Hidrojenin kimyasal özellikleri
Sıradan koşullar altında, moleküler Hidrojen nispeten az aktiftir ve yalnızca metal olmayanların en aktif olanlarıyla (flor ile ve ışıkta klor ile) doğrudan birleşir. Ancak ısıtıldığında birçok elementle reaksiyona girer.
Hidrojen basit ve karmaşık maddelerle reaksiyona girer:
- Hidrojenin metallerle etkileşimi metal atomunun her zaman önce geldiği kimyasal formüllerde karmaşık maddelerin - hidritlerin oluşumuna yol açar:
Yüksek sıcaklıkta Hidrojen doğrudan reaksiyona girer bazı metallerle(alkali, alkali toprak ve diğerleri), beyaz kristalli maddeler oluşturan - metal hidritler (Li H, Na H, KH, CaH2, vb.):
H2 + 2Li = 2LiH
Metal hidrürler, karşılık gelen alkali ve hidrojeni oluşturmak üzere su ile kolayca ayrıştırılır:
Sa H2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2
- Hidrojen metal olmayanlarla etkileşime girdiğinde uçucu hidrojen bileşikleri oluşur. Uçucu bir hidrojen bileşiğinin kimyasal formülünde hidrojen atomu, PSHE'deki konumuna bağlı olarak birinci veya ikinci sırada olabilir (slayttaki plakaya bakın):1). Oksijen ile Hidrojen suyu oluşturur:
Video "Hidrojenin yanması"
2H2 + Ö2 = 2H2Ö + Q
Normal sıcaklıklarda reaksiyon son derece yavaş, 550°C'nin üzerinde, patlamayla ilerler. (2 hacim H2 ve 1 hacim O2 karışımına denir patlayıcı gaz)
.
Video "Patlayan gazın patlaması"
Video "Patlayıcı bir karışımın hazırlanması ve patlaması"
2). Halojenli Hidrojen, hidrojen halojenürleri oluşturur, örneğin:
H2 + Cl2 = 2HCl
Aynı zamanda Hidrojen, flor ile patlar (karanlıkta ve -252°C'de bile), yalnızca aydınlatıldığında veya ısıtıldığında klor ve brom ile, yalnızca ısıtıldığında ise iyot ile reaksiyona girer.
3). Azotlu Hidrojen amonyak oluşturmak üzere reaksiyona girer:
ZN2 + N2 = 2NH3
yalnızca bir katalizör üzerinde ve yüksek sıcaklık ve basınçlarda.
4). Hidrojen ısıtıldığında güçlü bir şekilde reaksiyona girer kükürtlü:
H2 + S = H2S (hidrojen sülfür),
selenyum ve tellür ile çok daha zordur.
5). Saf karbonlu Hidrojen katalizör olmadan yalnızca yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girebilir:
2H2 + C (amorf) = CH4 (metan)
- Hidrojen metal oksitlerle yer değiştirme reaksiyonuna girer Bu durumda ürünlerde su oluşur ve metal azalır. Hidrojen - indirgeyici bir maddenin özelliklerini sergiler:
Hidrojen kullanılıyor birçok metalin geri kazanılması için, oksijeni oksitlerinden uzaklaştırdığı için:
Fe304 + 4H2 = 3Fe + 4H20, vb.
Hidrojenin uygulamaları
Video "Hidrojen Kullanımı"
Şu anda büyük miktarlarda hidrojen üretiliyor. Çok büyük bir kısmı amonyak sentezinde, yağların hidrojenlenmesinde, kömür, yağlar ve hidrokarbonların hidrojenasyonunda kullanılır. Ayrıca hidrojen, hidroklorik asit, metil alkol, hidrosiyanik asit sentezinde, metallerin kaynaklanmasında ve dövülmesinde, ayrıca akkor lambaların ve değerli taşların imalatında kullanılır. Hidrojen, 150 atm'nin üzerindeki basınç altında silindirlerde satılmaktadır. Koyu yeşil boyalıdırlar ve kırmızı bir "Hidrojen" yazısı vardır.
Hidrojen, sıvı yağları katı yağlara (hidrojenasyon) dönüştürmek, kömür ve akaryakıtın hidrojenlenmesiyle sıvı yakıt üretmek için kullanılır. Metalurjide hidrojen, metalleri ve metal olmayanları (germanyum, silikon, galyum, zirkonyum, hafniyum, molibden, tungsten vb.) üretmek için oksitler veya klorürler için indirgeyici bir madde olarak kullanılır.
