Получение водорода

В чистом, несвязанном виде водород в природе практически не встречается. Он может выделяться в незначительных количествах при извержении вулкана или из скважин при добывании нефти (всего 1 % содержится в земной коре). Поэтому существуют искусственные методы получения водорода в промышленности.

Методы выделения

Водород – это лёгкий бесцветный газ, занимающий первую клетку в периодической системе Менделеева. Газ нетоксичен, но горюч и взрывоопасен. Это самый распространённый элемент во Вселенной.

Водород в периодической таблице

Рис. 1. Водород в периодической таблице.

С водородом химические элементы легко образуют неустойчивые связи, которые легко разрушаются, например, при нагревании.
В промышленности водород выделяют:

  • из метана;
  • из воды;
  • из гидридов.

В лабораторных условиях получают водород в результате реакции металла с кислотой. Кроме того, водород образуется при взаимодействии пара воды с металлами и неметаллами, а также при электролизе воды.

Основные способы получения водорода описаны в таблице.

Взаимодействие

Реакция получения

Побочные продукты

Натрия с водой

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Гидроксид натрия

Гидрида кальция с водой

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Гидроксид кальция

Гидрида натрия с водой

NaH + H2O → NaOH + H2

Гидроксид натрия

Водяного пара с раскалённым железом

2О + 3Fe → Fe3O4 + 4H2

Оксид железа (II, III)

Водяного пара с раскалённым коксом (газификация угля)

H2O + C → CO↑ + H2

Угарный газ

Метана с водяным паром (разложение метана при 1000°C)

CH4 + H2O → CO↑ + 3H2

Угарный газ

Фиолетового фосфора и водяного пара

2Р + 8Н2О → 2Н3РО4 + 5Н2

Фосфорная кислота

Цинка с разбавленной соляной кислоты

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Соль хлорид цинка

Алюминия или кремния со щёлочью и водой

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Si + 2KOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

Соль тетрагидроксоалюминат натрия или

метасиликат натрия

Разложение метана при высокой температуре

CH4 → C + 2H2

Сажа

Окисление метана

2CH4 + O2 → 2CO + 4H2

Угарный газ

Электролитический способ разложения воды (добавляют электролиты, например, КОН)

2H2O → 2H2↑ + O2

Кислород

Электролиз растворов солей

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

Гидроксид натрия и свободный хлор

Рис. 2. Электролиз солей.

Водород при взаимодействии с кислотами и металлами, содержащими примеси, получается загрязнённым, поэтому проводят процесс очистки. Для этого полученное водородное соединение пропускают через раствор перманганата или бихромата калия, а затем через раствор гидроксида калия и концентрированную серную кислоту.

Использование водорода

Реакции собирания и распознавания водорода необходимы для извлечения чистого газа, который используется в качестве экологического топлива, а также участвует в различных химических реакциях для получения соединений.
Водород применяется в различных отраслях промышленности:

  • при производстве аммиака (NH3);
  • для получения соляной кислоты (HCl);
  • при синтезе метилового спирта;
  • для восстановления металлов;
  • при сварке (в результате взаимодействия водорода и кислорода выделяется большое количество тепла);
  • для получения растительных жиров при производстве маргарина.

Водород использовался для наполнения воздушных шаров и аэростатов. Сегодня сжиженный водород – топливо для ракет.

Сжиженный водород

Рис. 3. Сжиженный водород.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса узнали, как получают водород в промышленных и лабораторных условиях. Водород выделяется в ходе реакций металлов, гидридов, фосфора с водой, при газификации угля, при взаимодействии цинка с соляной кислотой и алюминия или кремния со щёлочью. Водород получают из метана путём его окисления, разложения при высокой температуре или при взаимодействии с водой. Также водород выделяется при электролизе солей и разложении воды.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4. Всего получено оценок: 38.

Предметы