Проследим за атомом кислорода
Переключай этапы реакции CuO с водородом. Выделенный красный атом показывает переход кислорода в воду.
Показан условный фрагмент состава твёрдого CuO, а не отдельная молекула оксида. Стрелки помогают проследить атомы и не изображают реальный механизм реакции. Размеры и расстояния условны.
Активность зависит от условий
При обычных условиях водород не реагирует заметно со всеми окружающими веществами. Нагревание, освещение или другие условия могут запустить определённые реакции. Поэтому химическое свойство описывают вместе с партнёром по реакции и необходимыми условиями.
Одна и та же формула H₂ участвует в разных превращениях: соединяется с кислородом, реагирует с хлором, восстанавливает некоторые металлы из оксидов. Нельзя переносить наблюдение одного опыта на любое вещество без проверки состава и условий.
Реагенты
С какими веществами контактирует H₂?
Условия
Что запускает превращение?
Продукты
Во что переходят атомы?
Химическая активность водорода зависит от условий и реагента. Свойство описывают через конкретную реакцию.
Соединение с простыми веществами
При горении в кислороде водород образует воду: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Выделяется много энергии, а при охлаждении продукта водяной пар конденсируется в капли. Это реакция соединения: два исходных вещества дают одно сложное.
Водород может соединяться и с хлором: H₂ + Cl₂ → 2HCl. Продукт — хлороводород, водный раствор которого называют соляной кислотой. Смеси водорода с окислителями могут реагировать очень быстро, поэтому виртуальная модель не является инструкцией для самостоятельного опыта.
| Партнёр водорода | Уравнение | Тип превращения |
|---|---|---|
| Кислород | 2H₂ + O₂ → 2H₂O | Соединение: образуется вода |
| Хлор | H₂ + Cl₂ → 2HCl | Соединение: образуется хлороводород |
| Общее | Из двух простых веществ получается сложное | Условия реакции учитывают отдельно |
Водород соединяется с некоторыми простыми веществами. При реакции с кислородом образуется вода и выделяется энергия.
Модель молекулы водорода H₂
Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.
Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Водород забирает кислород у оксида
При нагревании H₂ взаимодействует с оксидом меди(II): CuO + H₂ → Cu + H₂O. Чёрный оксид превращается в красноватую медь, а кислород переходит в состав воды. Число атомов каждого элемента сохраняется.
В школьной классификации это реакция замещения: простое вещество реагирует со сложным, образуются другое простое и другое сложное. Получение металла из его оксида называют восстановлением. Водород восстанавливает некоторые оксиды, но нельзя утверждать, что он действует так на любой оксид при любых условиях.
До реакции
CuO: кислород связан с медью
Взаимодействие с H₂
Кислород переходит к водороду
После реакции
Cu и H₂O
Наблюдение
Чёрный порошок → красноватая медь
Водород может восстанавливать некоторые металлы из их оксидов. При этом кислород входит в состав воды.
Применение следует из свойств
Способность водорода выделять энергию при окислении используют в энергетических устройствах и некоторых ракетных двигателях. Его химическую активность применяют при получении других веществ, в том числе аммиака, и в процессах переработки сырья.
Оценивать технологию только по продукту реакции недостаточно. Хотя при реакции чистого H₂ с O₂ получается вода, сам водород сначала нужно получить, затратив энергию и сырьё. Поэтому экологические последствия зависят и от способа производства водорода.
Энергия реакции
H₂ + O₂ → вода. Выделение энергии можно использовать технически.
Получение веществ
H₂ служит реагентом. Важны условия процесса и происхождение сырья.
Применение водорода связано с его химическими свойствами. Полную технологию оценивают вместе с этапом получения H₂.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 7 класс», § 19. Материал переработан для объяснения; источник: 7 класс. Химия — § 19. Химические свойства водорода.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах