Водород. Пероксид водорода

Опорный конспект № 8.2 Водород. Пероксид водорода.
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ 4.2. Физические и химические свойства простых веществ-неметаллов: водорода. ОГЭ 4.10. Получение, собирание, распознавание водорода в лаборатории.
Вернуться к Списку конспектов

Характеристика элемента водорода

Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. Звёзды, в том числе наше Солнце, состоят в основном из водорода. На Земле он встречается в связанном виде — в воде, органических веществах, в составе кислот и оснований.
📌 Водород H — элемент № 1, 1-го периода, IA группы (единственный неметалл в IA группе).
Электронная конфигурация: 1s¹

На внешнем слое у водорода 1 электрон. Поэтому он может проявлять две степени окисления:

• +1 — в соединениях с неметаллами (HCl, H₂O, H₂SO₄)
• –1 — в гидридах металлов (NaH, CaH₂)

⚠️ Важно: водород — единственный элемент, который может проявлять и степень окисления +1, и –1.

Интересный факт: водород — самый лёгкий элемент. Его атом в 14 раз легче воздуха! Именно поэтому водородом наполняли дирижабли (пока не поняли, что он взрывоопасен).

---

Водород — простое вещество

📌 Водород образует одно простое вещество — H₂ (аллотропии нет).

Физические свойства:

Свойство	Характеристика
Агрегатное состояние (н.у.)	Газ
Цвет, запах	Без цвета, без запаха
Плотность	0,09 г/л (самый лёгкий газ)
Растворимость в воде	Очень плохая (в 100 г воды — 2,15 мл H₂)
Температура кипения	–253 °С
Температура плавления	–259 °С

⚠️ Водород — самый лёгкий газ, поэтому его собирают в сосуды, перевёрнутые вверх дном (вытеснением воздуха).

---

Получение водорода

В лаборатории

📌 Лабораторный способ — взаимодействие металлов с кислотами:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
Zn + H₂SO₄(разб.) → ZnSO₄ + H₂↑

💡 Цинк используют чаще всего, потому что он реагирует с кислотой достаточно активно, но безопасно. Также подходят Fe, Mg, Al.

📌 Собирание водорода:

• Методом вытеснения воды — в пробирку, заполненную водой (перевёрнутую вниз).
• Методом вытеснения воздуха — в сосуд, перевёрнутый вверх дном (водород легче воздуха).

📌 Распознавание водорода:

Поднести горящую лучину к пробирке с водородом → звук «хлопка» (взрыв гремучей смеси).

⚠️ Водород с воздухом образует гремучую смесь (2H₂ + O₂). Поэтому перед опытами проверяют пробирку на чистоту — если звук глухой, водород чистый; если с «лаем» — с примесью воздуха.

В промышленности

📌 Основные промышленные способы:

1. Конверсия метана (природного газа):
   CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (при нагревании и катализаторе)

2. Взаимодействие водяного пара с раскалённым углём:
   C + H₂O → CO + H₂

3. Электролиз воды (очень дорого):
   2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑

---

Химические свойства водорода

📌 Водород — активный неметалл, может быть и окислителем, и восстановителем.

H₂⁰ − 2e⁻ → 2H⁺ (восстановитель)
H₂⁰ + 2e⁻ → 2H⁻ (окислитель)

1. Водород — восстановитель

📌 Реагирует с неметаллами (в основном с галогенами, кислородом, серой, азотом):

• С кислородом — взрывоопасная реакция (гремучая смесь):

2H₂ + O₂ → 2H₂O + Q

• С хлором — на свету или при нагревании:

H₂ + Cl₂ → 2HCl

• С серой — при нагревании:

H₂ + S → H₂S

• С азотом — при высоком давлении, катализаторе и нагревании:

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

💡 Реакция водорода с азотом — промышленный синтез аммиака (процесс Габера-Боша).

📌 Водород восстанавливает оксиды металлов (особенно неактивных):

CuO + H₂ → Cu + H₂O

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

⚠️ Водород не восстанавливает оксиды активных металлов (Na, Ca, Al).

