Материал: Неорганическая химия - курс лекций-презентаций
Водород. Получение
В лабораторных условиях водород получают:
1. взаимодействием металла (цинка) с
растворами соляной или серной кислот (реакция
проводится в аппарате Киппа):
Zn +2H+ = Zn2+ +H2 ↑.
2. Электролизом воды:
|
K(−) : 2H2O +2e = H2 ↑ +2OH −,в−ие |
|
2 |
|||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
A (+) : |
|
− |
|
= |
|
|
↑ + |
|
+ |
|
− |
|
|
|
|
||
|
|
2H2O |
|
4e |
|
|
O2 |
|
4H |
|
,о |
|
ие 1 |
|
||||
4H |
O +2H |
O = 2H |
2 |
↑ +4OH |
− +O ↑ +4 H +. |
|||||||||||||
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
На катоде выделяется 2 объема водорода, на
аноде – 1 объем кислорода.
Водород. Получение
В промышленности водород получают несколькими способами.
1. Электролизом водных растворов КС1 или NаС1 как побочный продукт:
Процессы на электродах:
|
р−рNaCl(Na+,Cl−,Н О). |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
K(−): Na+,H2O: 2H2O+2e →H2 |
↑+2OH−,в−ие |
1 |
||
A(+): Cl−,H2O: 2Cl− −2e =Cl20 ↑, о−ие |
|
1 |
||
2H O+2Cl− =H ↑+2OH− +Cl0 ↑. |
|
|
||
2 |
2 |
2 |
|
|
2K2SO4 р−р +6H2O эл−з→4KOH+2H2 ↑+O2 ↑+2H2SO4.
Водород. Получение
2. Конверсионным способом (конверсия превращение).
Сначала получают водяной газ, пропуская пары воды через раскаленный кокс при 1000oС
C +H2O = CO ↑ +H2 ↑.
Затем оксид углерода (II) окисляют в оксид углерода
(IV), пропуская смесь водяного газа с избытком паров
воды над нагретым до 400 – 450° С катализатором
Fе203: CО+(H2 ) +Н2О = CO2 +H2 +(Н2 ).
Образующий оксид углерода (IV) поглощается
водой.
Этим способом получают cвыше 50% промышленного
водорода.
Водород. Получение
3. Конверсией метана с вoдяным паром
CН4 +2H2O = CO2 +4H2.
Реакция протекает при 1300°С в присутствии никелевого катализатора.
Этот метод позволяет использовать природные газы и
получать самый дешевый водород.
4. Нагреванием метана до 350°С в присутствии железного или никелевого катализатора:
5. Глубоким охлаждением (до –196° С) коксового газа.
При таком охлаждении все газообразные вещества, кроме водорода, конденсируются.
Водород. Физические свойства
Водород – газ без цвета, вкуса и запаха, в 14,4 раза легче воздуха – это самый легкий газ.
Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С
растворяется 18 мл водорода).
При –252,8° С и атмосферном давлении переходит
в жидкое состояние.
Жидкий водород бесцветен.
Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 – дейтерий D и тритий Т.