Hidrojenin pratik kullanımları çeşitlidir: genellikle sonda balonlarını doldurmak için kullanılır, kimya endüstrisinde çok önemli birçok ürünün (amonyak vb.) üretimi için hammadde olarak hizmet eder, gıda endüstrisinde üretim için kullanılır. bitkisel yağlardan vb. katı yağların elde edilmesi. Hidrojenin oksijen içinde yakılmasıyla elde edilen yüksek sıcaklık (2600 °C'ye kadar), refrakter metallerin, kuvarsın vb. eritilmesinde kullanılır. Sıvı hidrojen, en verimli jet yakıtlarından biridir. Yıllık küresel hidrojen tüketimi 1 milyon tonu aşıyor.
SİMÜLATÖRLER
2 numara. Hidrojen
ATAMA GÖREVLERİ
Görev No.1Hidrojenin aşağıdaki maddelerle etkileşimi için reaksiyon denklemlerini yazın: F2, Ca, Al203, cıva (II) oksit, tungsten (VI) oksit. Reaksiyon ürünlerini adlandırın, reaksiyon türlerini belirtin.
Görev No.2
Şemaya göre dönüşümleri gerçekleştirin:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2
Görev No.3.
8 g hidrojen yakılarak elde edilebilecek suyun kütlesini hesaplayın?
Etkileşimde bulunurken hidroklorik ve seyreltik sülfürik asit metallerde oksitleyici madde hidrojen iyonu H'dir. Bu nedenle metallerle hidrojene kadar voltaj serisinde etkileşime girerler. Bu durumda tuz oluşur ve hidrojen açığa çıkar:
Değişken derecede oksidasyon sergileyen değişken valanslı metaller, genellikle oksidasyon durumlarını düşürmek için hidroklorik ve seyreltik sülfürik asitlerle oksitlenir, örneğin:
Kurşun pratik olarak hidroklorik ve seyreltik sülfürik asitlerle etkileşime girmez, çünkü yüzeyinde yoğun, çözünmeyen bir kurşun (II) klorür veya sülfat filmi oluşur.
İÇİNDE konsantre sülfürik asit Oksitleyici madde, kükürtün +6 oksidasyon durumunda olduğu sülfat iyonlarıdır. Metalin oksitlenmesiyle sülfürik asit, hidrojen sülfit, sülfür ve sülfür okside (IV) indirgenir.
Konsantre sülfürik asit aktif metallerle reaksiyona girdiğinde tuz, su ve esas olarak hidrojen sülfit oluşur:
Düşük aktif metaller konsantre sülfürik asidi esas olarak BSb'ye indirger, örneğin:
ve ara aktiviteye sahip metaller - esas olarak kükürte kadar:
Konsantre HgBS^'nin değişken değerlikli metalleri kural olarak en yüksek oksidasyon durumuna oksitlenir, örneğin:
Soy metaller hiçbir koşulda konsantre sülfürik asitle reaksiyona girmez. Bazı metaller (Al, Fe, Cr, N1, Ts V, vb.) normal koşullar altında konsantre sülfürik asitle reaksiyona girmez (pasifleşir), ancak ısıtıldığında etkileşime girer.
Demirin pasifleştirilmesi büyük pratik öneme sahiptir: konsantre sülfürik asit, sıradan alaşımsız çelikten yapılmış kaplarda saklanabilir.
Kurşun konsantre sülfürik asitle reaksiyona girerek çözünür bir asit tuzu (hidrotuz), sülfür oksit (IV) ve su oluşturur:
İÇİNDE Nitrik asit konsantrasyonuna bakılmaksızın, oksitleyici madde +5 oksidasyon durumunda nitrojen içeren nitrat iyonları N0'dır. Bu nedenle nitrik asit tarafından hidrojen açığa çıkmaz. Nitrik asit, en aktif olmayan (asil) dışındaki tüm metalleri oksitler. Bu durumda tuz, su ve nitrojen indirgeme ürünleri (+5) oluşur: 1NH4M03, N2, N20, N0, NH02, N02. Serbest amonyak, nitrik asitle reaksiyona girerek amonyum nitrat oluşturduğundan açığa çıkmaz:
Metaller etkileşime girdiğinde konsantre nitrik asit(%30-60 HNO3) HNO3 indirgemesinin ürünü, metalin doğasına bakılmaksızın ağırlıklı olarak nitrojen oksittir (IV), örneğin: 
Değişken değerlikli metaller, konsantre nitrik asitle etkileşime girdiğinde en yüksek oksidasyon durumuna oksitlenir. Bu durumda, +4 ve daha yüksek bir oksidasyon durumuna oksitlenen metaller asitler veya oksitler oluşturur. Örneğin:
Alüminyum, krom, demir, nikel, kobalt, titanyum ve diğer bazı metaller konsantre nitrik asitte pasifleştirilir. Nitrik asitle işlemden sonra bu metaller diğer asitlerle reaksiyona girmez.
