Страница 59 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Оформите схему.

Распознавание

Чистый водород

Смесь водорода с воздухом, кислородом

Решение

Распознавание чистого водорода и его смеси с воздухом (или кислородом) проводят с помощью пробы на чистоту. Этот метод основан на различной скорости горения чистого водорода и его смеси с окислителем. Для проведения теста газ, который предположительно является водородом, собирают в пробирку, перевернутую вверх дном (поскольку водород легче воздуха). Затем отверстие пробирки подносят к пламени (например, горящей лучинки или спиртовки) и наблюдают за характером горения.

Чистый водород

При поднесении пробирки с чистым водородом к пламени слышится тихий, глухой хлопок или «пшик», и газ загорается спокойным, бледным голубоватым пламенем у отверстия пробирки. Это происходит потому, что водород сгорает постепенно, по мере смешивания с кислородом из окружающего воздуха. Реакция горения водорода: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.

Ответ: Чистый водород сгорает с тихим хлопком («пшиком») и спокойным пламенем.

Смесь водорода с воздухом, кислородом

Если в пробирке находится смесь водорода с воздухом или кислородом (так называемый «гремучий газ»), то при поднесении к пламени происходит резкий, «лающий» звук или микровзрыв. Это связано с тем, что в замкнутом объеме уже находится готовая смесь горючего газа (водорода) и окислителя (кислорода), и реакция горения протекает очень быстро, практически мгновенно по всему объему, имея взрывной характер. Наиболее взрывоопасна смесь, содержащая два объема водорода и один объем кислорода.

Ответ: Смесь водорода с воздухом или кислородом взрывается с резким, «лающим» звуком.

4. Физические свойства водорода: _______

Водород — химический элемент с символом H и атомным номером 1. Его простым веществом является водород ($H_2$), физические свойства которого описаны ниже.

Агрегатное состояние: При стандартных условиях (температура 0 °C и давление 1 атм) водород — это газ.

Цвет, вкус и запах: Водород является бесцветным газом, не имеющим вкуса и запаха.

Плотность: Это самое лёгкое из всех известных веществ. Его плотность при нормальных условиях составляет примерно $0,0899 \text{ кг/м}^3$ (или $0,0899 \text{ г/л}$). Он примерно в 14,5 раз легче воздуха, из-за чего обладает высокой летучестью и используется для наполнения воздушных шаров и дирижаблей (хотя сейчас это делается редко из-за его горючести).

Растворимость: Водород очень плохо растворяется в воде (около 1,6 мг в 1 литре воды при 20 °C) и в большинстве органических растворителей. Однако он хорошо растворяется в некоторых металлах, особенно в палладии (Pd), платине (Pt) и никеле (Ni).

Температуры фазовых переходов: Водород сжижается и затвердевает при очень низких температурах, что делает его одним из самых криогенных газов.

• Температура кипения: $-252,87 \text{ °C}$ ($20,28 \text{ K}$)
• Температура плавления: $-259,14 \text{ °C}$ ($14,01 \text{ K}$)

Теплопроводность: Среди всех газов водород обладает самой высокой теплопроводностью, примерно в 7 раз выше, чем у воздуха.

Электропроводность: В газообразном, жидком и твёрдом молекулярном состояниях водород является диэлектриком, то есть не проводит электрический ток.

Диффузия: Благодаря очень маленькому размеру и массе молекул, водород обладает высокой способностью к диффузии (проникновению) через пористые материалы, а при высоких температурах — даже через металлы и стекло.

Ответ: Водород — это бесцветный газ без вкуса и запаха, являющийся самым лёгким веществом. Он плохо растворим в воде, обладает очень низкими температурами кипения и плавления, высокой теплопроводностью и является электрическим изолятором (диэлектриком) в нормальных состояниях.

