§15. Гідроген. Водень

• Назад до змісту зошита

15. 1. Запишіть у схему формули та назви летких сполук із Гідрогеном. Кольором позначте властивості цих речовин.

• Сірий — не виявляють властивостей кислот або основ.
• Синій — виявляють властивості основ.
• Червоний — виявляють властивості кислот.

15. 2. Схарактеризуйте фізичні властивості водню, заповнивши таблицю.

15. 3. Обчисліть густину водню за нормальних умов і порівняйте її з густиною, наведеною в параграфі 15.

За нормальних умов (н. у.) молярний об’єм будь-якого газу становить приблизно $V_m \approx 22,4 \text{ л/моль}$.

$\rho = \dfrac{M}{V_m} = \dfrac{2 \text{ г/моль}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,0893 \text{ г/л}$.

Обчислена густина водню ($\approx 0,0893 \text{ г/л}$) практично збігається зі значенням, наведеним у таблиці ($0,09 \text{ г/л}$).

15. 4. Схарактеризуйте поширеність водню в природі у підписах до малюнків.

Ось підписи до малюнків, що характеризують поширеність водню в природі:

• Малюнок 1 (Космос): Водень є найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті.
• Малюнок 2 (Гейзер): Виділяється з надр Землі у геотермальних джерелах.
• Малюнок 3 (Вулкан): Утворюється під час вулканічної активності.
• Малюнок 4 (Кишечник): Виробляється бактеріями в кишечнику ссавців.

15. 5. Запишіть хімічні рівняння реакцій утворення з простих речовин:

а) амоніаку N₂ + 3H₂ = 2NH₃

б) гідроген хлориду H₂ + Cl₂ = 2HCl

в) метану C + 2H₂ = CH₄

15. 6. Бланки для розв’язування задач № 166, 167, 171 підручника (с. 137). У кожному бланку підпишіть номер задачі відповідно до інструкцій учителя / учительки.

Розв’язуємо задачу № 166

Використовуючи матеріал параграфа, обчисліть масову частку водню у водному розчині, якщо за температури 20 °С розчиниться його максимальний обсяг. Порівняйте з масовою часткою кисню за аналогічних умов (див. § 9). До яких речовин (розчинних, мало розчинних чи практично нерозчинних) належать кисень і водень?

Відомо:

• $t = 20 \text{°С}$
• $V(H₂O) = 1 \text{ л} = 1000 \text{ мл}$
• $V(H₂) = 18,8 \text{ мл}$
• $\rho(H₂O) \approx 1 \text{ г/мл}$
• $\rho(H₂) \approx 0,09 \text{ г/л} = 0,00009 \text{ г/мл}$ (за н.у.)

Обчислити:

$\omega(H₂)$ у розчині.

Розв’язання:

$m(H₂O) = V(H₂O) \cdot \rho(H₂O) = 1000 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 1000 \text{ г}$.

$m(H₂) = V(H₂) \cdot \rho(H₂) = 18,8 \text{ мл} \cdot 0,00009 \text{ г/мл} = 0,001692 \text{ г}$.

$m(\text{розчину}) = m(H₂O) + m(H₂) = 1000 \text{ г} + 0,001692 \text{ г} = 1000,001692 \text{ г}$.

Масова частка водню (≈0,00017%) менша за масову частку кисню (≈0,00096%) за аналогічних умов.

Водень, як і кисень, є практично нерозчинною у воді речовиною.

Розв’язуємо задачу № 167

Обчисліть масову частку водню, розчиненому в паладії, якщо в металі розчиниться максимальна кількість газу. Густина паладію — 12,02 г/см3. Для розрахунків використайте дані з параграфа.

Відомо:

• В $1$ об’ємі паладію розчиняється $850$ об’ємів водню.
• $\rho(Pd) = 12,02 \text{ г/см}^3$.
• $\rho(H₂) = 0,09 \text{ г/л} = 0,00009 \text{ г/см}^3$.

