Химия, 8 класс. Элементарные основы неорганической химии

Получение водорода в промышленности

В промышленности водород часто получают в результате так называемой газопаровой конверсии угля, когда над раскаленным углем (коксом) пропускают водяной пар. При высокой температуре атомы водорода в воде замещаются на атомы углерода. В результате реакции образуется угарный газ и водород:

C + H2O = CO + H2

Далее смесь полученных газов разделяют или используют без разделения. Смесь угарного газа с водородом называют синтез-газом.

Также водород получают из газа метана:

Важнейшие классы неорганических соединений

К важнейшим классам неорганических соединений относятся оксиды, кислоты, основания и соли.

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух видов химических элементов, одним из которых является кислород. Оксиды делятся на кислотные (в основном оксиды неметаллов) и основные (оксиды многих металлов). Кислотные оксиды реагируют с щелочами, в результате чего образуется соль. Соли также образуются в результате взаимодействия основного оксида с кислотой.

Генетическая связь между важнейшими классами неорганических веществ

Все вещества делят на отдельные классы. Вещества, принадлежащие одному классу, обладают сходными свойствами.

Связь между классами веществ иерархическая. Так вещества в первую очередь делят на простые и сложные. Далее простые вещества делят на металлы и неметаллы. Сложные — на оксиды, кислоты, основания, соли, гидриды, карбиды и др. В свою очередь внутри этих классов веществ выделяют свои подгруппы.

Реакции обмена в водных растворах

Между кислотами, основаниями и солями реакции обмена в водных растворах протекают, если одним из продуктов реакции является осадок, вода или газ.

Если к раствору хлорида кальция прилить раствор карбоната натрия, то выпадет осадок карбоната кальция. Это свидетельство протекания реакции обмена:

CaCl2 + Na2CO3 = 2NaCl + CaCO3
AgNO3 + NaCl = NaNO3 + AgCl↓

Взаимодействие веществ, обладающих кислотными и основными свойствами

Кислоты и основания вступают в реакцию друг с другом. При этом образуются соль и вода. Такие реакции называются реакциями нейтрализации, так как после их протекания среда становится нейтральной, а не кислотной или щелочной.

NaOH + HCl = NaCl + H2O
Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O

Реакция нейтрализации принадлежит к реакциям обмена.

Общая характеристика оксидов

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из атомов двух химических элементов, одним из которых является кислород. Например, CO2, CaO, Fe2O3, K2O. Самый известный оксид — это вода — оксид водорода (H2O).

Валентность кислорода равна II.

Оксиды можно получить окислением простых веществ кислородом:

S + O2 = SO2
Fe + O2 = Fe2O3

Соли

Соли — это вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.

Самой известной нам солью является поваренная соль — хлорид натрия (NaCl).

Соли образуются при замещении водорода в кислотах на металл:

2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Из солей, которые растворимы в воде, можно вытеснить металл более активным металлом:

Zn + Pb(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Pb

Кислоты

Во фруктах содержатся различные органические кислоты. Это лимонная, щавелевая, яблочная кислоты и др. Помимо органических кислот существует множество неорганических, или минеральных. Молекулы неорганических кислот состоят из меньшего количества атомов и в них содержится не углерод (в большинстве неорганических кислот), а другие химические элементы.

Важными неорганическими кислотами являются:

Применение водорода

Водород используют в различных отраслях промышленности.

Много водорода уходит на производство аммиака (NH3). Далее из аммиака получают азотные удобрения, синтетические волокна и пластмассы, лекарства.

Из водорода и хлора производят хлороводород (HCl) и соляную кислоту (водный раствор HCl).

Водород используют при производстве различных органических веществ. Например, для производства метилового спирта используют смесь водорода с угарным газом (CO) — синтез-газ.

Химические свойства водорода

Водород — горючий газ, он может сгорать на воздухе. В смеси водорода с кислородом при комнатной температуре реакция не протекает. Однако при поджигании смеси происходит реакция со взрывом. Если объемы водорода и кислорода находятся в соотношении 2:1, то происходит сильный взрыв. Такую смесь называют гремучим газом.

Чистый водород в пробирке сгорает с тихим звуком. Если же водород смешан с воздухом, то он взрывается с лающим звуком, такая смесь опасна. При поджигании водорода пробирку держат вверх дном, так как водород легче воздуха.

Получение водорода в лаборатории

Если подействовать на ряд металлов кислотой, то при этом выделяется водород. Водород горюч, если его поджечь в воздухе, то он сгорает с образованием водяных паров.

В лабораториях водород получают в результате реакции замещения водорода в соляной или серной кислотах на цинк. В пробирку кладут цинк и приливают кислоту. На поверхности металла начинают образовываться пузырьки, газ поднимается вверх, вызывая бурление кислоты. Цинк при этом растворяется, и образуется хлорид цинка или сульфат цинка:

Характеристика водорода

Водород — первый химический элемент Периодической системы Менделеева. У водорода самый маленький и самых легкий атом, его масса равна 1 а. е. м. Водород является самым распространенным химическим элементом во Вселенной. Его очень много в звездах, в том числе и в составе Солнца. На Земле водород не является самым распространенным элементом, однако он входит в состав такого важного вещества как вода. Также содержится в органических веществах.

Как получают кислород в промышленности?

В промышленности обычно кислород получают из воздуха. Сначала воздух очищают от пыли, углекислого газа и водяных паров, после чего сжижают при сжатии и охлаждении до 200 °C. Жидкий воздух представляет собой смесь в основном азота и кислорода.

Жидкий азот начинает испаряться при более низкой температуре (–196 °C), чем кислород (–183 °C). Поэтому, если медленно нагревать жидкий воздух, то азот начинает испаряться раньше, а кислород остается в жидком состоянии. Процессы сжижения и испарения повторяют множество раз, в результате чего азот и кислород удается разделить.

Особенности горения веществ на воздухе

Горение — это химическая реакция, которая протекает с выделением тепла и света. В случае, если среди продуктов горения присутствуют твердые вещества, то горение сопровождается светящимся пламенем. Например, при горении фосфора получается светящееся пламя, а при горении водорода его нет, так как в последнем случае образуется водяной пар.

Химические свойства кислорода

При нагревании кислород вступает в реакции соединения со многими простыми веществами. При этом образуются оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород.

Например, сера, сгорая в кислороде, образует оксид серы (IV) — сернистый газ:

S + O2 = SO2

При горении угля образуется углекислый газ:

C + O2 = CO2

Как получают кислород в лаборатории

Впервые газ кислород (O2) был получен в XVIII веке английским ученым Д. Пристли. Он нагревал порошок оксида ртути (HgO) и заметил, что выделяется какой-то газ. Ученый поместил в этот газ зажженную лучинку, она горела ярче и сгорала быстрее, чем на воздухе. Также он отметил, что этим газом можно дышать, причем дышалось легче, чем на воздухе. Однако мыши через некоторое время погибали, дыша этим воздухом.

Характеристика кислорода как химического элемента и как простого вещества

Кислород (O) занимает восьмое место в Периодической системе химических элементов. То есть его порядковый номер 8. Он стоит после азота (N) и перед фтором (F).

Масса атома кислорода составляет около 16 а.е.м.

Кислород является самым распространенным на Земле химическим элементом. Он входит в состав воды, большинство горных пород, является составной частью атмосферы. Тела живых организмов больше, чем наполовину, состоят из воды, а следовательно содержат много кислорода. Кроме того кислород входит в состав органических молекул (белков, жиров и углеводов).