2. Водород — окислитель

📌 Реагирует с активными металлами (щелочными и щёлочноземельными) с образованием гидридов:

2Na + H₂ → 2NaH (гидрид натрия)

Ca + H₂ → CaH₂ (гидрид кальция)

💡 В гидридах водород находится в степени окисления –1 — это редкий случай для водорода.

---

Применение водорода

📌 Основные области применения:

Область	Применение
Химическая промышленность	Синтез аммиака (NH₃), хлороводорода (HCl), метанола, гидрогенизация жиров
Металлургия	Восстановление металлов из оксидов (W, Mo, Ge, Fe)
Ракетная техника	Водород — ракетное топливо (с кислородом)
Электроэнергетика	Водородные топливные элементы (перспективное направление)

---

 

Пероксид водорода (перекись водорода) H₂O₂

💡 Пероксид водорода — это не оксид, а пероксид (соединение с О–О связью). В молекуле H₂O₂ связь между атомами кислорода — одна из самых слабых, поэтому она легко разлагается.

📌 Строение: H—O—O—H (связь O—O непрочная).

Степень окисления кислорода: –1 (промежуточная).

💡 Из-за степени окисления –1 пероксид водорода может быть и окислителем, и восстановителем.

Физические свойства

• Бесцветная жидкость.
• Смешивается с водой в любых соотношениях.
• 3%-й раствор — аптечная перекись водорода.
• 30%-й раствор — пергидроль (сильный окислитель, опасен для кожи).

Химические свойства

📌 Разложение (каталитическое):

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑

Катализаторы: MnO₂ (диоксид марганца), Fe³⁺, Cu²⁺.

💡 В лаборатории разложение H₂O₂ с MnO₂ используют для получения кислорода.

📌 Окислительные свойства (H₂O₂ — окислитель):

• Обесцвечивание красок, волос (осветление).
• Дезинфекция (антисептик).
• Окисление KI до I₂:

H₂O₂ + 2KI + H₂SO₄ → I₂ + K₂SO₄ + 2H₂O

📌 Восстановительные свойства (H₂O₂ — восстановитель) — с сильными окислителями:

2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5O₂↑ + 8H₂O

⚠️ В этой реакции KMnO₄ (марганцовка) обесцвечивается, а H₂O₂ окисляется до O₂.

Применение пероксида водорода

• Медицина — антисептик (3%-й раствор).
• Косметика — осветление волос.
• Промышленность — отбеливание тканей, бумаги.
• Ракетное топливо — пергидроль как окислитель.

---

Практическое задание

📌 Задание 1. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства водорода:

1. H₂ + O₂ →
2. H₂ + CuO →
3. H₂ + Na →
4. H₂ + Cl₂ →

📌 Задание 2. Как в лаборатории получить водород? Напишите уравнение реакции.

📌 Задание 3. Напишите уравнение реакции разложения пероксида водорода.

📌 Задание 4. Какие степени окисления может проявлять водород? Приведите примеры соединений.

⚡️ Проверьте себя:

• Задание 1: 1) 2H₂ + O₂ → 2H₂O; 2) CuO + H₂ → Cu + H₂O; 3) 2Na + H₂ → 2NaH; 4) H₂ + Cl₂ → 2HCl.
• Задание 2: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (или Zn + H₂SO₄(разб.) → ZnSO₄ + H₂↑).
• Задание 3: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑.
• Задание 4: +1 (в HCl, H₂O); –1 (в NaH, CaH₂); 0 (в H₂).

---

Памятка

• ✅ Водород (H₂) — газ, самый лёгкий, без цвета и запаха.
• ✅ Лабораторный способ: Zn + кислота → ZnCl₂ + H₂↑.
• ✅ Распознавание: хлопок («пах») при поднесении горящей лучины.
• ✅ Собирание: вытеснением воды или воздуха (в перевёрнутый сосуд).
• ✅ Восстановитель: H₂ + O₂ → H₂O; H₂ + CuO → Cu + H₂O.
• ✅ Окислитель: 2Na + H₂ → 2NaH (гидриды).
• ✅ Пероксид водорода H₂O₂: степень окисления кислорода –1, разлагается на H₂O + O₂, проявляет окислительные и восстановительные свойства.

 

 

---

Вы смотрели конспект урока химии по теме «Водород. Пероксид водорода». Выберите дальнейшее действие:

• Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии