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

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.

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).

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).

Анализ ряда активности металлов Бекетова:

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!