Обчислити:

Масову частку водню $\omega(H₂)$ у паладії.

Розв’язання:

$V(Pd) = 1 \text{ см}^3$.

$m(Pd) = V(Pd) \cdot \rho(Pd) = 1 \text{ см}^3 \cdot 12,02 \text{ г/см}^3 = 12,02 \text{ г}$.

$V(H₂) = 1 \text{ см}^3 \cdot 850 = 850 \text{ см}^3$.

$m(H₂) = V(H₂) \cdot \rho(H₂) = 850 \text{ см}^3 \cdot 0,00009 \text{ г/см}^3 = 0,0765 \text{ г}$.

$m(\text{системи}) = m(Pd) + m(H₂) = 12,02 \text{ г} + 0,0765 \text{ г} = 12,0965 \text{ г}$.

Розв’язуємо задачу № 171

Газуватий водень у продаж постачають у балонах об’ємом 40 л, пофарбованих зазвичай у зелений колір. За підвищеного тиску в такий балон уміщується близько 560 г водню. Порівняйте, де міститься більше водню: в 1 балоні об’ємом 40 л чи в бруску паладію такого самого об’єму. Чи можна зробити висновок щодо економічної вигідності транспортування водню в балонах і розчиненим у паладії? А про безпечність транспортування?

Відомо:

• $V(\text{балона}) = 40 \text{ л}$.
• $m_1(H₂) = 560 \text{ г}$.
• $V(Pd) = 40 \text{ л} = 40 000 \text{ см}^3$.
• В $1$ об’ємі паладію розчиняється $850$ об’ємів водню.
• $\rho(H₂) = 0,09 \text{ г/л}$.

Обчислити:

Порівняти масу водню в балоні та в паладії.

Розв’язання:

Знайдемо об’єм водню, який може розчинитися в $40 \text{ л}$ паладію:

$V(H₂) = 40 \text{ л} \cdot 850 = 34 000 \text{ л}$.

$m_2(H₂) = V(H₂) \cdot \rho(H₂) = 34 000 \text{ л} \cdot 0,09 \text{ г/л} = 3060 \text{ г}$.

$m_2(H₂) = 3060 \text{ г}$, а $m_1(H₂) = 560 \text{ г}$.

Оже, $3060 \text{ г} > 560 \text{ г}$.

У бруску паладію об’ємом $40 \text{ л}$ міститься значно більше водню, ніж у сталевому балоні такого ж об’єму, тому є вигіднішим з точки зору об’єму зберігання. Але є економічно невигідним через дуже високу вартість металу. Проте такий спосіб є набагато безпечнішим, оскільки водень у балонах перебуває під високим тиском і є вибухонебезпечним.

15. 7. Проаналізуйте графік атомізації (дисоціації) водню та дайте відповіді на запитання.

Запишіть хімічне рівняння процесу атомізації водню.

H₂ = 2H.

Дізнайтеся значення слова «дисоціація» і сформулюйте гіпотезу, чому цей термін тут є синонімом терміна «атомізація».

Дисоціація — це процес розпаду молекул на простіші частинки. Тому її розпад (дисоціація) призводить до утворення лише окремих атомів Гідрогену. Саме тому для водню поняття «дисоціація» та «атомізація» є синонімами.

У якому діапазоні температур «вигідне» існування лише молекул водню?

Існування лише молекул водню «вигідне» за температур нижче 2000 К.

За якої температури атомізація водню відбувається щонайменше на 5%?

На графіку видно, що атомізація на 5% (що відповідає частці 0,05 на осі Y) відбувається за температури приблизно 3800 К.

Чи існують молекули водню на поверхні Сонця? А в атмосфері Юпітера?

Молекули водню на поверхні Сонця практично не існують, оскільки температура там дуже висока, і H₂ майже повністю розкладається на атоми. Молекули водню існують в атмосфері Юпітера. У поверхневому газуватому шарі Юпітера є суміш рідкого й газуватого водню.