Страница 112 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

В чём особенности техники безопасности при работе с водородом?

Работа с водородом требует особого внимания к технике безопасности из-за его уникальных физико-химических свойств. Особенности правил безопасности обусловлены, в первую очередь, его чрезвычайной горючестью, взрывоопасностью и летучестью.

Основные аспекты техники безопасности при работе с водородом:

• Пожаро- и взрывоопасность. Водород является чрезвычайно горючим газом. Он воспламеняется в очень широком диапазоне концентраций в воздухе (от 4% до 75% по объему). Энергия, необходимая для его поджигания, минимальна — достаточно искры от статического электричества или работы неисправного электрооборудования.
  • Смесь водорода с кислородом (в соотношении 2:1) или с воздухом (около 29% водорода) называется "гремучим газом" и является крайне взрывоопасной. Реакция горения водорода: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.
  • Правила: В помещениях, где ведутся работы с водородом, категорически запрещено использование открытого огня, курение и наличие любых источников искр. Электрооборудование должно быть во взрывозащищенном исполнении. Необходимо заземлять все оборудование для предотвращения накопления статического электричества.
• Проверка на чистоту. Перед тем как поджечь водород, выходящий из газоотводной трубки (например, в лабораторном опыте), необходимо убедиться в его чистоте, то есть в отсутствии примеси воздуха.
  • Правило: Водород собирают в перевернутую пробирку, которую затем подносят к пламени спиртовки или горелки. Если раздается тихий хлопок ("пух"), значит водород чистый, и его можно поджигать. Если слышен резкий, "лающий" звук или свист, значит в пробирке "гремучая смесь", и поджигать водород у конца газоотводной трубки опасно — может произойти взрыв всего прибора. Необходимо продолжать пропускать водород, пока проба не покажет его чистоту.
• Летучесть и отсутствие запаха. Водород — самый лёгкий газ, он в 14.5 раз легче воздуха. При утечке он быстро поднимается вверх и скапливается под потолком или в верхних частях помещений. При этом он не имеет ни цвета, ни запаха, что делает его утечку незаметной для человека.
  • Правила: Работы с водородом следует проводить в хорошо проветриваемых помещениях или под тягой в вытяжном шкафу. Вентиляция должна быть приточно-вытяжной, причем вытяжные отверстия должны располагаться вверху. Для обнаружения утечек необходимо использовать специальные газоанализаторы (детекторы водорода).
• Невидимое пламя. Водород горит практически бесцветным, бледно-голубым пламенем, которое почти невидимо при дневном свете. Это создает риск получения ожогов, так как человек может не заметить горение.
  • Правило: Для определения наличия пламени можно использовать тепловизор или аккуратно поднести к предполагаемой зоне горения какой-либо предмет, например, бумажную полоску.
• Обращение с баллонами. Водород хранится и транспортируется в стальных баллонах под высоким давлением (обычно 150-200 атм).
  • Правила: Баллоны с водородом должны быть окрашены в темно-зеленый цвет и иметь красную надпись "ВОДОРОД". Их необходимо надежно закреплять в вертикальном положении, защищать от падений, ударов и прямых солнечных лучей. При работе с баллоном используется редуктор для понижения давления.

Ответ: Особенности техники безопасности при работе с водородом связаны с его высокой горючестью и взрывоопасностью в смеси с воздухом, летучестью, отсутствием цвета и запаха, а также невидимостью пламени. Основные правила включают: исключение источников огня и искр, обеспечение эффективной вентиляции с вытяжкой вверху помещения, обязательную проверку водорода на чистоту перед поджиганием, использование специальных детекторов для обнаружения утечек и осторожное обращение с баллонами высокого давления.

Практическая работа 4. Получение водорода и исследование его свойств

• В чём особенности техники безопасности при работе с водородом?

1. Получение водорода и его собирание методом вытеснения воды. Соберите прибор, как показано на рисунке 37, и проверьте его на герметичность. В пробирку поместите несколько гранул цинка и добавьте 2–3 мл разбавленной соляной кислоты.

В течение минуты выделяющемуся из прибора газу дайте свободно выходить из пробирки (вначале выделяющийся водород содержит примесь воздуха, который находился в приборе до начала реакции). Затем конец газоотводной трубки подведите к горлышку пробирки, предварительно заполненной водой и помещённой в перевёрнутом виде в чашку с водой. Когда газ заполнит пробирку, закройте её под водой пробкой, выньте из чашки и поставьте в штатив горлышком вниз.

