Получение водорода
Водород получают в промышленности и в лабораторных условиях.
В промышленности водород получают следующими методами:
- Электролиз водных раствором солей.
Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре ${1000^\circ C}$, в результате получается водяной пар, который после этого пропускают над катализатором (оксидом железа III) при температуре ${450^\circ C}$. Продуктом последней реакции является водород:
${H_2O + C = H_2 + CO}$
${CO + H_2O_(пар) = CO_2 + H_2}$
Получение водорода из природного газа. Данный процесс состоит из двух стадий. Первая стадия заключается в пропускании смеси природного газа с водяным паром над никелевым катализатором при температуре ${1000^\circ C}$. ${CH_4+ H_2O = CO + 3H_2(синтез-газ)}$. Полученный водород используют для синтеза аммиака в процесс Габера -Боша.
Вторая стадия заключается в использовании реакции сдвига, после удаляют оксид углерода ${CO + H_2O_(пар) = CO_2 + H_2}$
Также водород получают с помощью каталитического окисления метана кислородом ${2CH_4 + O_2 = 2CO + 4H_2}$
Крекинг и риформинг углеводородов. В данном случае водород является побочным продуктом в результате переработки нефти.
В лабораторных условиях используют следующие методы для получения водорода:
Получение водорода путем действия разбавленных кислот на металлы:
${Zn + HCl = ZnCl_2 + H_2}$ .
Электролиз разбавленных водных растворов щелочей или кислот. На катоде при этом выделяется водород.
- Действие щелочей на цинк или алюминий ${2Al + 2NaOH + 6H_2O = 2Na[Al(OH)_4] +3 H_2}$ .
- Гидролиз гидридов.
- Взаимодействие кальция с водой ${Ca + 2H_2O = Ca(OH)_2 + H_2}$.
Химические свойства водорода
Водород может быть восстановителем, то есть проявлять в соединениях степень окисления +1, и окислителем - проявлять степень окисления -1. Рассмотрим более подробно примеры реакций для каждого случая:
Водород – восстановитель:
- ${3P + 3H_2 = 2PH_3}$,
- ${H_2 + Cl_2 = 2HCl}$,
- ${2H_2 + O_2 = 2H_2O}$,
- ${H_2 + S = H_2S}$,
- ${3H_2 + N_2 = 2NH_3}$ - обратимая реакция, протекает в присутствии катализатора и при высоком давлении,
- ${CuO + H_2 = Cu + H_2O}$,
- ${CH_2 \! - \! CH_2 + H_2 = CH_3 \! - \! CH_3}$,
- ${CO + 2H_2 = CH_3OH}$ - обратимая реакция,
- ${3H_2 + Fe_2O_3 = 2Fe + 3H_2O}$.
Водород – окислитель:
- ${2Li + H_2 = 2LiH}$.
Применение водорода
Водород применяют во многих областях. Например, для синтеза аммиака, как упоминалось ранее. Также он используется для получения неорганических веществ (производство хлороводорода), переработки нефти (гидрирование соединений серы) или же производства маргарина (гидрирование растительных масел в присутствии никелевого катализатора). Водород еще используется для синтеза метанола. Данная реакция основана на взаимодействии водорода с оксидом углерода (II) при температуре ${400^\circ C}$ и давлении в присутствии катализатора.
