Файл: Отчет по лабораторной работе Водород Преподаватель Криницын Д. О подпись, дата инициалы, фамилия.docx
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 28
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт цветных металлов и материаловедения
Кафедра физической и неорганической химии
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
«Водород»
Преподаватель Криницын Д.О
подпись, дата инициалы, фамилия
Студент ЦМ22-02Б Валиулина Д. В.
подпись, дата инициалы, фамилия
Красноярск
2022
Теория
В современных лабораториях водород берут из баллонов или синтезируют, вытесняя его из кислот
действием цинка. Можно использовать и другой металл (
), имеющий 
(термодинамический фактор), если на его поверхности не образуется пассивирующая пленка (кинетический фактор). Пассивирующая пленка может возникать в результате взаимодействия с окружающей средой (например, с компонентами воздуха), или на начальной стадии растворения металла (часто в первые мгновения процесса). Пленка является пассивирующей, если она не только малорастворима в жидкой фазе системы, но и является достаточно плотной, чтобы препятствовать проникновению реагентов через нее к поверхности металла. Так, в нейтральной водной среде, в которой 
моль/л (при 220С), водород должен восстанавливать все металлы, если их ОВП ниже потенциала воды 
. Это 
и т.п. Но, например, 
с водой практически не реагирует из-за формирования на его поверхности достаточно плотной пленки продукта окисления цинка. В то же время гидроксиды
, образующиеся при взаимодействии 
или
с водой, получаются в виде достаточно рыхлых осадков, поэтому не препятствуют протеканию реакции, хотя в той или иной степени тормозят ее. Очевидно, если пассивирующую пленку убирать по мере ее образования (например, соскабливая с поверхности металла – механический способ), то удастся практически полностью осуществить процесс взаимодействия
с водой. Другой способ снятия пассивации – химический. Например, в случае амфотерных металлов пленка удаляется действием щелочи. Но при этом
восстанавливает водород воды только, если выполняется условие: 
, ибо в щелочной среде при 
; в частности, 
, поэтому 
растворяется в щелочи. Собирать выделяющийся водород удобно в перевернутый сосуд (т.к.
много легче воздуха), а еще лучше в сосуд, заполненный водой, поскольку растворимость водорода в ней незначительна. Несмотря на устойчивость молекул
термодинамическая активность водорода высока благодаря образованию достаточно прочных 
связей с другими элементами. Электроотрицательность (ЭО) водорода имеет среднее значение (2,1 по шкале Полинга), поэтому проявляет как окислительные свойства (по отношению к щелочным металлам (ЩМ), щелочноземельным металлам (ЩЗМ), редкоземельным и т.п.), так и восстановительную способность (в реакциях с кислородом, с оксидами достаточно малоактивных металлов и др.). Cмеси водорода с кислородом от 6 до 67% (об.) по
– взрывоопасны. Максимальной взрывной силой обладает т.н. «гремучая смесь», содержащая стехиометрические соотношения данных газов.) В то же время струя чистого водорода (без 
) спокойно горит голубоватым пламенем на воздухе или в чистом кислороде с образованием воды. При охлаждении пламени, например, внесением в него льда, восстановление
идет менее полно – лишь до пероксида 
. Отметим, что химическая активность атомарного водорода (
), как термодинамическая (
), так и кинетическая (ибо является радикалом), много выше молекулярного, ибо при использовании 
большая часть энергии тратится на разрыв связи 
. Даже при 25000С атомизируются только 0,13% и лишь при 50000С – 95 %). Чистый атомарный водород теоретически (без соприкосновения со стенками сосуда) может существовать неограниченно долго, поскольку при соударении двух атомов образуется молекула с избытком энергии, которая тут же распадается. Реально же энергия отдается или частицам примеси, или стенкам сосуда, поэтому половина комбинируется в молекулы всего за 1/3 секунды. При наложении сильного магнитного поля это время заметно увеличивается. В химии, чтобы провести реакцию какого-либо вещества с атомарным водородом, помещают это вещество в реакционную зону образования
, например, в зону реакции 
с кислотой. Таким образом можно осуществить при об.у. взаимодействие с 
(даже в темноте), с , с 
, 
, восстановить конц. 
