Номер 3, страница 73 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 15. Водород. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 3, страница 73.

3. Охарактеризуйте применение водорода на основе его свойств.

Применение водорода тесно связано с его уникальными физическими и химическими свойствами. Рассмотрим основные из них.

1. Водород как восстановитель

Одним из ключевых химических свойств водорода является его способность выступать в роли сильного восстановителя, особенно при повышенных температурах. Он способен отнимать кислород у многих металлов из их оксидов.
Пример реакции восстановления оксида меди (II):
$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$
Это свойство широко используется в металлургии для получения чистых тугоплавких металлов, таких как вольфрам ($W$), молибден ($Mo$), рений ($Re$) и другие, из их оксидов.

Ответ: Благодаря своим восстановительным свойствам водород применяется в металлургии для получения чистых металлов из их оксидов.

2. Высокая теплота сгорания

Водород горит в кислороде или на воздухе с выделением большого количества теплоты (286 кДж/моль). Продуктом этой реакции является только вода, что делает водород экологически чистым топливом.
$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + Q$
Это свойство определяет его применение в нескольких областях:

- Ракетное топливо: Жидкий водород в паре с жидким кислородом является одним из самых эффективных видов ракетного топлива по удельному импульсу.

- Водородная энергетика: Водород рассматривается как перспективное топливо будущего. Его можно сжигать в двигателях внутреннего сгорания или использовать в топливных элементах для прямого преобразования химической энергии в электрическую.

- Сварка и резка металлов: В кислородно-водородных горелках достигается температура до 2800 °C, что позволяет сваривать и резать тугоплавкие металлы.

Ответ: Высокая теплота сгорания и экологическая чистота продукта (воды) позволяют использовать водород как ракетное топливо, топливо для энергетики, а также для высокотемпературной сварки и резки металлов.

3. Взаимодействие с простыми веществами (неметаллами)

Водород вступает в реакции со многими неметаллами, образуя важные для промышленности соединения.

- Синтез аммиака: Реакция водорода с азотом при высоком давлении, температуре и в присутствии катализатора (процесс Габера-Боша) является основой для производства аммиака.
$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$
Аммиак, в свою очередь, используется для производства азотных удобрений, азотной кислоты и взрывчатых веществ.

- Синтез хлороводорода: Реакция с хлором приводит к образованию хлороводорода, водный раствор которого — соляная кислота.
$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

- Синтез метанола: Водород используется в синтезе метилового спирта из оксида углерода(II).
$CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH$

Ответ: Способность водорода реагировать с азотом, хлором и оксидом углерода лежит в основе крупнотоннажных химических производств аммиака, соляной кислоты и метанола.

4. Реакции гидрирования (гидрогенизации)

Водород способен присоединяться по кратным (двойным и тройным) связям в молекулах ненасыщенных органических соединений. Этот процесс называется гидрированием.
Важнейший пример — гидрирование жидких растительных масел (ненасыщенных жиров) для получения твердых жиров (маргарина).
Это свойство также используется в нефтеперерабатывающей промышленности для гидрокрекинга и гидроочистки нефтепродуктов (удаления серы).

Ответ: В пищевой промышленности водород используется для гидрирования масел при производстве маргарина, а в нефтехимии — для улучшения качества топлива.

5. Низкая плотность (лёгкость)

Водород — самое лёгкое из всех известных веществ. Его плотность при нормальных условиях примерно в 14.5 раз меньше плотности воздуха.
Ранее это свойство использовалось для наполнения воздухоплавательных аппаратов — дирижаблей и аэростатов. Однако из-за высокой горючести и взрывоопасности в смеси с воздухом (гремучий газ) его применение в этой области было прекращено после ряда катастроф (например, крушение дирижабля «Гинденбург»). В настоящее время для этих целей используют инертный и негорючий, хотя и более дорогой, гелий.

Ответ: Благодаря своей чрезвычайно низкой плотности водород исторически применялся для наполнения дирижаблей и аэростатов, но из-за взрывоопасности был заменен гелием.