Вопросы и задания 1. Перечислите известные вам способы получения водорода: а) в лаборатории; 6) в промышленности. 2. По рисунку 61 расскажите о различных областях применения водорода. Проил люстрируйте свой ответ уравнениями химических реакций. 3. Какое вещество является восстановителем в реакции углерода с водяным паром? Объясните ответ. DILLA 4. Вольфрам W получают восстановлением оксида вольфрама(VI) водородом. Ка- кой объём водорода (н. у.) требуется для получения 1 кг вольфрама?

1. Перечислите известные вам способы получения водорода:

а) в лаборатории;

б) в промышленности.

Решение:

а) В лаборатории водород можно получить несколькими способами:

• Взаимодействие кислот с металлами, стоящими в ряду активности левее водорода: $$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$$ Цинк реагирует с соляной кислотой, образуя хлорид цинка и водород.
• Электролиз воды: $$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 + O_2$$ При электролизе воды образуются водород и кислород.
• Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой: $$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$$ Натрий реагирует с водой, образуя гидроксид натрия и водород.

б) В промышленности водород получают:

• Паровая конверсия метана: $$CH_4 + H_2O \xrightarrow{t, Ni} CO + 3H_2$$ Метан реагирует с водяным паром при высокой температуре в присутствии никелевого катализатора, образуя угарный газ и водород.
• Газификация угля: $$C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$$ Уголь реагирует с водяным паром при высокой температуре, образуя угарный газ и водород.
• Электролиз воды (в больших масштабах): $$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 + O_2$$ При электролизе воды образуются водород и кислород.

Ответ: Перечислены способы получения водорода в лаборатории и промышленности.

---

2. По рисунку 61 расскажите о различных областях применения водорода. Проиллюстрируйте свой ответ уравнениями химических реакций.

К сожалению, рисунок 61 отсутствует. Приведу примеры областей применения водорода и проиллюстрирую уравнениями химических реакций.

• Производство аммиака (для удобрений): $$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$$ Азот реагирует с водородом, образуя аммиак.
• Гидрирование растительных масел (для производства маргарина): $$C_{17}H_{31}COOH + H_2 \rightarrow C_{17}H_{33}COOH$$ Олеиновая кислота реагирует с водородом, превращаясь в стеариновую кислоту (насыщенную жирную кислоту).
• Производство метанола: $$CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH$$ Угарный газ реагирует с водородом, образуя метанол.
• В качестве ракетного топлива: $$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$$ Водород сгорает в кислороде, выделяя большое количество энергии.
• Водородная сварка: $$H_2 \rightarrow 2H$$ Водород диссоциирует на атомы, поглощая энергию, а затем рекомбинирует, выделяя тепло.

Ответ: Приведены примеры областей применения водорода и уравнения химических реакций.

---

3. Какое вещество является восстановителем в реакции углерода с водяным паром? Объясните ответ.

В реакции углерода с водяным паром восстановителем является углерод. $$C + H_2O \rightarrow CO + H_2$$ Углерод отдает электроны, повышая свою степень окисления (от 0 до +2 в угарном газе), то есть является восстановителем. Вода является окислителем, так как водород в воде принимает электроны, понижая свою степень окисления (от +1 до 0 в молекулярном водороде).

Ответ: Восстановителем является углерод, так как отдает электроны и повышает свою степень окисления.

---

4. Вольфрам W получают восстановлением оксида вольфрама(VI) водородом. Какой объём водорода (н. у.) требуется для получения 1 кг вольфрама?

Решение:

Сначала запишем уравнение реакции восстановления оксида вольфрама(VI) водородом: $$WO_3 + 3H_2 \rightarrow W + 3H_2O$$

Молярная масса вольфрама (W) составляет примерно 183,84 г/моль. Молярная масса оксида вольфрама (VI) составляет примерно 231,84 г/моль.

1 кг вольфрама = 1000 г. Найдем количество вещества вольфрама: $$n(W) = \frac{1000 \text{ г}}{183.84 \text{ г/моль}} \approx 5.44 \text{ моль}$$

Согласно уравнению реакции, на 1 моль вольфрама требуется 3 моль водорода. Следовательно, количество вещества водорода, необходимого для получения 5.44 моль вольфрама: $$n(H_2) = 3 \times n(W) = 3 \times 5.44 \approx 16.32 \text{ моль}$$

Молярный объём газа при нормальных условиях (н. у.) составляет 22.4 л/моль. Найдем объём водорода, необходимого для получения 1 кг вольфрама: $$V(H_2) = n(H_2) \times 22.4 \text{ л/моль} = 16.32 \times 22.4 \approx 365.6 \text{ л}$$

Ответ: 365.6 л