• Почему водород можно собрать методом вытеснения воды?

2. Получение водорода и его собирание методом вытеснения воздуха. Повторите опыт, взяв вместо соляной кислоты серную. Водород соберите в пробирку, перевёрнутую вверх дном (см. рис. 36).

• Напишите уравнения реакций цинка: а) с соляной кислотой; б) с серной кислотой.

3. Горение водорода. Проверьте собранный вами водород на чистоту. Для этого пробирку, наполненную водородом, держа отверстием вниз, поднесите к пламени горелки. Горелка должна быть размещена на расстоянии не менее 0,5 м от прибора, в котором получали водород!

Если вы собрали чистый водород, он сгорает спокойно, с характерным звуком «п-пах». Если водород содержит примесь воздуха, слышен характерный свистящий хлопок.

• В каком случае полученный газ сгорает спокойно, а в каком случае — со взрывом?

• Что образуется в результате сгорания водорода?

4. Отчёт о работе оформите в виде таблицы (см. § 5).

В чём особенности техники безопасности при работе с водородом?

Основная опасность при работе с водородом заключается в его высокой горючести и взрывоопасности в смеси с воздухом (кислородом). Смесь водорода с воздухом, в которой объёмная доля водорода составляет от 4% до 75%, является взрывчатой и называется гремучим газом. Поэтому необходимо соблюдать следующие правила:

• Все опыты проводить вдали от открытого огня и нагревательных приборов.
• Перед тем как поджигать водород, необходимо проверить его на чистоту. Для этого небольшое количество газа собирают в перевёрнутую пробирку и подносят к пламени. Чистый водород сгорает спокойно с лёгким хлопком («п-пах»), в то время как смесь с воздухом взрывается с резким «лающим» или свистящим звуком.
• Нельзя направлять отверстие пробирки или прибора, в котором происходит реакция, на себя или на соседей.
• Работу следует проводить в хорошо проветриваемом помещении.

Ответ: Особенность техники безопасности заключается в предотвращении образования взрывоопасной смеси водорода с воздухом и её контакта с источниками огня. Необходимо обязательно проверять водород на чистоту перед его поджиганием.

Почему водород можно собрать методом вытеснения воды?

Водород можно собрать методом вытеснения воды, потому что он практически нерастворим в воде и не вступает с ней в химическую реакцию при обычных условиях.

Ответ: Водород можно собрать методом вытеснения воды, так как он очень плохо растворяется в воде.

Напишите уравнения реакций цинка: а) с соляной кислотой; б) с серной кислотой.

а) Взаимодействие цинка с соляной кислотой является реакцией замещения, в результате которой образуются хлорид цинка и газообразный водород.

Уравнение реакции: $Zn + 2HCl \\rightarrow ZnCl_2 + H_2\\uparrow$

б) Взаимодействие цинка с разбавленной серной кислотой также является реакцией замещения, в результате которой образуются сульфат цинка и водород.

Уравнение реакции: $Zn + H_2SO_4 \\rightarrow ZnSO_4 + H_2\\uparrow$

Ответ: а) $Zn + 2HCl \\rightarrow ZnCl_2 + H_2\\uparrow$; б) $Zn + H_2SO_4 \\rightarrow ZnSO_4 + H_2\\uparrow$.

В каком случае полученный газ сгорает спокойно, а в каком случае — со взрывом?

Полученный газ сгорает спокойно (с тихим хлопком), если он является чистым водородом. Если же водород собран с примесью воздуха (кислорода), то такая смесь (гремучий газ) при поджигании сгорает со взрывом, который сопровождается характерным свистящим или «лающим» звуком.

Ответ: Газ сгорает спокойно, если это чистый водород, и со взрывом, если это смесь водорода с воздухом.

Что образуется в результате сгорания водорода?

В результате сгорания водорода в кислороде (или на воздухе) происходит химическая реакция соединения, продуктом которой является вода. На стенках холодной пробирки, в которой сжигали водород, можно наблюдать капельки воды.

Уравнение реакции: $2H_2 + O_2 \\rightarrow 2H_2O$

Ответ: В результате сгорания водорода образуется вода ($H_2O$).