Получение щелочных металлов

Тема 8. Химические свойства водорода, щелочных и щелочноземельных металлов

Водород

Водород – самый распространённый элемент во Вселенной (около 88,6 % атомных), содержание водорода в земной коре составляет 16 % всех атомов, но по массе это составляет лишь около 1 %. Водород входит в состав практически всех органических веществ.

Получение газа водорода

В лаборатории.

1. Действие кислот на металлы, например:

Mg + H₂SO₄ (разб.) = MgSO₄ + H₂

2. Действие растворов щелочей на цинк или алюминий, например:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

3. Взаимодействие гидридов щелочных и щелочноземельных металлов (ионных гидридов) с водой:

NaH + H₂O = NaOH + H₂

CaH₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂

В промышленности.

1. Электролиз воды:

2H₂O 2H₂ + O₂

катод анод

2. Паровая конверсия природного газа:

CH₄ + H₂O СО + 3H₂

3. Газификация угля (старейший промышленный способ):

C + H₂O СО + H₂

Химические свойства водорода

1. Реагирует со многими неметаллами – фтором, кислородом, азотом, хлором, серой, углеродом:

H₂ + F₂ = 2HF

2H₂ + O₂ 2H₂O

3H₂ + N₂ 2NH₃

H₂ + Cl₂ 2HCl

H₂ + S H₂S

2H₂ + C CH₄

! Следует запомнить, что водород не реагирует с кремнием, фосфором, мышьяком

2. Водород реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием ионных гидридов, например:

2К + H₂ 2KH

3. Водород при нагревании восстанавливает многие металлы (кроме активных) из их оксидов, например:

CuO + H₂ Cu + H₂O

WO₃ + 3H₂ W + 3H₂O

FeFe₂O₄ + 4H₂ 3Fe + 4H₂O

4. Водород, как восстановитель, при нагревании реагирует со многими сложными веществами, например:

4H₂ + Na₂SO₄ Na₂S + 4H₂O

4H₂ + СO₂ CH₄ + 2H₂O

5. Водород реагирует со многими органическими веществами (реакции гидрогенизации или гидрирования), например:

C₂H₄ + H₂ C₂H₆

R–COH R–CH₂–OH

Аналитическое определение водорода

1. Водород сгорает с характерным хлопком.

2. При нагревании восстанавливает черный оксид меди до красной меди.

Применение водорода

1. Производство аммиака.

2. Нефтепереработка и химическая промышленность

3. Металлургия.

4. Стекольная промышленность.

Большое промышленное значение имеют смеси, содержащие газ водород:

– гремучий газ: смесь H₂ и O₂ или H₂ и воздуха;

– синтез-газ: смесь СО и H₂.

Щелочные металлы

Это металлы 1 группы главной подгруппы (Приложение А). Натрий и калий принадлежат к наиболее распространенным на земле элементам.

Получение щелочных металлов

1. Металлотермия. Щелочные металлы могут быть получены из соответствующего хлорида или гидроксида сильным восстановителем при нагревании под вакуумом до 600—900 °C, например:

2RbCl + Ca 2Rb + CaCl₂