Номер 1, страница 43 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Как получают водород в промышленных и лабораторных условиях?

Водород, как один из важнейших химических продуктов, получают различными способами в зависимости от масштаба производства и требуемой чистоты.

Получение водорода в промышленности

В промышленных масштабах водород получают, как правило, из ископаемого топлива и воды, так как эти методы наиболее экономически выгодны.

1. Паровая конверсия метана (природного газа). Это основной промышленный способ получения водорода. Процесс проходит в две стадии при высокой температуре ($700–1000°C$) и давлении в присутствии катализатора (например, никеля):

• На первой стадии метан реагирует с водяным паром с образованием синтез-газа (смеси оксида углерода(II) и водорода):
  $CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2$

• На второй стадии оксид углерода(II) дополнительно реагирует с водяным паром для увеличения выхода водорода (процесс конверсии водяного газа):
  $CO + H_2O \rightleftharpoons CO_2 + H_2$

2. Электролиз воды. Этот метод позволяет получать водород очень высокой чистоты. Через воду, в которую для увеличения электропроводности добавляют щелочь или кислоту, пропускают постоянный электрический ток. Водород выделяется на катоде, а кислород — на аноде. Этот метод очень энергозатратен, поэтому используется реже, в основном там, где есть дешевая электроэнергия.
$2H_2O \xrightarrow{электрический\ ток} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

3. Газификация угля. При высоких температурах (около $1000°C$) уголь (углерод) реагирует с водяным паром, образуя синтез-газ:
$C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$

Ответ: В промышленности водород получают в основном паровой конверсией метана, а также электролизом воды и газификацией угля.

Получение водорода в лабораторных условиях

В лаборатории для получения небольших количеств водорода используют реакции, которые легко провести в стандартном лабораторном оборудовании.

1. Взаимодействие металлов с кислотами. Это самый распространенный лабораторный способ. Обычно используют металлы средней активности, стоящие в ряду напряжений до водорода (например, цинк, железо, магний), и разбавленные кислоты (соляную или серную). Для удобства проведения реакции часто используют аппарат Киппа.
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

2. Взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой. Эти металлы очень активно реагируют с водой с выделением водорода. Реакция протекает бурно, поэтому ее проводят с осторожностью.
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

3. Взаимодействие амфотерных металлов с растворами щелочей. Металлы, проявляющие амфотерные свойства, такие как цинк и алюминий, могут реагировать с водными растворами щелочей при нагревании.
$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

4. Электролиз воды. Как и в промышленности, этот метод можно использовать и в лаборатории для получения чистого водорода, обычно с помощью специального прибора — электролизера (например, вольтаметра Гофмана).
$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

Ответ: В лаборатории водород чаще всего получают взаимодействием металлов (например, цинка) с кислотами. Также его можно получить реакцией щелочных металлов с водой, амфотерных металлов со щелочами или электролизом воды.