Metaller etkileşime girdiğinde nitrik asidi seyreltin indirgenmesinin ürünü metalin indirgeyici özelliklerine bağlıdır: metal ne kadar aktifse nitrik asit de o kadar azalır.
Aktif metaller seyreltik nitrik asidi maksimuma indirir; tuz, su ve NH4NO3 oluşur, örneğin:
Ara aktiviteye sahip metaller seyreltik nitrik asitle reaksiyona girdiğinde tuz, su ve nitrojen veya N2O oluşur, örneğin:
Seyreltik nitrik asit düşük aktif metallerle reaksiyona girdiğinde tuz, su ve nitrojen oksit (II) oluşur, örneğin:
Ancak bu örneklerdeki reaksiyon denklemleri koşulludur, çünkü gerçekte bir nitrojen bileşikleri karışımı elde edilir ve metalin aktivitesi ne kadar yüksekse ve asit konsantrasyonu ne kadar düşük olursa, oluşan üründeki nitrojenin oksidasyon derecesi o kadar düşük olur. diğerlerinden daha fazla.
Kraliyet votkası konsantre nitrik ve hidroklorik asitlerin bir karışımıdır. Altın, platin ve diğer değerli metalleri oksitlemek ve çözmek için kullanılır. Kral suyu içindeki hidroklorik asit, oksitlenmiş metalden oluşan karmaşık bir bileşiğin oluşumuna harcanır. Altın ve platinin kral şarabı ile reaksiyon denklemleri şu şekilde yazılmıştır:
Bazı ders kitaplarında asil metallerin kral suyu ile etkileşimine ilişkin başka bir açıklama bulunmaktadır. HNO3 ve HC1 arasındaki bu karışımda, nitrik asidin aşağıdaki denkleme göre hidroklorik asidi oksitlediği asil metaller tarafından katalize edilen bir reaksiyonun meydana geldiğine inanılmaktadır:
Nitrosil klorür NOCI kırılgandır ve aşağıdaki denkleme göre ayrışır:
Metalin oksitleyicisi, salınım anında atomik (yani çok aktif) klordur. Bu nedenle kral suyunun metallerle etkileşiminin ürünleri tuz (klorür), su ve nitrik oksittir (II):
ve karmaşık bileşikler sonraki reaksiyonlarda ikincil ürünler olarak oluşur:
Asitler– Su ile etkileşime girdiğinde oluşan karmaşık maddeler yalnızca katyonlar olarak H + iyonları (veya H 3 O +).
Asitler sudaki çözünürlüklerine göre ikiye ayrılır: çözünür Ve çözünmez . Bazı asitler kendiliğinden ayrışır ve sulu bir çözeltide pratik olarak mevcut değildir. (dengesiz) . Asitlerin sınıflandırılması hakkında detaylı bilgi okuyabilirsiniz.
Asitlerin elde edilmesi
1. Etkileşim su ile asit oksitler. Bu durumda normal koşullar altında yalnızca suya karşılık gelen oksitler reaksiyona girer. oksijen içeren çözünür asit.
asit oksit + su = asit
Örneğin , kükürt(VI) oksit oluşturmak üzere suyla reaksiyona girer sülfürik asit:
S03 + H2O → H2S04
burada silikon(IV) oksitİle su tepki vermiyor:
SiO2 + H2O ≠
2. Etkileşim hidrojen içeren metal olmayanlar. Bu şekilde yalnızca oksijensiz asitler.
Metal olmayan + hidrojen = oksijensiz asit
Örneğin, klor ile reaksiyona girer hidrojen:
H 2 0 + Cl 2 0 → 2H + Cl—
3. Tuz çözeltilerinin elektrolizi. Kural olarak asit elde etmek için asit kalıntısının oluşturduğu tuz çözeltileri elektrolize tabi tutulur. oksijen içeren asitler. Bu konu makalede daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır .
Örneğin , bakır (II) sülfat çözeltisinin elektrolizi:
2CuSO 4 + 2H 2 O → 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2
4. Asitler etkileşimle oluşur tuzlarla birlikte diğer asitler. burada Daha güçlü bir asit, daha az güçlü olanın yerini alır.
