Решебник по химии 8 класс. Рудзитис ФГОС §29

Свойства и применение водорода

Вопросы

1. Как называют химические соединения, образующиеся при взаимодействии простых веществ с кислородом?

Такие соединения называются оксидами. Они образуются в результате реакции простого вещества с кислородом и содержат атомы кислорода, соединённые с другим элементом.

2. К каким реакциям относят взаимодействие веществ с кислородом?

Взаимодействие веществ с кислородом относят к реакциям соединения и реакциям окисления. Если процесс сопровождается выделением тепла и света, то его называют реакцией горения.

Стр. 104

Лабораторный опыт

Воздействие водорода с оксидом меди

Пробирку с оксидом меди(II) закрепляют в штативе с наклоном в сторону отверстия для того, чтобы вода, образующаяся в результате реакции, не стекала обратно на раскалённый участок. Это предотвращает растрескивание стекла и делает проведение опыта безопасным.

Нагревание требуется только до того момента, как оксид меди(II) начинает раскаляться, потому что именно при этой температуре запускается химическая реакция восстановления. После этого процесса достаточно тепла, выделяющегося при самой реакции, и дополнительный нагрев становится ненужным.

Из чёрного порошка образовалось вещество красного цвета, потому что чёрный порошок — это оксид меди(II) CuO, а в ходе реакции с водородом он превращается в металлическую медь красного цвета. Уравнение реакции: (CuO + H₂ → Cu + H₂O). Эта реакция относится к реакциям восстановления и является окислительно-восстановительной, потому что водород отнимает кислород у меди.

Опыт подтвердил восстановительные свойства водорода. Он показал, что водород способен восстанавливать металлы из их оксидов, вытесняя из соединений кислород. Также было доказано, что водород вступает в химическое взаимодействие при нагревании.

Стр. 106

Подумай, ответь, выполни

1. Один цилиндр заполнен водородом, а другой — кислородом. Как определить, в каком цилиндре находится каждый из газов?

Для того чтобы определить, где находится водород, а где кислород, можно воспользоваться различием в плотности и горючести этих газов. Водород в 14,5 раза легче воздуха, а кислород тяжелее. Поэтому если оба цилиндра перевернуть отверстиями вниз, то из цилиндра с водородом газ быстро выйдет вверх, а из цилиндра с кислородом — медленно. Также можно провести эксперимент: поднести зажжённую спичку к небольшому количеству газа. Водород загорится с лёгким хлопком, а кислород усилит горение другого вещества (например, горящей лучины).

2. Как перелить из одного сосуда в другой:

а) водород;

б) кислород?

Водород легче воздуха, поэтому его переливают способом, при котором верхний сосуд находится ниже, а нижний — выше, чтобы водород стремился вверх. Такой способ называют переливанием вверх. Кислород, наоборот, тяжелее воздуха, поэтому его переливают вниз — то есть из сосуда, находящегося выше, в нижний. Это позволяет избежать утечки газа.

3. Составьте уравнения химических реакций водорода со следующими оксидами:

а) оксидом рутения(II);

б) железной окалиной Fe₃O₄;

в) оксидом вольфрама(VI). Объясните, какова роль водорода в этих реакциях. Что происходит с металлом в результате реакции?

а) (RuO + H₂ → Ru + H₂O)

б) (Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O)

в) (WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O)

Во всех этих реакциях водород играет роль восстановителя. Он отнимает кислород у оксидов металлов, восстанавливая их до чистых металлов. Сам при этом водород окисляется, превращаясь в воду. Металлы, в свою очередь, теряют кислород и восстанавливаются до свободных форм.

4. С какими из перечисленных веществ: сера, вода, оксид железа(III), аммиак, медь, кислород — будет реагировать водород? Составьте уравнения соответствующих реакций.

Водород будет реагировать с серой, оксидом железа(III), медью и кислородом.

Сера: (H₂ + S → H₂S)

Оксид железа(III): (Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O)

Медь (в виде оксида): (CuO + H₂ → Cu + H₂O)

Кислород: (2H₂ + O₂ → 2H₂O)

С водой и аммиаком при обычных условиях водород не вступает в химическую реакцию, но при высоких температурах и в присутствии катализатора из водорода и азота может образовываться аммиак:

(N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃)

5. Используя дополнительные источники информации, подготовьте инфографику «Роль водорода в живых системах и технике».

В живых системах водород входит в состав всех органических веществ, включая белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Он содержится в воде, которая необходима для всех биохимических процессов. В процессе фотосинтеза растения используют водород (из воды), чтобы образовывать органические вещества и кислород.

В технике водород широко используется как топливо — в ракетных двигателях и в водородных автомобилях. Он применяется в производстве аммиака, при гидрировании растительных масел, для резки и сварки металлов, в получении соляной кислоты и в качестве восстановителя при получении металлов из их оксидов.

Таким образом, водород — важнейший элемент как для биологии, так и для химической промышленности и энергетики будущего.

Стр. 106

Тестовые задания

1. В соединении NH₃ водород проявляет валентность

1. III

2. II

3. I

4. IV

Ответ: 3) I

Пояснение: В молекуле аммиака (NH₃) атом водорода соединён с атомом азота одинарной ковалентной связью. У водорода всегда валентность I, поскольку он может образовывать только одну связь — у него один электрон. Азот в этом соединении проявляет валентность III.

2. В уравнении реакции PbO₂ + 2H₂ = Pb + 2H₂O восстановителем является

1. свинец

2. водород

3. оксид свинца(IV)

4. вода

Ответ: 2) водород

Пояснение: В этой реакции водород восстанавливает оксид свинца(IV) PbO₂ до металлического свинца, при этом сам окисляется до воды (H₂O). Следовательно, водород — это восстановитель, потому что он отдаёт электроны, а свинец в составе оксида восстанавливается (получает электроны).

3. Левая часть уравнения реакции: ... + ... = Hg + H₂O — это

1. HgO + C =

2. HgO + H₂ =

3. HgO + Al =

4. HgO + CO =

Ответ: 2) HgO + H₂ =

Пояснение: В уравнении HgO + H₂ → Hg + H₂O происходит восстановление оксида ртути (HgO) водородом. В результате реакции образуется металлическая ртуть (Hg) и вода (H₂O). Это окислительно-восстановительная реакция, в которой водород является восстановителем.

Стр. 107