Номер 1, страница 163 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

1. Назовите:

а) изотопы водорода;

б) возможные степени окисления атома водорода;

в) группы веществ, с которыми может реагировать водород;

г) реагенты для получения водорода в лаборатории.

а) изотопы водорода

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковый заряд ядра (число протонов), но разное массовое число (из-за разного числа нейтронов в ядре). Водород имеет три основных изотопа, каждый из которых имеет собственное название:

Протий ($^{1}H$) — наиболее распространенный изотоп водорода (более 99,98%). Его ядро состоит только из одного протона.

Дейтерий ($^{2}H$ или D), также известный как тяжелый водород. Его ядро содержит один протон и один нейтрон. Содержание в природе — около 0,015%.

Тритий ($^{3}H$ или T) — радиоактивный изотоп водорода. Его ядро состоит из одного протона и двух нейтронов. В природе встречается в следовых количествах.

Ответ: Протий ($^{1}H$), дейтерий ($^{2}H$ или D) и тритий ($^{3}H$ или T).

б) возможные степени окисления атома водорода

Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи в соединении являются ионными. Атом водорода может проявлять три степени окисления:

+1 — наиболее характерная степень окисления. Водород проявляет её в соединениях с более электроотрицательными элементами (большинством неметаллов). Например, в воде ($H_2^{+1}O^{-2}$), хлороводороде ($H^{+1}Cl^{-1}$), аммиаке ($N^{-3}H_3^{+1}$).

-1 — эту степень окисления водород проявляет в соединениях с менее электроотрицательными элементами — активными металлами (щелочными и щелочноземельными). Такие соединения называются гидридами. Например, в гидриде натрия ($Na^{+1}H^{-1}$), гидриде кальция ($Ca^{+2}H_2^{-1}$).

0 — степень окисления, которую водород имеет в простом веществе — молекуле водорода ($H_2^0$).

Ответ: +1, -1, 0.

в) группы веществ, с которыми может реагировать водород

Водород является химически активным веществом, особенно при нагревании, и может выступать как в роли восстановителя, так и в роли окислителя. Он реагирует со следующими группами веществ:

Активные металлы: Водород реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами, выступая в роли окислителя и образуя гидриды.

Пример: $2Na + H_2 \rightarrow 2NaH$

Неметаллы: Водород реагирует с большинством неметаллов (галогенами, кислородом, серой, азотом), выступая в роли восстановителя.

Примеры: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$; $2H_2 + O_2 \xrightarrow{t} 2H_2O$; $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ (в присутствии катализатора, при высоких температуре и давлении).

Оксиды металлов: Водород является хорошим восстановителем и используется для получения металлов из их оксидов (для металлов, стоящих в ряду активности после алюминия).

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

Ненасыщенные органические соединения: Водород вступает в реакции гидрирования (присоединения) с соединениями, содержащими двойные или тройные связи (алкены, алкины, арены), в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd).

Пример: $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_3$

Ответ: Активные металлы, неметаллы, оксиды металлов, ненасыщенные органические соединения.

г) реагенты для получения водорода в лаборатории

В лабораторных условиях водород чаще всего получают следующими способами, используя соответствующие реагенты:

Взаимодействие металлов с кислотами: Используют металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода (например, цинк, железо, магний), и растворы кислот (чаще всего соляной или разбавленной серной). Это основной лабораторный способ, часто реализуемый в аппарате Киппа.

Пример: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Взаимодействие активных металлов с водой: Щелочные (Na, K) и некоторые щелочноземельные (Ca) металлы бурно реагируют с водой с выделением водорода.

Пример: $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

Взаимодействие амфотерных металлов со щелочами: Цинк или алюминий реагируют с водными растворами щелочей.

Пример: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

Электролиз воды: При пропускании постоянного электрического тока через воду (в которую для повышения электропроводности добавлен электролит, например, $NaOH$ или $H_2SO_4$) она разлагается на водород (на катоде) и кислород (на аноде).

Уравнение: $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Гидролиз гидридов активных металлов: Гидриды натрия или кальция легко реагируют с водой.

Пример: $CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2 \uparrow$

Ответ: 1) Металлы (например, Zn, Fe) и кислоты (например, HCl, $H_2SO_4$ (разб.)); 2) Активные металлы (например, Na, Ca) и вода; 3) Амфотерные металлы (например, Al, Zn) и растворы щелочей.