Два самых распространённых во Вселенной элемента — и самая необычная пара валентностей во всей таблице.
Водород ставят и в IA группу (1 электрон, как щелочные), и в VIIA (не хватает 1 электрона до завершения слоя, как галогены). Отсюда его двойственный характер: способен и отдавать электрон (H+), и принимать (H-, гидрид-ион).
+1 — в подавляющем большинстве соединений (кислоты, вода, органика). −1 — только в гидридах активных металлов (NaH, CaH2). 0 — в простом веществе H2.
С металлами водород — окислитель (сам принимает электрон, СО падает до −1, образуя гидрид-ион). С неметаллами и оксидами металлов водород — восстановитель (СО растёт до +1). Это зеркально симметрично роли неметаллов из конспекта 28: там знак электроотрицательности партнёра решал роль неметалла, здесь то же самое для водорода.
Кислород — второй по электроотрицательности элемент после фтора, в подавляющем большинстве соединений СО = −2 (исключения: пероксиды −1, OF2 +2, см. конспект 76).
Бесцветный газ без запаха, необходим для дыхания. Умеренный окислитель.
Голубой газ с резким запахом, значительно более сильный окислитель, токсичен. Защищает Землю от УФ в стратосфере.
По окислительной способности озон значительно превосходит O2 — способен окислять вещества, инертные к обычному кислороду (серебро, некоторые органические загрязнители). Именно поэтому озон используют для обеззараживания воды вместо хлора в ряде современных систем очистки.
В H2O2 кислород в промежуточной степени окисления −1 (см. конспект 76 о пероксиде натрия) — поэтому вещество проявляет двойственную окислительно-восстановительную природу.
Простое правило: если партнёр реакции — более сильный окислитель, чем сама H2O2 (например, KMnO4), пероксид вынужден быть восстановителем (кислород повышается до 0, O2). Если партнёр слабее или это восстановитель (KI, различные красители) — H2O2 сама выступает окислителем (кислород понижается до −2, вода). Признак реакции с KMnO4: обесцвечивание фиолетового раствора и выделение газа (O2) — легко узнаваемый сценарий на экзамене.
Дано: 68 г H2O2 (M=34 г/моль) полностью разложили с катализатором MnO2.
n(H2O2) = 68/34 = 2 моль. Реакция 2H2O2→2H2O+O2 (2:1 по O2).
n(O₂) = 1 моль → V = 1 × 22,4 = 22,4 л (н.у.)
Водород в соединениях всегда +1.
В гидридах металлов (NaH, CaH₂) металл электроположительнее водорода, и водород получает −1. Такие гидриды бурно реагируют с водой: NaH + H₂O → NaOH + H₂↑.
Кислород в соединениях всегда −2.
В пероксидах (H₂O₂, Na₂O₂) он −1, в OF₂ — +2 (фтор электроотрицательнее), в простом веществе O₂ — 0. Три исключения, которые надо помнить.
H₂O₂ — только окислитель.
Кислород в нём имеет промежуточную степень −1, поэтому пероксид работает и окислителем (чаще), и восстановителем — с более сильными окислителями вроде KMnO₄: 5H₂O₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5O₂↑ + K₂SO₄ + 8H₂O.
Озон и кислород — одно и то же вещество, просто разная запись.
Это аллотропные модификации: разные вещества одного элемента. Озон намного сильнее как окислитель — окисляет даже серебро (2Ag + O₃ → Ag₂O + O₂), чего кислород не умеет.
Водород ставят и в IA группу (один внешний электрон, как у щелочных металлов), и в VIIA (до завершения уровня не хватает одного электрона, как галогенам). Обе позиции обоснованы: с металлами он ведёт себя как неметалл (гидриды, −1), с неметаллами — как металл (+1).
Кислород: внести тлеющую лучинку — она вспыхнет. Кислород поддерживает горение, но сам не горит.
Водород: поднести горящую лучинку к пробирке — раздастся хлопок («лает»), водород сгорит. Сам он горение не поддерживает.
Разница принципиальная: один газ горит сам, другой заставляет гореть остальных.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
−1 — в гидридах активных металлов водород электроотрицательнее металла и оттягивает электронную плотность на себя (единственный такой случай для водорода).
Молекула O3 менее устойчива и легче отдаёт атом кислорода в реакции — за счёт этого озон способен окислять вещества, инертные к O2 (например, серебро).
Когда реагирует с более сильным окислителем, например KMnO4 — тогда кислород пероксида повышает СО с −1 до 0 (O2).
Конверсия метана паром (паровой риформинг): CH4 + H2O →(Ni,t) CO + 3H2.
Она взрывоопасна — реакция 2H2+O2→2H2O при поджигании происходит мгновенно и с сильным звуковым эффектом (взрывом).
С крахмально-иодидной бумагой: O3 + 2KI + H2O → I2 + 2KOH + O2 — выделившийся иод даёт синее окрашивание с крахмалом.
Восстановителем — хлор электроотрицательнее, H2 отдаёт электроны, СО водорода растёт до +1.
n(KClO3,M=122,5)=39,25/122,5≈0,32 моль. Реакция 2:3 по O2. n(O2)=0,48 моль. m=0,48×32≈15,4 г.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно