Решебник по химии 8 класс Габриелян §15

Водород

Стр. 72

Вопрос

Водород — самый лёгкий газ. Предложите способ его собирания в сосуд и распознавания на основе анализа названия этого вещества.

Водород (H₂) является самым лёгким газом, поэтому его собирают методом вытеснения воздуха – сосуд переворачивают вверх дном, и водород заполняет его, вытесняя более тяжёлые газы. Этот метод эффективен, так как водород значительно легче воздуха и поднимается вверх.

Для распознавания водорода используют его свойство взаимодействовать с кислородом с образованием воды и выделением энергии. Если поднести горящую спичку к сосуду с водородом, можно услышать характерный хлопок – это реакция с кислородом: (2H₂ + O₂ → 2H₂O).

Если водород чистый, хлопок будет глухим, если же он содержит примеси воздуха, можно услышать резкий хлопок или даже небольшой взрыв (смесь водорода с кислородом в соотношении 2:1 называется «гремучий газ»).

Таким образом, водород собирают вытеснением воздуха, а распознают по характерному хлопку при поджигании.

Стр. 72

Лабораторный опыт 13

Соберите прибор для получения газов, проверьте его герметичность. В пробирку поместите 1–2 гранулы цинка и добавьте 2 мл соляной кислоты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Что наблюдаете?

На конец газоотводной трубки, обращённой вверх, наденьте пустую пробирку. Через 1–2 минуты поднимите её и, не переворачивая, поднесите к пламени спиртовки. Что наблюдаете? Что можно сказать о чистоте собранного водорода? Запишите уравнения реакции.

При добавлении соляной кислоты к цинку начинается бурное выделение пузырьков газа – это водород (H₂), который образуется в результате реакции металла с кислотой.

Реакция: (Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑).

Газ, выделяющийся в ходе реакции, поступает по газоотводной трубке в пустую пробирку. Через 1–2 минуты в ней накапливается водород.

При поднесении пробирки с собранным водородом к пламени спиртовки происходит хлопок. Если хлопок глухой, это означает, что водород чистый. Если хлопок резкий или громкий, значит, в газе содержится примесь воздуха, что может привести к небольшому взрыву (образуется «гремучий газ» – смесь водорода и кислорода в соотношении 2:1).

Таким образом, чистый водород можно распознать по характерному глухому хлопку при поджигании.

Стр. 73

Проверьте свои знания

1. Какими физическими свойствами характеризуется водород? Как его собирают? Почему водород можно использовать для наполнения воздушных шаров и дирижаблей?

Водород – это бесцветный, не имеющий запаха и вкуса газ. Он почти не растворяется в воде, но хорошо растворим в некоторых металлах, например в палладии. Водород – самый лёгкий газ, его плотность в 14,5 раз меньше плотности воздуха.

Собирать водород можно методом вытеснения воды или вытеснения воздуха, так как он легче воздуха и нерастворим в воде.

Водород можно использовать для наполнения воздушных шаров и дирижаблей, так как он обладает очень малой плотностью и обеспечивает подъём в воздух. Однако его использование ограничено из-за высокой горючести и взрывоопасности.

2. Сравните получение, собирание и распознавание кислорода и водорода.

Кислород можно получить в лабораторных условиях разложением пероксида водорода (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑) или термическим разложением перманганата калия (2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑). Водород получают взаимодействием металлов с кислотами, например (Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑).

Собирать кислород удобнее методом вытеснения воды, так как он плохо растворяется в ней, или методом вытеснения воздуха, так как он тяжелее воздуха. Водород же собирают только вытеснением воздуха, так как он легче воздуха.

Кислород распознают по свойству поддерживать горение – тлеющая лучинка вспыхивает в кислороде. Водород распознают по характерному хлопку при поджигании, если он чистый.

3. Охарактеризуйте применение водорода на основе его свойств.

Водород – это универсальное химическое вещество, имеющее множество применений благодаря своей высокой энергоёмкости, восстановительным свойствам и малой плотности.

1. Как топливо. Водород активно исследуется как экологически чистый источник энергии. При его сгорании выделяется большое количество тепла (2H₂ + O₂ → 2H₂O) без образования углекислого газа, что делает его перспективным для энергетики.

2. В промышленности. Водород применяется для получения аммиака (N₂ + 3H₂ → 2NH₃), который используется в производстве удобрений. Также он участвует в производстве соляной кислоты, метанола и других органических веществ.

3. В металлургии. Водород служит восстановителем металлов из оксидов, например: (H₂ + CuO → Cu + H₂O).

4. В сварке и резке металлов. Водород используется в водородной сварке, где горение смеси водорода с кислородом даёт очень высокие температуры.

5. В космонавтике. Жидкий водород применяют в качестве компонента ракетного топлива.

6. В медицине. Применяется в качестве газовой смеси с кислородом при лечении некоторых заболеваний дыхательной системы.

Таким образом, водород обладает широким спектром применения, благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам.

Стр. 74

Примените свои знания

4. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

H₂ → H₂S → SO₂ → SO₃

Взаимодействие водорода с серой с образованием сероводорода:

(H₂ + S → H₂S)

Горение сероводорода в кислороде с образованием диоксида серы и воды:

(2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O)

Окисление диоксида серы до триоксида серы в присутствии катализатора (V₂O₅):

(2SO₂ + O₂ → 2SO₃)

5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Cu → CuS → CuO → Cu.

Взаимодействие меди с серой с образованием сульфида меди: (Cu + S → CuS)

Обжиг сульфида меди в кислороде с образованием оксида меди(II) и диоксида серы: (2CuS + 3O₂ → 2CuO + 2SO₂)

Восстановление оксида меди(II) водородом с образованием меди и воды: (CuO + H₂ → Cu + H₂O)

Таким образом, последовательные химические реакции позволяют выполнить заданные превращения.

Стр. 74

Используйте дополнительную информацию

6. Посмотрите видеозапись взрыва гремучего газа: http://gotourl.ru/10775 → Коллекции → Предметные коллекции. Химия → Неорганическая химия. Видеосюжеты → Водород. Кислоты → Водород и его свойства → 7. Приготовление и взрыв гремучей смеси.

Какие меры предосторожности принимаются при проведении опыта? Какие области применения этой реакции в мирных целях вы могли бы предложить?

При проведении опыта с гремучим газом необходимо соблюдать строгие меры безопасности, так как смесь водорода с кислородом в соотношении 2:1 обладает высокой взрывоопасностью. Для предотвращения несчастных случаев:

• Опыт проводят в небольшом объёме, чтобы минимизировать риск взрыва.

• Используют специальные лабораторные колбы и защитные экраны.

• Эксперимент выполняют в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.

• Работают в защитных очках и перчатках.

• Поджигание смеси выполняют с помощью длинной спички или горелки, избегая прямого контакта.

Гремучий газ находит применение в мирных целях. Взрывной эффект реакции водорода с кислородом используется в космической технике – жидкий водород применяется в качестве топлива для ракетных двигателей. Также эту реакцию можно применять в металлургии при сварке и резке металлов, а в перспективе – в разработке экологически чистых водородных двигателей для транспорта.

7. Подготовьте сообщение по одной из тем: а) «Водород на Земле и в космосе»; б) «Использование водорода в воздухоплавании: победы и трагедии».

Сообщение

Водород на Земле и в космосе

Водород – самый распространённый элемент во Вселенной, он составляет около 75 % всей её массы. На Земле водород встречается в связанном виде, входя в состав воды (H₂O), органических соединений и минералов. В свободном виде он встречается в незначительных количествах в атмосфере.

Водород играет ключевую роль в биологических и химических процессах на нашей планете. Вода, содержащая водород, необходима для существования всех живых организмов. В промышленности водород применяют для производства аммиака, органического синтеза, а также как топливо для водородных двигателей.

В космосе водород является основным строительным материалом звёзд. В ядрах звёзд происходят термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий, выделяя огромное количество энергии. Этот процесс лежит в основе светимости Солнца и других звёзд.

Жидкий водород широко применяется в космонавтике как эффективное ракетное топливо, обеспечивающее высокую скорость и мощность полётов. Благодаря своим свойствам водород остаётся ключевым элементом в изучении Вселенной и развитии новых технологий на Земле.

Сообщение

Использование водорода в воздухоплавании: победы и трагедии

Водород – самый лёгкий газ, что делает его идеальным для наполнения аэростатов и дирижаблей. Первые воздушные шары, наполненные водородом, были использованы ещё в XVIII веке. Благодаря своей подъёмной силе водородные дирижабли использовались для пассажирских перевозок, военных операций и разведки.

Наиболее успешным периодом применения водородных дирижаблей стали 1920–1930-е годы. Огромные летательные аппараты могли перевозить десятки пассажиров на дальние расстояния. Однако главной проблемой водорода была его высокая горючесть, что привело к одной из самых известных трагедий в истории воздухоплавания – катастрофе дирижабля «Гинденбург» в 1937 году. Из-за утечки водорода произошло возгорание, и дирижабль сгорел за считаные минуты.

После этой катастрофы использование водорода в воздухоплавании практически прекратилось. Его заменил менее подъёмный, но безопасный гелий. Однако в последние годы ведутся разработки новых технологий, позволяющих использовать водород в авиации и дирижаблестроении, но уже в качестве экологически чистого топлива для двигателей.

Стр. 74

Практическая работа 5

Отчёт по практической работе 5 «Получение, собирание и распознавание водорода»

Вывод

В ходе эксперимента был получен, собран и распознан водород. Газ был получен в результате реакции цинка с соляной кислотой, собран методом вытеснения воздуха и идентифицирован по характерному хлопку при поджигании.