ГДЗ Химия 9 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2018, §22 ВОДОРОД
Во всех упражнениях
красным цветом приводится решение,
а фиолетовым ― объяснение.
ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Охарактеризуйте строение атома водорода и молекулы водорода. Каков тип химической связи между атомами водорода в молекуле?
Атом водорода содержит на внешнем и единственном энергетическом уровне один электрон.
Водород, подобно галогенам — простым веществам, имеет двухатомную молекулу, образованную за счёт неполярной ковалентной связи:
Н. + .Н → Н:Н или Н—Н


Упражнение 2. Какими физическими свойствами характеризуется водород?
Водород — простое вещество не имеет цвета, запаха и вкуса, почти нерастворим в воде.
Как его собирают?
Водород собирают двумья способами: методом вытеснения воды (водород почти нерастворим в воде) и методом вытеснения воздуха, держа сосуд-приемник вверх дном, поскольку водород легче воздуха.
Почему водородом опасно заполнять воздушные шары и дирижабли? Он крайне огнеопасен. Смесь водорода с кислородом в соотношении 2:1 или с воздухом в соотношении 2:5 при взрыве обладает огромной разрушительной силой, поэтому и называется гремучим газом.

Упражнение 3. Запишите два уравнения реакций, в которых водород проявляет окислительные свойства.
2Na + H2 = 2NaH 
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Na0 + H20 → Na+1H-1
Восстановитель Na0 -1e → Na+1       |1|2|2 ―  процесс окисления
Окислитель H20 +2e → 2H-1               |2|  |1 ―  процесс восстановления

Ca + H2 = CaH2 
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Ca0 + H20 → Ca+2H2-1
Восстановитель Ca0 -2e → Ca+2    |1|1|1 ―  процесс окисления
Окислитель H20 + 2e → 2H-1           |1|  |1 ―  процесс восстановления


Упражнение 4. Запишите два уравнения реакций, в которых водород проявляет восстановительные свойства.
H2 + Cl2 = 2HCl
Схема окислительно-восстановительной реакции.
H20 + Cl20 → H+1Cl-1
Восстановитель H20 -2e → 2H+1   |2|2|1 ―  процесс окисления
Окислитель Cl20 +2e → 2Cl-1          |2|  |1 ―  процесс восстановления


CuO + H2 = Cu + H2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Cu+2O0 + H20 → Cu0 + H2+1O
Восстановитель H20 -2e → 2H+1    |2|2|1 ―  процесс окисления
Окислитель Cu+2 +2e → Cu0          |2|  |1 ―  процесс восстановления


Упражнение 5. Назовите лабораторные и промышленные способы получения водорода.
Лабораторные способы получения водорода:
восстановление металлами воды, кислот, щелочей:
Сa + H2O = Ca(OH)2 + H2
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Zn+ 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2
Промышленные способы получения водорода: 
1. Электролиз воды, в которую добавляют гидроксид натрия или серную кислоту:
2H2O 2H2 + O2  (эл. ток, NaOH)
2. Конверсия 
(превращением) водяных паров с углеродом или метаном:
C + H2O = CO + H2
CH4 + H2O = CO + 3H2

ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Водород имеет три изотопа: протий Н, дейтерий и тритий Т, а хлор в природе представлен двумя изотопами — 3517Сl и 3717Сl. Сколько различных молекул хлороводорода можно составить из этих изотопов?

молекулы хлороводорода

11Н3517Cl      21D3517Cl    31T3517Cl
11Н3717Cl      21D3717Cl    31T3717Cl

Ответ: шесть молекул хлороводорода

Упражнение 2. Рассчитайте количество вещества, число молекул, число атомов в порции водорода массой 6 г. Какой объём при нормальных условиях займёт такое количество водорода?
Дано: m(H2)=6 г
Найти: ʋ(H2)-?, N(H2)-?, N(H)-?, V(H2)-?
Решение:

1. Количество вещества водорода массой 6 г рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(H2)=2•Ar(H)=2•1=2, поэтому M(H2)=2 г/моль
ʋ(H2)=m(H2)/M(H2)=6 г : 2 г/моль=3 моль

2. Число молекул водорода в количестве вещества 3 моль по формуле: N=n•NA, где N постоянная Авогадро.
N(H2)=ʋ(H2)•NА=3 моль • 6,02•1023 моль-1=18,06•1023 молекул=1,806•1024 молекул
3. Молекула водорода Н2 состоит из двух атомов водорода, поэтому число атомов будет в 2 раза больше, чем число молекул:
N(Н)=2N(Н2)=21,806•1024=3,612•1024 атомов

