Страница 60 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

7. Заполните схему.

Применение водорода

$H_2$

Решение

Водород ($H_2$) — самый распространенный элемент во Вселенной, обладающий уникальными свойствами, которые обуславливают его широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Заполним предложенную схему, указав шесть ключевых областей использования водорода.

Верхний левый блок: В химической промышленности водород является важнейшим сырьем для синтеза аммиака по процессу Габера-Боша. Полученный аммиак далее используется для производства азотных удобрений, что имеет огромное значение для сельского хозяйства. Уравнение реакции: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$.

Ответ: Производство аммиака и удобрений.

Средний левый блок: В пищевой промышленности водород используется в процессе гидрогенизации. Этот процесс заключается в присоединении водорода к молекулам ненасыщенных жидких растительных масел, что приводит к их отвердеванию. Таким образом получают маргарин и другие пищевые жиры.

Ответ: Производство маргарина (гидрогенизация жиров).

Нижний левый блок: В металлургии водород применяют в качестве сильного восстановителя для получения чистых тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден, рений, из их оксидов. Процесс ведут при высоких температурах. Пример: $WO_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} W + 3H_2O$.

Ответ: Восстановление металлов из оксидов.

Верхний правый блок: Жидкий водород в паре с жидким кислородом является одним из самых эффективных видов ракетного топлива по удельному импульсу. При его сгорании выделяется огромное количество энергии, что позволяет выводить космические аппараты на орбиту.

Ответ: Ракетное топливо.

Средний правый блок: Водород является основой водородной энергетики. Он используется в топливных элементах для прямого преобразования химической энергии в электрическую. Этот метод считается экологически чистым, так как единственным продуктом реакции является вода: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + \text{энергия}$.

Ответ: Экологически чистое топливо (топливные элементы).

Нижний правый блок: В нефтеперерабатывающей промышленности водород используется в процессах гидрокрекинга и гидроочистки. Гидрокрекинг позволяет расщеплять тяжелые углеводородные фракции нефти на более легкие и ценные (бензин, керосин), а гидроочистка — удалять сернистые соединения, улучшая качество топлива.

Ответ: Переработка нефти (гидрокрекинг, гидроочистка).

1. Составьте уравнения реакций на основе схем:

a) $N_2 + \text{_______} \to NH_3$
аммиак

б) $HCl + Al \to AlCl_3$
соляная
кислота
хлорид
алюминия

в) $PbO_2 + \text{_______} \to Pb + H_2O$

г) $V_2O_5 + H_2 \to V + \text{_______}$

Подпишите названия всех веществ.

а) В реакцию с азотом ($N_2$) для получения аммиака ($NH_3$) вступает водород ($H_2$). Это реакция соединения. Для уравнивания количества атомов элементов в левой и правой частях уравнения необходимо расставить коэффициенты. Слева 2 атома азота, поэтому ставим коэффициент 2 перед $NH_3$. Теперь справа 6 атомов водорода ($2 \times 3$), следовательно, слева перед $H_2$ ставим коэффициент 3.

Завершенное и сбалансированное уравнение:

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

Названия веществ:
$N_2$ — азот
$H_2$ — водород
$NH_3$ — аммиак

Ответ: $N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

б) Взаимодействие соляной кислоты ($HCl$) с алюминием ($Al$) является реакцией замещения. Активный металл алюминий вытесняет водород из кислоты, в результате чего образуется соль (хлорид алюминия $AlCl_3$) и выделяется газообразный водород ($H_2$). Уравняем реакцию. Начнем с уравнивания хлора: слева 1 атом, справа 3. Ставим коэффициент 6 перед $HCl$ (т.к. нужно будет уравнивать и водород). Тогда перед $AlCl_3$ ставим 2, чтобы уравнять хлор ($2 \times 3 = 6$). Теперь уравниваем алюминий, ставя коэффициент 2 перед $Al$. Наконец, уравниваем водород: слева 6 атомов, значит перед $H_2$ ставим коэффициент 3 ($3 \times 2 = 6$).

Завершенное и сбалансированное уравнение:

$6HCl + 2Al \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$

Названия веществ:
$HCl$ — соляная кислота (хлороводородная кислота)
$Al$ — алюминий
$AlCl_3$ — хлорид алюминия
$H_2$ — водород

Ответ: $6HCl + 2Al \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$

в) В данной схеме происходит восстановление оксида свинца(IV) ($PbO_2$) до металлического свинца ($Pb$). Так как в продуктах реакции присутствует вода ($H_2O$), можно сделать вывод, что восстановителем является водород ($H_2$). Для балансировки уравнения уравняем кислород: справа 1 атом, слева 2. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$. Теперь справа 4 атома водорода ($2 \times 2 = 4$), значит, слева перед $H_2$ ставим коэффициент 2.

