Водород практически не встречается в природе в чистом, несвязанном виде. В небольших количествах он может выделяться при извержении вулкана или из скважин при добыче нефти (в земной коре содержится только 1%). Поэтому существуют искусственные методы получения водорода в промышленности.

Методы выделения

Водород — легкий бесцветный газ, занимающий первую ячейку таблицы Менделеева. Газ не ядовит, но легковоспламеняем и взрывоопасен. Это самый распространенный элемент во Вселенной.

Производство водорода

Рис. 1. Водород в таблице Менделеева.

С водородом химические элементы легко образуют нестабильные связи, которые легко разрушаются, например, при нагревании.
В промышленности водород выделяется:

  • из метана;
  • воды;
  • из гидридов.

В лабораторных условиях водород получают путем реакции металла с кислотой. Кроме того, водород образуется при взаимодействии водяного пара с металлами и неметаллами, а также при электролизе воды.

Основные способы получения водорода описаны в таблице.

Взаимодействие

Получает реакцию

Побочные продукты

Натрий с водой

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑

Гидроксид натрия

Гидрид кальция с водой

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑

Гидроксид кальция

Гидрид натрия с водой

NaH + H2O → NaOH + H2↑

Гидроксид натрия

Отпаривание горячим утюгом

4H2O + 3Fe → Fe3O4 + 4H2↑

Оксид железа (II, III

Пар с горячим коксом (газификация угля)

H2O + C → CO↑ + H2↑

Монооксид углерода

Метан с паром (разложение метана при 1000°С)

CH4 + H2O → CO↑ + 3H2↑

Монооксид углерода

Фиолетовый фосфор и водяной пар

2P + 8H2O → 2H3PO4 + 5H2↑

Фосфорная кислота

Цинк с разбавленной соляной кислотой

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

Хлорид цинка

Алюминий или кремний с щелочью и водой

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

Si + 2KOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2↑

Натриевая соль тетрагидроксиалюмината или

метасиликат натрия

Разложение метана при высокой температуре

СН4 → С + 2H2↑

Сладкий

Окисление метана

2CH4 + O2 → 2CO + 4H2↑

Монооксид углерода

Электролитический метод расщепления воды (добавление электролитов, например КОН)

2H2O → 2H2↑ + O2↑

Кислород

Электролиз растворов солей

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2↑

Гидроксид натрия и свободный хлор

Производство водорода

Рис. 2. Электролиз солей.

Водород при взаимодействии с кислотами и металлами, содержащими примеси, получается загрязнённым, поэтому проводят процесс очистки. Для этого полученное водородное соединение пропускают через раствор перманганата или бихромата калия, а затем через раствор гидроксида калия и концентрированную серную кислоту.

Использование водорода

Реакции сбора и распознавания водорода необходимы для извлечения чистого газа, который используется в качестве экологического топлива, а также участвует в различных химических реакциях с образованием соединений.
Водород используется в различных отраслях промышленности:

  • при производстве аммиака (NH3);
  • для производства соляной кислоты (HCl);
  • при синтезе метилового спирта;
  • для переработки металла;
  • при сварке (в результате взаимодействия водорода и кислорода выделяется большое количество тепла);
  • для получения растительного жира при производстве маргарина.

Водород использовался для наполнения воздушных шаров и аэростатов. Сегодня сжиженный водород – топливо для ракет.

Производство водорода

Рис. 3. Жидкий водород.

Что мы узнали?

С 9 класса мы узнали, как получают водород в промышленных и лабораторных условиях. Водород выделяется при реакциях металлов, гидридов, фосфора с водой, при газификации угля, при взаимодействии цинка с соляной кислотой и алюминия или кремния со щелочами. Водород получают из метана путем окисления, разложения при высоких температурах или при взаимодействии с водой. Водород выделяется также при электролизе солей и разложении воды.