Badanie reaktywności wodoru z niemetalami, Ćwiczenia z Chemia

Pobierz Badanie reaktywności wodoru z niemetalami i więcej Ćwiczenia w PDF z Chemia tylko na Docsity! Badanie reaktywności wodoru z niemetalami Wprowadzenie Przeczytaj Symulacja interaktywna Sprawdź się Dla nauczyciela Wodór jest najlżejszym pierwiastkiem zaliczanym do niemetali. W warunkach normalnych występuje w stanie gazowym w postaci dwuatomowych cząsteczek Zajmuje szczególne miejsce w układzie okresowym, ponieważ jest pierwiastkiem otwierającym pierwszą grupę układu okresowego, a kolejne pierwiastki znajdujące się w tej grupie różnią się od niego większością właściwości. Jaka jest aktywność chemiczna wodoru? Czy wchodzi w reakcje z niemetalami, tak łatwo jak inne pierwiastki z grupy pierwszej? Twoje cele Omówisz zasady bezpiecznej pracy z wodorem w laboratorium szkolnym. Omówisz reaktywność wodoru względem wybranych niemetali. Zaprojektujesz doświadczenie badające reaktywność wodoru wobec wybranych niemetali, a następnie zapiszesz odpowiednie równania reakcji. Poznasz procesy przemysłowe, w których wykorzystuje się wodór. Naturalnie występujący metan. Powstaje on w wyniku fermentacji beztlenowej, w której bakterie, bytujące w układach trawiennych przeżuwaczy, rozkładają materię organiczną, wytwarzając wodór, dwutlenek węgla oraz metan. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna. H 2 . Badanie reaktywności wodoru z niemetalami Reakcje wodoru z tlenowcami Reakcja zachodząca pomiędzy wodorem i tlenem wymaga zainicjowania np. poprzez iskrę. Jaki jest stosunek molowy substratów biorących udział w tej reakcji? Stosunek objętościowy wodoru do tlenu w tej reakcji również wynosi . Mieszanina wodoru i tlenu o takim składzie, po zainicjowaniu reakcji, wybucha gwałtownie i nazywana jest mieszaniną piorunującą. Wodór z tlenem tworzą także nadtlenek , w którym tlen występuje na formalnym stopniu utlenienia , podczas gdy wodór pozostaje na stopniu utlenienia I podobnie jak to było w przypadku cząsteczki . Również siarka reaguje z wodorem. Reakcja zachodzi w temperaturze (siarka występuje wtedy w gazowym stanie skupienia): Reakcje wodoru z fluorowcami Wodór reaguje ze wszystkimi fluorowcami. Do przebiegu reakcji konieczne jest jednak działanie światłem, płomieniem lub udział katalizatora. Produktem reakcji są fluorowcowodory, np. chlorowodór , bromowodór , jodowodór . Wyjątkiem jest fluor, który jako jedyny z pierwiastków łączy się samorzutnie z wodorem. Jest to reakcja gwałtowna i wybuchowa. W jej wyniku powstaje fluorowodór. 2 H 2 2 mole + O 2 1 mol → 2 H 2 O 2 : 1 H 2 O 2 −I H 2 O 600°C H 2 + S → H 2 S HCl HBr HI H 2 +Cl 2 hν → 2 HCl H 2 +Br 2 Pt → 2 HBr Dla zainteresowanych Cysterna do przewozu kwasu solnego Źródło: Statsk, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0. W przemyśle bardzo czysty chlorowodór otrzymuje się wyniku syntezy z wodoru i chloru. Kwas chlorowodorowy ma zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, m.in włókienniczym, farmaceutycznym oraz tworzyw sztucznych. Reakcja węgla z wodorem Reakcja węgla z wodorem także przebiega opornie, bowiem zachodzi w temperaturze . Produktem reakcji jest metan. Metan występuje w przyrodzie jako podstawowy składnik gazu ziemnego, gazu „błotnego” oraz biogazu. Dla zainteresowanych Na skalę przemysłową przeprowadza się syntezę Fischera‐Tropscha. Jest to metoda polegająca na otrzymywaniu alkanów i alkenów z gazu syntezowego (mieszaniny tlenku H 2 + F 2 → 2 HF 5000°C C + 2 H 2 5000°C CH 4 −→ węgla( ) oraz wodoru). Reakcja ta wymaga wielu katalizatorów, które zazwyczaj zawierają w swojej strukturze atomy metali, takich jak żelazo, kobalt, ruten czy nikiel. Przykładowo synteza metanu z gazu syntezowego może być przeprowadzona w obecności niklu w temperaturze - : Zapis ogólny syntezy Fischera‐Tropscha: Większość wodorków popularnych niemetali w temperaturze pokojowej występuje w formie gazowej. Wśród wyjątków znajdują się ciekłe wodorki – woda oraz fluorowodór . Znane są także związki wodoru z borem