5. Химические свойства водорода:

а) взаимодействие с $O_2$ ___________

б) взаимодействие с $S$ ___________

в) восстановление меди из $CuO$ ___________

а) взаимодействие с O₂

Решение

Водород активно реагирует с кислородом при поджигании или в присутствии катализатора. В результате реакции образуется вода. Эта реакция является сильно экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества тепла. Смесь водорода и кислорода в объемном соотношении 2:1 называется "гремучим газом" из-за её способности взрываться. Уравнение реакции:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

В этой реакции водород выступает в качестве восстановителя, а кислород — в качестве окислителя.

Ответ: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.

б) взаимодействие с S

Решение

При нагревании (обычно при температуре 150-200 °C) водород вступает в реакцию с серой. Продуктом этой реакции является сероводород ($H_2S$) — бесцветный газ с характерным неприятным запахом тухлых яиц. Уравнение реакции:

$H_2 + S \xrightarrow{t} H_2S$

Здесь водород также является восстановителем, а сера — окислителем.

Ответ: $H_2 + S \xrightarrow{t} H_2S$.

в) восстановление меди из CuO

Решение

Водород является сильным восстановителем и используется в металлургии для получения металлов из их оксидов. При пропускании водорода над нагретым оксидом меди(II) ($CuO$), который является порошком черного цвета, водород отнимает кислород у оксида. В результате образуется металлическая медь ($Cu$) — вещество розовато-красного цвета, и вода ($H_2O$). Уравнение реакции:

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

В ходе этой реакции степень окисления меди понижается с +2 до 0 (восстановление), а степень окисления водорода повышается с 0 до +1 (окисление).

Ответ: $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$.

6. Информация, которую несёт уравнение восстановления меди из $CuO$:

1) __________

2) __________

3) __________

4) __________

1) Уравнение реакции показывает её качественный состав – какие именно вещества вступают в реакцию и какие вещества образуются в её результате. Например, в реакции восстановления меди водородом, $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$, реагентами являются оксид меди(II) и водород, а продуктами – металлическая медь и вода.
Ответ: Качественный состав участников реакции (реагентов и продуктов).

2) Уравнение реакции несёт количественную информацию. Стехиометрические коэффициенты перед формулами веществ показывают их мольные соотношения. В уравнении $CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$ все коэффициенты равны 1, что означает, что 1 моль оксида меди(II) реагирует с 1 моль водорода, образуя 1 моль меди и 1 моль воды. Это соотношение, $n(CuO) : n(H_2) : n(Cu) : n(H_2O) = 1:1:1:1$, позволяет проводить расчёты масс, объёмов и количеств веществ.
Ответ: Количественные (мольные) соотношения веществ, участвующих в реакции.

3) Уравнение позволяет классифицировать реакцию и определить роль каждого вещества. Восстановление меди из оксида – это всегда окислительно-восстановительная реакция, так как происходит изменение степеней окисления элементов. В реакции $Cu^{+2}O + H_2^0 \rightarrow Cu^0 + H_2^{+1}O$ медь понижает степень окисления (восстанавливается), значит $CuO$ – окислитель. Водород повышает степень окисления (окисляется), значит $H_2$ – восстановитель. Также эту реакцию можно классифицировать как реакцию замещения.
Ответ: Тип химической реакции и окислительно-восстановительные роли веществ.

4) В уравнении реакции часто указываются условия её протекания и агрегатные состояния веществ. Например, знак $t$ или $\Delta$ над стрелкой указывает на необходимость нагревания. Агрегатные состояния обозначаются индексами: (тв) – твёрдое, (г) – газообразное, (ж) – жидкое. Полная запись реакции может выглядеть так: $CuO_{(тв)} + H_2_{(г)} \xrightarrow{t} Cu_{(тв)} + H_2O_{(г)}$. Иногда также указывается тепловой эффект реакции ($\Delta H$ или $Q$).
Ответ: Условия протекания реакции (температура, катализатор) и агрегатные состояния веществ.