4. Объём водорода количеством вещества 3 моль рассчитываем по формуле: V=n•VM, где VM=22,4 л/моль ― молярный объём.
V(H2)=n(H2)•VM=3 моль • 22,4 л/моль=67,2 л
Ответ: 3 моль, 1,806•1024 молекул, 3,612•1024 атомов, 67,2 л

Упражнение 3. Рассчитайте относительную плотность по водороду следующих газов: аммиак, оксид углерода (IV), хлор, гелий, азот, сероводород. Каким из этих газов наполняют воздушные шары и почему?
Дано: NH3, CO2, Cl2, He, N2, H2S
Найти: DH2(NH3)-?,  DH2(CO2)-?,  DH2(Cl2)-?,  DH2(He)-?,  DH2(N2)-?,  DH2(H2S)-?
Решение

DH2(NH3)=Mr(NH3)/Mr(H2)=17:2=8,5
DH2(CO2)=Mr(CO2)/Mr(H2)=44:2=22

DH2(Cl2)=Mr(Cl2)/Mr(H2)=71:2=35,5
DH2(He)=Mr(He)/Mr(H2)=4:2=2
DH2(N2)=Mr(N2)/Mr(H2)=28:2=14
DH2(H2S)=Mr(H2S)/Mr(H2)=34:2=17
Ответ: DH2(NH3)=8,5; DH2(CO2)=22; DH2(Cl2)=35,5; DH2(He)=2; DH2(N2)=14; DH2(H2S)=17


Упражнение 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Н2 → Н2О → NаОН → Н2 → НСl → Н2 → СаН2 → Н2. Для двух любых окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.
2H2 + O2 = 2H2O
Схема окислительно-восстановительной реакции.
2H20 + O2⟶ 2H2+1O-2
Восстановитель H20 - 2ē ⟶ 2H|2|4|2 ― процесс окисления 
Окислитель O20 + 4ē ⟶ 2O-2      |4|  |1 ― процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы водорода и кислорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 4. Это число 4, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 2 и 4, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов водорода и кислорода. Множители 2 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента водорода в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой двух соединений водорода (Н2, Н2О), а разными являются индексы элемента водорода в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 1 (который обычно не пишем)  перед формулой кислорода О2.

2H2O + 2Na = 2NaOH + H2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
H2+1O + Na0 → Na+1ОН + Н20
Na0 -1е → Na+1     |1|2|2 ―  процесс окисления
2H+1 +2e → H20     |2|  |1  ―  процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы натрия и водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 1 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 1 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов натрия и водорода. Множители 2 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элемент натрий изменил степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы этого элемента в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой двух соединений натрия (Na, NaOH). Поскольку элемент водород изменил степень окисления не полностью (в правой части схемы имеется вещество NaОН+1, в котором этот элемент имеет такую же степень окисления, как в исходной веществе), поэтому ставим коэффициент 1 (который обычно не пишем) только перед формулой водорода. Подбираем коэффициенты для остальных соединений.
В приведённой реакции натрий — восстановитель, а вода (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

2NaOH + Zn + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

H2 + Cl2 = 2HCl
Схема окислительно-восстановительной реакции.
H20 + Cl20 ⟶ 2H+1Cl-1
Восстановитель H20 -2ē ⟶ 2H+1 |2|2|1 ―  процесс окисления
Окислитель Cl20 +2ē ⟶ 2Cl-1 
    |2|  |1 ―  процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы водорода и хлора. Находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 2 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов водорода и хлора. Множители 1 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и разными являются индексы этих элементов в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент коэффициент 1 (который обычно не пишем) только перед формулой водорода и хлора. Подбираем коэффициенты для остальных соединений.

2HCl + Zn = ZnCl2 + H2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
2H+1Cl + Zn0 ⟶ Zn+2Cl2 + H20
Восстановитель Zn0 -2ē ⟶ Zn+2     |2|2|1 ―  процесс окисления
Окислитель      2H+ +2ē ⟶ H20       |2|  |1 ―  процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы цинка и водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 2 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов цинка и водорода. Множители 1 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента цинка в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 1 перед формулой двух соединений цинка (Zn, ZnCl2), а поскольку различным является индекс элемента водорода ― ставим коэффициент 1 (который обычно не пишем), поскольку относится к двум атомам водорода, перед формулой водорода. Подбираем коэффициенты для остальных соединений.
В приведённой реакции цинк — восстановитель, а хлороводородная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

H2 + Ca = CaH2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
H20 + Ca0 ⟶ Ca+2H2-1
Восстановитель Ca0 -2ē ⟶ Ca+2    |2|2|1 ―  процесс окисления
Окислитель      H20 +2ē ⟶ 2H-1    |2|  |1 ―  процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы кальция и водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 2 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов кальция и водорода. Множители 1 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента кальция в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 1 (который обычно не пишем) перед формулой двух соединений кальция (Са, СаН2), а поскольку различным является индекс элемента водорода ― ставим коэффициент 1 (который обычно не пишем)  перед формулой водорода.