Завершенное и сбалансированное уравнение:

$PbO_2 + 2H_2 \rightarrow Pb + 2H_2O$

Названия веществ:
$PbO_2$ — оксид свинца(IV)
$H_2$ — водород
$Pb$ — свинец
$H_2O$ — вода

Ответ: $PbO_2 + 2H_2 \rightarrow Pb + 2H_2O$

г) Это реакция восстановления оксида ванадия(V) ($V_2O_5$) водородом ($H_2$). Продуктами являются металлический ванадий ($V$) и вода ($H_2O$). Для уравнивания сначала сбалансируем ванадий: слева 2 атома, значит, ставим коэффициент 2 перед $V$. Затем кислород: слева 5 атомов, ставим коэффициент 5 перед $H_2O$. Теперь справа 10 атомов водорода ($5 \times 2 = 10$), поэтому ставим коэффициент 5 перед $H_2$.

Завершенное и сбалансированное уравнение:

$V_2O_5 + 5H_2 \rightarrow 2V + 5H_2O$

Названия веществ:
$V_2O_5$ — оксид ванадия(V)
$H_2$ — водород
$V$ — ванадий
$H_2O$ — вода

Ответ: $V_2O_5 + 5H_2 \rightarrow 2V + 5H_2O$

2. Сравните лабораторные способы получения водорода и кислорода.

Признаки сравненияВодородКислород

Прибор

Реактивы

Уравнения реакций

Окончание

Признаки сравненияВодородКислород

Собирание

Распознавание

Прибор

Водород: Для получения водорода в лаборатории чаще всего используют аппарат Киппа или его упрощенный аналог: колбу Вюрца или обычную колбу (или пробирку) с газоотводной трубкой. В колбу через делительную или капельную воронку к металлу постепенно добавляют кислоту. Реакция протекает при комнатной температуре и не требует нагревания.
Ответ: Аппарат Киппа или колба с воронкой и газоотводной трубкой.

Кислород: Для получения кислорода из твердых веществ (например, перманганата калия) используют прибор, состоящий из пробирки, закрепленной горизонтально или с небольшим наклоном к отверстию в лабораторном штативе, и газоотводной трубки. Пробирку с исходным веществом необходимо нагревать при помощи спиртовки или горелки.
Ответ: Пробирка с газоотводной трубкой, штатив и нагревательный прибор (спиртовка).

Реактивы

Водород: Активный или средней активности металл (например, цинк $Zn$, железо $Fe$ или магний $Mg$) и разбавленная кислота (соляная $HCl$ или серная $H_2SO_4$).
Ответ: Металл (цинк) и разбавленная кислота (соляная или серная).

Кислород: Вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением кислорода, например, перманганат калия $KMnO_4$ или хлорат калия $KClO_3$. Также кислород получают разложением пероксида водорода $H_2O_2$ в присутствии катализатора (оксида марганца(IV) $MnO_2$), эта реакция не требует нагревания.
Ответ: Перманганат калия ($KMnO_4$) или пероксид водорода ($H_2O_2$) в присутствии катализатора ($MnO_2$).

Уравнения реакций

Водород: Взаимодействие цинка с соляной кислотой:
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$
Ответ: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Кислород: Термическое разложение перманганата калия:
$2KMnO_4 \xrightarrow{t^{\circ}C} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$
Разложение пероксида водорода:
$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$
Ответ: $2KMnO_4 \xrightarrow{t^{\circ}C} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$

Собирание

Водород: Водород — самый легкий газ, он легче воздуха примерно в 14.5 раз и практически нерастворим в воде. Его можно собирать двумя способами: 1) методом вытеснения воздуха (пробирку или сосуд-приемник держат дном вверх); 2) методом вытеснения воды.
Ответ: Методом вытеснения воздуха (сосуд дном вверх) или методом вытеснения воды.

Кислород: Кислород немного тяжелее воздуха и малорастворим в воде. Его также можно собирать двумя способами: 1) методом вытеснения воды (этот способ предпочтительнее, так как позволяет получить более чистый газ); 2) методом вытеснения воздуха (сосуд-приемник держат дном вниз).
Ответ: Методом вытеснения воды или методом вытеснения воздуха (сосуд дном вниз).

Распознавание

Водород: К отверстию сосуда с водородом подносят зажженную лучинку. Чистый водород сгорает спокойно, а в смеси с воздухом он взрывается с характерным "лающим" звуком или хлопком.
Ответ: Поднесение зажженной лучинки, которая вызывает хлопок.

Кислород: В сосуд с кислородом вносят тлеющую лучинку (без пламени). В присутствии кислорода лучинка ярко вспыхивает и загорается, так как кислород поддерживает горение.
Ответ: Внесение тлеющей лучинки, которая ярко вспыхивает.