i krzemem, ale nie powstają one na drodze bezpośredniej syntezy. Wodorki niemetali (lub ich wodne roztwory) to jedne z wielu odczynników stosowanych w szkolnym laboratorium. Czy potrafisz podać ich przykłady? Słownik amoniak azan ( ); związek azotu z wodorem, bezbarwny gaz o ostrym, charakterystycznym zapachu, roztworom wodnym nadaje odczyn zasadowy fluorowcowodory halogenowodory; związki chemiczne fluorowców z wodorem o ogólnym wzorze (gdzie — fluorowiec); fluorowodór ( ), chlorowodór ( ), bromowodór ( ) i jodowodór ( ) Habera i Boscha metoda (czyt. habera i bosza), metoda otrzymywania amoniaku przez bezpośrednią syntezę z pierwiastków: Bibliografia Czerwińska A., Jelińska‐Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 2. Podręcznik, Warszawa 2003, s. 297‐327. II 200 300°C CO+ 3 H 2 T , Ni CH 4 +H 2 O−→ n CO + (2n+ 1) H 2 kat. 200°C C n H 2n+2 + n H 2 O→ (T w = 19,5°C) NH 3 HX X HF HCl HBr HI N 2 + 3 H 2 ⇄ 2 NH 3 Ćwiczenie 1 Wskaż, jakie są optymalne warunki (w przedstawionej symulacji), jeśli weźmiemy pod uwagę ciśnienie i temperaturę, w których można uzyskać największą wydajność syntezy. ΔH = −92 kJ Odpowiedź: Sprawdź się Pokaż ćwiczenia: 輸醙難 Ćwiczenie 1 Zaznacz prawidłowe stwierdzenie. Może być więcej niż jedna poprawna odpowiedź. Do przebiegu reakcji wodoru ze wszystkimi fluorowcami oprócz fluoru konieczne jest działanie światłem, płomieniem lub udział katalizatora. Wodór reaguje ze wszystkimi fluorowcami. Fluor i brom jako jedyne z pierwiastków łączą się samorzutnie z wodorem. Reakcja ta jest gwałtowna i wybuchowa. W przemyśle bardzo czysty chlorowodór otrzymuje się w wyniku syntezy wodoru, chloru i azotu. Ćwiczenie 2 Połącz w pary nazwy wodorków niemetali z odpowiadającymi im wzorami. metan PH 3 chlorowodór HCl jodowodór HI amoniak CH 4 fosforowodór NH 3 siarkowodór H 2 S     輸 輸 Ćwiczenie 3 W celu zbadania właściwości czterech wodorków przeprowadzono doświadczenie zgodnie ze schematem. Schemat doświadczenia Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0. Na podstawie doświadczenia wstaw numery probówek pod odpowiednimi stwierdzeniami. Do probówki wprowadzono wodorek, który w warunkach normalnych występuje w gazowym stanie skupienia. Po wprowadzeniu wodorku roztwór w probówce przyjmuje czerwone zabarwienie. 2 3 1 輸 Ćwiczenie 8 Sporządzono stechiometryczną mieszaninę gazowego wodoru z gazowym chlorem, przeznaczoną do syntezy chlorowodoru. Oblicz jej gęstość w warunkach normalnych. Przyjmij, że gazy te to gazy doskonałe. Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu. Zaloguj się, aby dodać ilustrację. Ćwiczenie 9 Jak można rozróżnić wodny roztwor chlorowodoru od wodnego roztworu amoniaku? Zaprojektuj doświadczenie, opisz sposób wykonania, sformułuj przewidywane obserwacje oraz podaj wnioski. Sprzęt laboratoryjny i odczynniki: Opis wykonania ćwiczenia: Obserwacje: Wnioski: 難 難 Dla nauczyciela Scenariusz zajęć Autor: Anna Florek, Krzysztof Błaszczak Przedmiot: chemia Temat: Badanie reaktywności wodoru z niemetalami Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym Podstawa programowa: Zakres podstawowy X. Metale, niemetale i ich związki. Uczeń: 5) pisze równania reakcji ilustrujące typowe właściwości chemiczne niemetali, w tym między innymi równania reakcji: wodoru z niemetalami ( , , , S), chloru, siarki z metalami (Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu). Zakres rozszerzony X. Metale, niemetale i ich związki. Uczeń: 10) pisze równania reakcji ilustrujące typowe właściwości chemiczne niemetali, w tym między innymi równania reakcji: wodoru z niemetalami (Cl2, , , , S), chloru, bromu i siarki z metalami (Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu); chloru z wodą. Kształtowane kompetencje kluczowe: kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii; kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się. Cele operacyjne Uczeń: omawia zasady bezpiecznej pracy z wodorem w laboratorium szkolnym; podaje przykłady, jak wodór reaguje z niemetalami; Cl 2 O 2 N 2 Br 2 O 2 N 2