CaH2 + 2HCl ⟶ CaCl2 + 2H2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
CaH2-1 + 2H+1Cl ⟶ CaCl2 + 2H20
2H-1 -2ē ⟶ H20      |2|2|х1 ―  процесс окисления
2H+1 +2ē ⟶ H20    |2|  |х1 ―  процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 2 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элемента водорода. Числа в последнем столбце 1 и 1 это дополнительные множители в схемах соответствующих процессов:
2H-1 -2ē ⟶ H20 
2H+1 +2ē ⟶ H20

Добавим почленно эти уравнения, получим суммарную схему:
2H-1 + 2H+1 ⟶ 2H20 
Эти коэффициенты переносим в уравнение реакции (обратите внимание: два атома H-1 есть в составе CaH2, поэтому около CaH2 остается коэффициент 1, который обычно не пишем).

CaH2 + 2HCl = CaCl2 + 2H20
Проверяем, уравнялось ли число атомов элементов, которых не было в схемах окисления и восстановления. Число атомов кальция одинаковое: по 1 атому. Число атомов хлора одинаковое: по 2 атома.
В приведённой реакции гидрид кальция — восстановитель (за счёт атомов водорода в степени окисления -1), а хлороводородная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Упражнение 5. При обработке 7,8 г сплава алюминия с магнием избытком соляной кислоты выделилось 8,96 л водорода (н.у.). Рассчитайте массовые доли металлов в сплаве.
Дано: m(Al,Mg)=7,8 г; V(H2)=8,96 л
Найти: ω(Al)-?, ω(Mg)-?
Решение:

1. Составляем два химические уравнения, поскольку в сплаве два металла реагируют с соляной кислотой:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2   (1)
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2     (2)

По уравнению реакции (1) ʋ1(Al):ʋ(H2)=2:3=1:1,5,  то есть количество вещества водорода в 1,5 раза больше, чем количество вещества алюминия, поэтому:
ʋ1(H2)=1,5•ʋ1(Al)  (3)
По уравнению реакции (2) ʋ2(Mg):ʋ2(H2)=1:1,  количество вещества одинаковое, поэтому:
ʋ2(H2)=ʋ1(Mg)      (4)
2. В соотношениях (3) и (4) количество вещества водорода заменяем на соотношение объёмов, а количество вещества алюминия и магния - соотношение масс.
Предположим, что масса алюминия равна х г, тогда масса магния будет равна 7,8-x г. 
Количество вещества  алюминия и магния рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(Al)=Ar(Al)=27, M(Al)=27 г/моль. Mr(Mg)=Ar(Mg)=24, M(Mg)=24 г/моль.
ʋ1(Al)=m(Al)/M(Al)=x/27 моль
ʋ2(Mg)=m(Mg)/M(Mg)=(7,8-x)/24 моль

Обозначим объём водорода, что образовался в уравнении (1) через V1, а - в уравнении (2) через V2 и выразим количество вещества водорода через объём, получим:
ʋ1(H2)=V1/VM=V1/22,4 моль
ʋ2(H2)=V2/VM=V2/22,4

3. Поставим полученные выражения для количества вещества в соотношения (3) и (4) и выразим переменные V1 и V2 соответственно:
V1/22,4=1,5•х/27
V1•27=22,4•1,5•х
V1=33,6•х/27
V2/22,4=(7,8-x)/24
V2•24=22,4•(7,8-х)
V2=22,4•(7,8-x)/24
4. По условию задачи объём водорода равен 8,96 л, поэтому V1+V2=8,96
Подставим в это уравнение полученные выражения для переменных V1 i V2 и решим уравнение.
33,6•х/27 + 22,4•(7,8-x)/24=8,96 
Сведем к общему знаменателю: умножим первую дробь на 24, а вторую дробь на 27, получим:
24•33,6•х + 27•22,4•(7,8-x)=24•27•8,96

806,4х + 4717,44 - 604,8x=5806,08
201,6х=1088,64
х=1088,64:201,6
х=5,4

Следовательно, m(Al)=5,4 г, а m(Mg)=7,8-х =7,8-5,4=2,4 г
5. Вычисляем массовую долю алюминия и магния в сплаве.
ω(Al)=(m(Al)/m(Al,Mg))•100%=(5,4 г : 7,8 г)•100%=69,2%
ω(Mg)=100% - ω(Al)=100% - 69,2%=30,8%
Ответ: ω(Al)=69,2%, ω(Mg)=30,8%

%USERNAME%, оставишь комментарий?
Имя:*
E-Mail:


В каком классе вы учитесь?