Örneğin: kalsiyum karbonat CaCO3 (karbonik asidin çözünmeyen bir tuzu) daha güçlü sülfürik asitle reaksiyona girebilir.
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O + CO2
5. Asitler elde edilebilir oksidasyon oksitler, diğer asitler ve metal olmayanlar, oksijen veya diğer oksitleyici maddelerle sulu çözelti halinde.
Örneğin, konsantre nitrik asit, fosforu fosforik asite oksitler:
P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O
Asitlerin kimyasal özellikleri
1. Sulu asit çözeltilerinde ayrışmak H + hidrojen katyonlarına ve asit kalıntılarının anyonlarına. Bu durumda kuvvetli asitler neredeyse tamamen ayrışır, zayıf asitler ise kısmen ayrışır.
Örneğin hidroklorik asit neredeyse tamamen ayrışır:
HCl → H + + Cl –
Daha doğrusu, suyun protolizi meydana gelir ve çözeltide hidronyum iyonları oluşur:
HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl –
Polibazik asitler adım adım ayrışır.
Örneğin sülfürik asit iki adımda ayrışır:
H 2 SO 3 ↔ H + + HSO 3 –
HSO 3 – ↔ H + + SO 3 2–
2. Asitler renk değiştirirgösterge.Asit renklerinin sulu bir çözeltisi turnusol V kırmızı renk, metil portakal V kırmızı renk. Fenolftalein Asitlerin varlığında renk değiştirmez.
3. Asitler ile reaksiyona girerbazlar ve bazik oksitler .
İLE çözünmeyen bazlar ve onlara karşılık gelen oksitler Sadece çözünür asitler reaksiyona girer.
çözünmeyen baz + çözünür asit = tuz + su
bazik oksit + çözünür asit = tuz + su
Örneğin, bakır (II) hidroksit, çözünür hidrobromik asitle reaksiyona girer:
Cu(OH) 2 + 2HBr → CuBr 2 + 2H20
Bu durumda bakır (II) hidroksit, çözünmeyen silisik asit ile etkileşime girmez.
Cu(OH)2 + H2SiO3 ≠
İLE güçlü nedenler(alkaliler) ve karşılık gelen oksitler herhangi bir asitle reaksiyona girer.
Alkaliler, hem güçlü hem de zayıf herhangi bir asitle reaksiyona girer . Bu durumda orta tuz ve su oluşur. Bu reaksiyonlara denir nötrleşme reaksiyonları. Eğitim de mümkün ekşi tuz Asit polibazik ise, belirli bir reaktif oranında veya aşırı asit. İÇİNDE aşırı alkali orta tuz ve su oluşur:
alkali (fazla) + asit = orta tuz + su
alkali + polibazik asit (fazla) = asit tuzu + su
Örneğin, sodyum hidroksit, tribazik fosforik asit ile etkileşime girdiğinde 3 tip tuz oluşturabilir: dihidrojen fosfatlar, fosfatlar veya hidrofosfatlar.
Bu durumda dihidrojen fosfatlar asit fazlalığında veya reaktiflerin molar oranı (madde miktarlarının oranı) 1:1 olduğunda oluşur.
NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H20
Alkali ve asidin molar oranı 1:2 olduğunda hidrofosfatlar oluşur:
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O
Alkali fazlalığında veya alkalinin asite molar oranı 3:1 olduğunda alkali metal fosfat oluşur.
3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
4. Çözünür asitler ile reaksiyona gireramfoterik oksitler ve hidroksitler.
Çözünür asit + amfoterik oksit = tuz + su
Çözünür asit + amfoterik hidroksit = tuz + su
Örneğin asetik asit alüminyum hidroksit ile reaksiyona girer:
3CH3COOH + Al(OH)3 → (CH3COO)3 Al + 3H20
5. Bazı asitlergüçlü indirgeyici ajanlar. İndirgeyici maddeler, metal olmayanlar tarafından minimum veya ara oksidasyon durumu oksidasyon durumlarını artırabilen (hidrojen iyodür HI, sülfürlü asit H2S03, vb.).
Örneğin , Hidrojen iyodür bakır (II) klorür ile oksitlenebilir:
2HI - + 2Cu +2 Cl 2 → 2HCl + 2Cu + Cl + I 2 0
6. Asitler ile reaksiyona girertuzlar.
Asitler reaksiyona girer çözünebilir tuzlar ile sadece şu şartla reaksiyon ürünlerinde mevcutgaz, su, tortu veya diğer zayıf elektrolit . Bu tür reaksiyonlar mekanizmaya göre ilerler iyon değişimi.
