Химия · 8 класс2 четвертьТема 4Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Водород, кислоты и соли. Получение водорода, ряд активности металлов

Водород, кислоты и соли. Получение водорода, ряд активности металлов

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ2 четвертьдескрипторы ГОСО

Водород H₂ — самый легкий и распространенный элемент во Вселенной (составляет около 75% массы видимой материи). При н.у. водород — бесцветный газ без запаха и вкуса, в 14.5 раз легче воздуха (M = 2 г/моль), практически не растворим в воде.

В лаборатории водород получают взаимодействием активных металлов (Zn, Fe, Al) с растворами кислот (HCl, H₂SO₄ разб.) в аппарате Киппа или пробирке Вюрца:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑.

Поскольку водород легче воздуха, его собирают вытеснением воздуха в перевернутую вверх дном пробирку или вытеснением воды. Смесь водорода с кислородом или воздухом в объемном соотношении 2:1 называется «гремучим газом» и взрывается от малейшей искры с образованием воды.

Схема: Аппарат Киппа для получения H₂ и ряд активности металлов

Анимированная модель
1. Окислительная зона (~1500 °C)2. Светящаяся зона (~500 °C)3. Темная зона (~300 °C)Пробирка в лапке штативаПриемник газаГорелка / Спиртовка
Металлы левее водорода вытесняют H₂ из растворов кислот-неокислителей (HCl, H₂SO₄ разб).
Легчайший газ

Молекулярный водород H₂

Неполярная двухатомная молекула с прочной ковалентной связью (энергия разрыва 436 кДж/моль).
Взрывоопасная смесь

Гремучий газ

Смесь двух объемов H₂ и одного объема O₂, взрывающаяся с колоссальной скоростью детонации.

Проверка на чистоту

Перед поджиганием водорода обязательна проба на чистоту в маленькой пробирке для предотвращения взрыва реактора!

Шаг 1
Сборка реактора
Поместить гранулы цинка в колбу и залить 15%-ной соляной кислотой.
Шаг 2
Сбор газа
Собирать водород в перевернутую пробирку вытеснением воздуха.
Шаг 3
Проба на чистоту
Поднести пробирку к пламени спиртовки: чистый H₂ дает тихий хлопок.
Лабораторное получение водорода
Zn+2HCl⟶ZnCl2+H2↑\text{Zn} + 2\text{HCl} \longrightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow
Чистый водород в пробирке сгорает с глухим тихим звуком «п-пах», а с примесью воздуха — с резким лающим свистом.

В 1865 году выдающийся ученый Н.Н. Бекетов расположил металлы по убыванию их химической активности (восстановительной способности) в ряд напряжений:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H₂), Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Закономерности ряда активности:

1. Металлы, стоящие левее водорода (от Li до Pb), вытесняют водород из растворов неокисляющих кислот (HCl, H₂SO₄ разб., H₃PO₄):

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑.

Металлы, стоящие правее водорода (Cu, Ag, Au), с неокисляющими кислотами НЕ РЕАГИРУЮТ (Cu + HCl ≠).

2. Каждый предыдущий металл в ряду вытесняет последующие металлы из водных растворов их солей:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓ (железный гвоздь покрывается слоем красной меди).

Ряд Бекетова

Ряд активности металлов

Последовательность металлов по убыванию их способности отдавать электроны в водных растворах.
Тип превращения

Реакция замещения

Процесс, при котором атомы простого вещества замещают атомы элемента в сложном веществе: A + BC = AC + B.

Щелочные металлы

Металлы от Li до Na нельзя использовать для вытеснения других металлов из растворов солей, так как они мгновенно бурно реагируют с водой растворителя.

Шаг 1
Поиск металла в ряду
Найти положение металла относительно водорода (до H₂ или после H₂).
Шаг 2
Проверка кислоты
Убедиться, что кислота не является концентрированной серной или азотной.
Шаг 3
Запись продуктов
Если металл левее H₂ — записать соль металла и выделить H₂↑; если правее — реакция не идет.
Правило вытеснения водорода
Ме (до H2)+Кислота⟶Соль+H2↑\text{Ме (до H}_2) + \text{Кислота} \longrightarrow \text{Соль} + \text{H}_2\uparrow
Кислоты-окислители (HNO₃ любой концентрации и концентрированная H₂SO₄) водород не выделяют!

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотных остатков (HCl — хлорид, H₂SO₄ — сульфат, HNO₃ — нитрат, H₃PO₄ — фосфат).

Соли — это продукты замещения атомов водорода в кислотах на атомы металлов (или ионы аммония NH₄⁺). Соли состоят из катионов металлов и анионов кислотных остатков.

Классификация солей:

• Средние (нормальные) соли — полное замещение атомов водорода: NaCl, K₂SO₄, Ca₃(PO₄)₂;

• Кислые соли — неполное замещение водорода в многоосновных кислотах: NaHCO₃ (пищевая сода), KH₂PO₄;

• Основные соли — неполное замещение гидроксогрупп в многокислотных основаниях: Cu₂(OH)₂CO₃ (малахит).

Класс неорганики

Кислота

Электролит, диссоциирующий в водном растворе с образованием катионов гидроксония H₃O⁺.
Ионное соединение

Соль

Продукт нейтрализации кислоты основанием, состоящий из катиона металла и кислотного аниона.

Основность кислот

Определяется числом атомов водорода, способных замещаться металлом: HCl (одноосновная), H₂SO₄ (двухосновная), H₃PO₄ (трехосновная).

Шаг 1
Определение заряда катиона
Установить валентность или степень окисления металла (например, Ca²⁺).
Шаг 2
Определение заряда аниона
Определить основность кислоты (для H₃PO₄ анион PO₄³⁻).
Шаг 3
Составление формулы соли
Найти НОК зарядов и расставить индексы: Ca₃(PO₄)₂.
Реакция нейтрализации
Кислота+Основание⟶Соль+H2O\text{Кислота} + \text{Основание} \longrightarrow \text{Соль} + \text{H}_2\text{O}
Например: HCl + NaOH -> NaCl + H₂O (универсальный способ получения солей).

Анализ ряда активности металлов Бекетова:

Шаг 1
Проверка положения металла относительно водорода H
Найти металл в ряду активности: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb | H | Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Металлы левее H вытесняют водород.
Шаг 2
Проверка природы кислоты
Правило вытеснения водорода работает ТОЛЬКО для кислот-неокислителей: HCl, H₂SO₄(разб), HBr, H₃PO₄. Металлы правее водорода (Cu, Ag, Au) с ними НЕ реагируют!
Шаг 3
Особый учет кислот-окислителей (HNO₃ и H₂SO₄ конц)
Азотная кислота любой концентрации и концентрированная серная кислота окисляют металлы за счет азота или серы; чистый H₂ в этих реакциях НИКОГДА не выделяется!

Ловушки ЕНТ:

1. Пассивация на холоду:

Железо Fe, алюминий Al и хром Cr на холоду ПАССИВИРУЮТСЯ концентрированной серной H₂SO₄(конц) и концентрированной азотной HNO₃(конц) кислотами из-за образования на поверхности сверхплотной оксидной пленки. Реакция идет только при сильном нагревании!

2. Реакция щелочных металлов с растворами солей:

Например, реакция Na с раствором CuSO₄.

Ловушка: ученики пишут 2Na + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu.

Реальность: Натрий мгновенно реагирует с ВОДОЙ раствора: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑, а затем образовавшаяся щелочь осаждает голубой осадок гидроксида меди: 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄! Металлическая медь Cu НЕ выделяется!

Щелочные металлы в растворах солей

Активные металлы (Li, Na, K, Ca, Ba) в водных растворах солей сначала бурно реагируют с водой с выделением H₂ и образованием щелочи, а не вытесняют менее активный металл!

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул8 класс
Количество вещества через массу:
n=m/Mn = m / M[моль]
Число структурных частиц:
N=n⋅NAN = n \cdot N_A[частиц]
Молярный объем газов при н.у.:
V=n⋅VmV = n \cdot V_m[л]
Относительная плотность газов:
DB(A)=M(A)/M(B)D_B(A) = M(A) / M(B)
Следующая тема

Вода и основания. Классификация и химические свойства оснований, щелочи

Перейти к теме →