водорода
Водород находит широкое практическое применение. Основные области его промышленного использования показаны на рисунке 103.
Значительная часть водорода идет на переработку нефти. Около 25 % производимого водорода расходуется на синтез аммиака NH3. Это один из важнейших продуктов химической промышленности. Производство аммиака и азотных удобрений на его основе осуществляется в нашей стране на ОАО «Гродно Азот». Республика Беларусь поставляет азотные удобрения во многие страны мира.
В большом количестве водород расходуется на получение хлороводородной кислоты. Реакция горения водорода в
кислороде используется в ракетных двигателях, выводящих в космос летательные аппараты. Водород применяют и для получения металлов из оксидов. Таким способом получают тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.
В пищевой промышленности водород используют в производстве маргарина из растительных масел. Реакцию горения водорода в кислороде применяют для сварочных работ. Если использовать специальные горелки, то можно повысить температуру пламени до 4000 о С. При такой температуре проводят сварочные работы с самыми тугоплавкими материалами.
В настоящее время в ряде стран, в том числе и в Беларуси, начаты исследования по замене невозобновляемых источников энергии (нефти, газа, угля) на водород. При сгорании водорода в кислороде образуется экологически чистый продукт — вода. А углекислый газ, вызывающий парниковый эффект (потепление окружающей среды), не выделяется.
Предполагают, что с середины XXI в. должно быть начато серийное производство автомобилей на водороде. Широкое применение найдут домашние топливные элементы, работа которых также основана на окислении водорода кислородом.
Краткие выводы урока:
- В лаборатории водород получают действием кислот на металлы.
- В промышленности для получения водорода используют доступное и дешевое сырье — природный газ, воду.
- Водород — это перспективный источник энергии XXI в.
Надеюсь урок 26 «Получение водорода и его применение» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.
Методы выделения
Водород – это лёгкий бесцветный газ, занимающий первую клетку в периодической системе Менделеева. Газ нетоксичен, но горюч и взрывоопасен. Это самый распространённый элемент во Вселенной.
Рис. 1. Водород в периодической таблице.
С водородом химические элементы легко образуют неустойчивые связи, которые легко разрушаются, например, при нагревании.
В промышленности водород выделяют:
В лабораторных условиях получают водород в результате реакции металла с кислотой. Кроме того, водород образуется при взаимодействии пара воды с металлами и неметаллами, а также при электролизе воды.
Основные способы получения водорода описаны в таблице.
Взаимодействие
Реакция получения
Побочные продукты
Гидрида кальция с водой
Гидрида натрия с водой
Водяного пара с раскалённым железом
Оксид железа (II, III)
Водяного пара с раскалённым коксом (газификация угля)
Метана с водяным паром (разложение метана при 1000°C)
Фиолетового фосфора и водяного пара
Цинка с разбавленной соляной кислоты
Соль хлорид цинка
Алюминия или кремния со щёлочью и водой
Соль тетрагидроксоалюминат натрия или
Разложение метана при высокой температуре
Электролитический способ разложения воды (добавляют электролиты, например, КОН)
Электролиз растворов солей
Гидроксид натрия и свободный хлор
Рис. 2. Электролиз солей.
Водород при взаимодействии с кислотами и металлами, содержащими примеси, получается загрязнённым, поэтому проводят процесс очистки. Для этого полученное водородное соединение пропускают через раствор перманганата или бихромата калия, а затем через раствор гидроксида калия и концентрированную серную кислоту.
Использование водорода
Реакции собирания и распознавания водорода необходимы для извлечения чистого газа, который используется в качестве экологического топлива, а также участвует в различных химических реакциях для получения соединений.
Водород применяется в различных отраслях промышленности:
- при производстве аммиака (NH3);
- для получения соляной кислоты (HCl);
- при синтезе метилового спирта;
- для восстановления металлов;
- при сварке (в результате взаимодействия водорода и кислорода выделяется большое количество тепла);
- для получения растительных жиров при производстве маргарина.
Водород использовался для наполнения воздушных шаров и аэростатов. Сегодня сжиженный водород – топливо для ракет.
Рис. 3. Сжиженный водород.
Что мы узнали?
Из урока 9 класса узнали, как получают водород в промышленных и лабораторных условиях. Водород выделяется в ходе реакций металлов, гидридов, фосфора с водой, при газификации угля, при взаимодействии цинка с соляной кислотой и алюминия или кремния со щёлочью. Водород получают из метана путём его окисления, разложения при высокой температуре или при взаимодействии с водой. Также водород выделяется при электролизе солей и разложении воды.
Самый первый элемент, который вы встретите, открыв периодическую таблицу Менделеева это водород. Весьма простое вещество водород (H2) представляет собой бесцветный газ. Водород, сам по себе, горючь и взрывоопасен. Водород нетоксичен, но практически не встречается в природе в чистой виде – его, как правило, извлекают из других веществ разнообразными способами. В этой статье описано простой и доступный рецепт получения водорода химическим способом.
Получение водорода в домашних условиях:
Получить водород в домашних условиях, на пример, для того что бы надуть воздушный шарик или просто из любопытства. Можно достаточно быстро и просто, с минимальными затратами времени и денег – вам для этого не нужны редкие химические реактивы.
Предупреждение:
Водород — бесцветный газ, который горюч и взрывоопасен – проводите свои опыты, соблюдая все правила техники безопасности.
Рецепт первый, не проверенный:
Вам понадобится поваренная соль, медный купорос и алюминиевая фольга или проволока (алюминиевая стружка), вода и стеклянные ёмкости для смешивани.
Насыпьте в отдельный одноразовый стаканчик медный купорос (количество выбирайте сами), а в другой стаканчик поваренную соль в таком же количестве (купорос и соль пропорция один к одному) После вам необходимо растворить в стеклянной банкевашу смесь. Далее вам необходимо высыпать в раствор соли и медного купороса алюминиевую стружку и можете наблюдать выделение водорода.
Рецепт второй, проверенный нами:
Я делал так: взял медный купорос и каустическую соду (средство для прочистки труб типа крот), по чайной ложке (пропорция 1:1) и растворил в ста миллилитрах воды. После чего высыпал туда мелко нарезанную алюминиевую проволоку. Смесь аж забурлила, очень активно начал выделятся водород, и выделялся до того момента пока смесь была голубого цвета. Когда смесь стала белой, водород уже не выделялся, хотя бурление продолжалось. Видимо медный купорос весь прореагировал и его необходимо туда добавлять снова и снова. Я поджигал смесь и она горела оранжевым пламенем пока была синей и выделялся водород, как побелела — гореть перестала. Если вы начинающий химик и не знаете всех правил техники безопасности, то поджигать смесь я вам не советую — это взрывоопасно.
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
- Светящиеся краски. Изготовление светящихся красок своими руками (часть 1)Существуют вещества которые светятся благодаря запасенной энергии. Их свечение может.
- Рецепт мыльных пузырейРадужные, весёлые, простые и такие хрупкие, мыльные пузыри крепко засели.
- Клей для стекла своими рукамиВ настоящее время появилось достаточно много качественных клеящих средств для.
- Сургуч своими рукамиПора писем опечатанных сургучом давно закончилась, теперь сургучная печать применяется.
- Химическая окраска металлаЧасто необходимо нанести стойкие и несмываемые надписи или рисунки на.
