Атомно-молекулярное учение и его законы

Получение. В лабораторных условиях водород получают:
1) взаимодействием металла (чаще всего цинка) с соляной или
разбавленной серной. кислотой:
Zn + 2 НСl = ZnС1₂ + Н₂
В ионной форме уравнение имеет следующий вид:
Zn + 2 Н^ = Zn^2 + Н₂
Реакцию проводят в аппарате Киппа (рис. 40). В средний шар загружают гранулированный' цинк, а верхний при закрытом кране заполняют раствором кислоты. В работающем аппарате кислота из верхнего шара опускается в нижнюю емкость, откуда попадает в средний шар, где реагирует с цинком. Реакция при открытом кране продолжается до полного растворения цинка. Если кран закрыть, водород из среднего шара не выходит и вытесняет из него кислоту в нижнюю емкость, откуда избыток ее переходит в верхний шар. Реакция прекращается. Как только кран открывают, кислота снова контактирует с цинком, образуется водород;
2) взаимодействием со щелочами металлов, гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами (алюминий, цинк):
Zn + 2 КОН + 2 Н₂О = К₂[Zn(ОН)₄] + Н₂
2 А1 + 6 КОН + 6 Н₂О = 2 К₃[А1(ОН)₆] + 3 Н₂
3) электролизом воды, к которой для увеличения электроводности прибавляют электролит — щелочь или сульфат щелочного металла. Хлориды для этой цели менее пригодны, так как при их электролитическом разложении на аноде выделяется хлор.
В промышленности водород получают другими способами:
1) обработкой раскаленного угля водяным паром в специальных аппаратах — газогенераторах. В результате взаимодействия водяного пара с углеродом образуется так называемый водяной газ, состоящий из водорода и монооксида углерода:
С + Н₂О = СО + Н₂
При обработке водяного газа водяным паром в присутствии железного катализатора монооксид углерода превращается в диоксид, который легко растворяется в воде при повышенном давлении или в растворах щелочей:
СО + Н₂О = СО₂ + Н₂
СО₂ + Н₂О  Н₂СО₃
СО₂ + 2 КОН = К₂СО₃ + Н₂О
2) конверсией (превращением) метана с водяным паром, углекислым газом или смесью водяного пара и углекислого газа:
СН₄ + Н₂О = СО + 3 Н₂
СН₄ + СО₂ = 2 СО + 2 Н₂
3 СН₄ + СО₂ + 2 Н₂О = 4 СО + 8 Н₂
Эти процессы протекают при температуре около 1000 С в присутствии катализатора на основе никеля с добавками оксидов магния, алюминия и других металлов. Полученная смесь может использоваться как сырье для производства различных органических веществ (метанола, альдегидов, углеводородов и др.) или получения водорода (смесь обрабатывают водяным паром, как показало выше);
3) как побочный продукт производства хлора и гтдроксидов щелочных металлов электролизом растворов их хлоридов.
Применение. Водород — ценное сырье для химической промышленности. Он, используется для получения аммиака, метанола, альдегидов, углеводородов, превращения жидких жиров в твердые (гидрогенизация), производства жидкого топлива гидрогенизацией углей и мазута. В металлургии водород используют как восстановитель оксидов или хлоридов для получения металлов и неметаллов (германия, кремния, галлия, циркония, гафния, молибдена, вольфрама и др.). Благодаря высокой температуре горения в кислороде водород применяют также при резке и сварке металлов (автоген).