и др.
Практическая часть
Опыт 1. Получение водорода из воды.
А. С помощью цинка. В пробирку налили 1 мл воды, добавить 3 капли фенолфталеина, и поместили кусочек очищенного (с помощью наждачной бумаги) цинка. Нагрели пробирку.
ф/ф бесцветный ф/ф окрашен
Выделился водород, Раствор немного порозовел.
Б. С помощью кальция. Собрали установку (рис. 1), заполнили кристаллизатор и пробирку водой. Завернули кусочек металлического кальция (размером с полспички) в марлю и с помощью щипцов быстро подвели к отверстию пробирки. Начал выделяться водород, вытесняя воду из пробирки.
После полного вытеснения воды из пробирки закрыли (не переворачивая!) ее отверстие пальцем и собранный газ перелили в другую пробирку, перевернутую вверх дном. Поднося по очереди обе пробирки к огню, выяснили, перелит ли газ. Мы слышали хлопок, когда подносили поочередно пробирки к огню, это значит, что H2 находился в обеих пробирках.
После проведения опыта на марле обнаружился белый осадок (налёт)
. Затем провели анализ жидкости в кристаллизаторе. Для чего отобрали в пробирку 1 мл ее и добавить две капли фенолфталеина. Раствор стал малиновым, т.к. он содержит гидроксид ионы.В. С помощью натрия. В стакан на 100 мл налили 30 мл воды, добавили 6 капель фенолфталеина и перемешали. Затем осторожно прилили 20 мл бензина и опустили в стакан кусочек очищенного натрия (величиной с горошину).
Вода под бензином стала малиновой, т.к. в ней содержатся ионы
.ДЕМОНСТРАЦИЯ: в кристаллизатор налили 0,3 л воды и добавили 12 капель фенолфталеина. Затем (под тягой) положили на воду маленький конверт, сделанный из фильтровальной бумаги с кусочком натрия (величиной с горошину). Натрий провзаимодействовал с водой, из-за чего фильтровальная бумага загорелась, а раствор стал малиновый.
Интенсивности окраски падает в ряду
Опыт 2. Восстановление оксида меди(II)
А. Получение водорода. Собрали установку (рис. 2). Предварительно заполнили хлоркальцевую трубку (2) гранулированным хлоридом кальция, в трубку (3) поместили (с помощью длинного бумажного «ковшика») 0,1 г оксида меди(II), а в отверстие выходной трубки (4) вставили тонкую медную проволоку.
Проверили герметичность прибора. Затем в колбу (1) внесли 30 гранул цинка, прилили 80 мл
и закрыли колбу пробкой. Проследили, чтобы газоотводная трубка была близка к поверхности раствора.
Б. Проверка водорода на чистоту. Собрали газ из газоотводной трубки (4) в пробирку (собирали в течение примерно 1-2 минут). Затем закрыли пробирку пальцем (не переворачивая ее) и поднесли, отняв палец, ее отверстие к огню. Газ начал сгорать с резким звуком, т.к. это «Гремучий газ». Пункт Б повторяли до тех пор, пока собранный газ не начал сгорать без резкого звука, что означало, что в нем содержание кислорода стало достаточно низким.
В. Горение водорода. Убедившись в отсутствии кислорода (во взрывоопасных количествах) в выделяющемся водороде, подожгли его у выхода из трубки (4). Пламя было оранжевое.
При направлении пламени на кусочек льда, стекающая со льда жидкость вызовет посинение иодидкрахмального подкисленного раствора.
Г. Восстановление меди (II). С помощью спиртовки прогрели трубку (3) по всей длине, а потом сильно нагрели ту ее часть, где находится оксид меди (II).
черный красный
Когда оксид меди восстановился полностью(что определяем по окраске, которая не должна меняться), закончили нагревание и оставили прибор остывать, не прекращая тока .
Молекулярный водород для восстановления из можно получить взаимодействием разбавленных кислот с металлами, электродный потенциал которых меньше нуля.