Asit 1 + çözünür tuz 1 = tuz 2 + asit 2/oksit + su
Örneğin , hidroklorik asit çözeltideki gümüş nitratla reaksiyona girer:
Ag + NO 3 — + H + Cl — → Ag + Cl — ↓ + H + NO 3 —
Asitler ile reaksiyona girer çözünmeyen tuzlar.Şu tarihte: Bu Daha güçlü asitler, daha az güçlü asitleri tuzlardan uzaklaştırır .
Örneğin , kalsiyum karbonat (karbonik asit tuzu), hidroklorik asitle reaksiyona girer (karbonik asitten daha güçlü):
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + C02
5. Asitler ile reaksiyona girerasidik ve bazik tuzlar.burada Daha güçlü asitler, daha az güçlü olanları asit tuzlarından uzaklaştırır. Veya asidik tuzlar asitlerle reaksiyona girerek daha asidik tuzlar oluşturur.
asit tuzu 1 + asit 1 = ortalama tuz 2 + asit 2 /oksit + su
Örneğin , Potasyum bikarbonat hidroklorik asitle reaksiyona girerek potasyum klorür, karbondioksit ve su oluşturur:
KHCO3 + HCl → KCl + C02 + H20
Daha örnek : Potasyum hidrojen fosfat fosforik asitle reaksiyona girerek potasyum dihidrojen fosfat oluşturur:
H3PO4 + K2HPO4 → 2KH2PO4
Etkileşimde bulunurken temel tuzlar asitlerle oluşan orta tuzlar. Daha güçlü asitler ayrıca daha az güçlü olanları tuzlardan uzaklaştırır.
Örneğin , Bakır(II) hidroksikarbonat sülfürik asitte çözünür:
2H 2 SO 4 + (CuOH) 2 CO 3 → 2CuSO 4 + 3H 2 O + CO 2
Bazik tuzlar kendi asitleriyle etkileşime girebilir. Bu durumda asit tuzdan uzaklaştırılmaz, ancak daha fazla ortalama tuz basitçe oluşturulur.
Örneğin , Alüminyum hidroksiklorür hidroklorik asitle reaksiyona girer:
Al (OH) Cl2 + HCl → AlCl3 + H20
6. Asitler ile reaksiyona girermetaller.
Bu durumda oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu meydana gelir. Fakat mineral asitler Ve oksitleyici asitler farklı etkileşime girer.
İLE mineral asitler hidroklorik asit HC1, seyreltik sülfürik asit H2S04, fosforik asit H3PO4, hidroflorik asit HF, hidrobromik asit HBr ve hidroiyodik asit HI'yi içerir.
Bu tür asitler etkileşime girer yalnızca hidrojene kadar aktivite serisinde yer alan metallerle:
Mineral asitler metallerle etkileşime girdiğinde oluşurlar. tuz ve hidrojen:
mineral asit + metal = tuz + H2
Örneğin , ütü demir (II) klorür oluşturmak üzere hidroklorik asitle reaksiyona girer:
Fe + 2H + Cl → Fe +2 Cl 2 + H 2 0
Hidrojen sülfür asit H2S, kömür H2C03, kükürtlü H2SO3 ve metalli silikon H2SiO3 etkileşimde bulunma.
Oksitleyici asitler(herhangi bir konsantrasyonda nitrik asit HNO 3 ve konsantre sülfürik asit H 2 SO 4 (kons.)) metallerle etkileşime girdiğinde hidrojen oluşturma, Çünkü Oksitleyici madde hidrojen değil, nitrojen veya kükürttür. Nitrik ve sülfürik asitlerin indirgenme ürünleri farklıdır. Bunları özel kurallara göre belirlemek daha iyidir. Bu kurallar makalede ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. Bunları ezberlemenizi şiddetle tavsiye ederim.
7. Bazı asitler ayrışmak ısıtıldığında.
Kömür H 2 CO 3 , kükürtlü H 2 SO 3 ve azotlu HNO 2 asitleri ısınmadan kendiliğinden ayrışır:
H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
H 2 SO 3 → H 2 O + SO 2
2HNO2 → NO + H2O + NO2
Silikon H 2 SiO 3 ve hidroiyodik HI asitleri ısıtıldığında ayrışır:
H 2 SiO 3 → H 2 O + SiO 2
2HI → H2 + I2
Nitrik asit HNO 3 ısıtıldığında veya ışığa maruz bırakıldığında ayrışır:
4HNO3 → Ö2 + 2H2Ö + 4NO2