ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 9 класс · § 14
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 14. Водород

Как молекула H₂ связана с лёгкостью газа и его восстановительными свойствами?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как молекула H₂ связана с лёгкостью газа и его восстановительными свойствами?

Исследуем вместе

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.

01

Водород как химический элемент

Водород обозначают символом H, который читают «аш». Его округлённая относительная атомная масса равна 1 — это самый лёгкий химический элемент. Атомы H входят в воду, природный газ, многие органические соединения и вещества живых организмов.

Элемент водород распространён во Вселенной и присутствует в звёздах. На Земле значительная его часть связана в соединениях. Наличие H в воде не означает, что в ней находятся готовые молекулы горючего газа: элемент и простое вещество нужно различать. Изотопы протий и дейтерий имеют по одному протону, но различаются числом нейтронов. В соединениях с активными металлами водород может иметь степень окисления −1, например в NaH.

Признак / объектЧто означаетПояснение
HАтом или химический элементAᵣ(H) ≈ 1
H в водеЧасть молекулы H₂OХимически связан с кислородом
H₂Простое вещество водородГаз из двухатомных молекул

Водород — самый лёгкий химический элемент. В природе он часто входит в состав сложных веществ.

02

Молекула простого вещества

Простое вещество водород имеет формулу H₂: два атома H соединены в одну молекулу. Его относительная молекулярная масса Mᵣ(H₂) = 2 · 1 = 2. Это в 16 раз меньше, чем Mᵣ(O₂) = 32.

Название элемента и простого вещества совпадает, но обозначения и смысл различаются. В выражении «водород горит» имеется в виду H₂; в выражении «в состав воды входит водород» — элемент H. Коэффициент 3 в 3H₂ обозначает три молекулы и шесть атомов.

ПризнакОписание
ФормулаH₂
СвязьКовалентная неполярная
Молярная массаОколо 2 г/моль
ПлотностьМеньше плотности воздуха

Молекула водорода состоит из двух атомов H. Формула H₂ и символ H не являются взаимозаменяемыми.

Модель молекулы водорода H₂

Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.

Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

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.

03

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.

04

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01Водород — самый лёгкий химический элемент. В природе он часто входит в состав сложных веществ.
02Молекула водорода состоит из двух атомов H. Формула H₂ и символ H не являются взаимозаменяемыми.
03Водород может восстанавливать некоторые металлы из их оксидов. При этом кислород входит в состав воды.
04Применение водорода связано с его химическими свойствами. Полную технологию оценивают вместе с этапом получения H₂.
05Название элемента и простого вещества совпадает, но обозначения и смысл различаются. В выражении «водород горит» имеется в виду H₂; в выражении «в состав воды входит водород» — элемент H.
06Оценивать технологию только по продукту реакции недостаточно. Хотя при реакции чистого H₂ с O₂ получается вода, сам водород сначала нужно получить, затратив энергию и сырьё.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Формула простого водорода?
2. Связь в H₂?
3. Атомный номер H?
4. Как H₂ сравнивается с O₂ по молярной массе?
5. Степень окисления H в NaH?
6. Роль H₂ в CuO + H₂ → Cu + H₂O?
7. Что происходит с Cu в этой реакции?
8. Чем протий отличается от дейтерия?
9. Что получается при полном сгорании H₂ в O₂?
10. Коэффициенты в реакции образования воды из H₂ и O₂?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 14. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 14. Водород.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
↑

Загрузка прогресса…