Нефтеперерабатывающая промышленность

Физические свойства

Водород — самый лёгкий газ: он легче воздуха в 14,5 раз. Молекула водорода двухатомна — Н₂. При нормальных условиях это газ без цвета, запаха и вкуса.

Химические свойства

1. Взаимодействие с галогенами. При обычной температуре водород реагирует лишь со фтором:

H₂ + F₂ = 2HF.

С хлором реагирует только на свету, образуя хлороводород, с бромом реакция протекает менее энергично, с йодом не идет до конца даже при высоких температурах.

2. Взаимодействие с кислородом. При нормальных условиях водород не реагирует с кислородом, при 400 °С реагирует с кислородом, а при 600 °С – с воздухом, при поджигании реакция протекает со взрывом:

2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Водород горит в кислороде с выделением большого количества тепла. Температура водородно-кислородного пламени 2800 °С.

3. Взаимодействие с серой. При пропускании водорода через расплавленную серу образуется сероводород:

H₂ + S = H₂S.

4. Взаимодействие с азотом. При нагревании водород обратимо реагирует с азотом, причем при высоком давлении и в присутствии катализатора:

3H₂ + N₂ = 2NH₃.

5. Взаимодействие с оксидом азота (II). Важное значение имеет взаимодействие водорода с оксидом азота (II), используемое в очистительных системах при производстве азотной кислоты:

2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O.

6. Взаимодействие с оксидами металлов. Водород – хороший восстановитель, он восстанавливает многие металлы из их оксидов:

CuO + H₂ = Cu + H₂O.

7. Сильным восстановителем является атомарный водород. Он образуется из молекулярного в электрическом разряде в условиях низкого давления. Высокой восстановительной активностью обладает водород в момент выделения, образующийся при восстановлении металла кислотой.

8. Взаимодействие с активными металлами. Водород является окислителем, присоединяет электрон и превращается в гидрид-ион, который заряжен отрицательно.

При высокой температуре водород соединяется с щелочными и щелочно-земельными металлам и образуя белые кристаллические вещества – гидриды металлов:

2Na + H₂ = 2NaH;

Ca + H₂ = CaH₂.

В промышленности

Конверсия с водяным паром при 1000 °C:

{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+H_{2}O\ \rightleftarrows {}\ CO+3H_{2}}}}СH4+H2O=CO+3H2

- Пропускание паров воды над раскалённым коксом при температуре около 1000 °C:

{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+C\ \rightleftarrows {}\ CO\uparrow +H_{2}\uparrow }}}H2O+C=CO+H2

- Электролиз водных растворов солей:

{\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ 2NaOH+Cl_{2}\uparrow +H_{2}\uparrow }}}2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2

- Электролиз водных растворов гидроксидов активных металлов (преимущественно, гидроксида калия)

2H2O 2H2+O2{\displaystyle {\ce {2H2O ->[4e^{-}] 2H2 ^ + O2 ^}}}

Кроме того, существует промышленная технология электролиза химически чистой воды, без применения каких-либо добавок. Фактически, устройство представляет собой обратимый топливный элемент с твердой полимерной мембраной^[10] (англ.).

- Каталитическое окисление кислородом:

{\displaystyle {\mathsf {2CH_{4}+O_{2}\rightleftarrows {}\ 2CO+4H_{2}}}}2CH4+O2=2CO+4H2

- Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.

В лаборатории

Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную серную кислоту:

{\displaystyle {\mathsf {Zn+H_{2}SO_{4}\rightarrow ZnSO_{4}+H_{2}\uparrow }}}Zn+H2SO4=ZnSO4+H2

- Взаимодействие кальция с водой:

{\displaystyle {\mathsf {Ca+2H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}}Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2

- Гидролиз гидридов:

{\displaystyle {\mathsf {NaH+H_{2}O\rightarrow NaOH+H_{2}\uparrow }}}NaH+H2O=NaOH+H2

- Действие щелочей на цинк или алюминий:

2Al+NaOH+H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2{\displaystyle {\mathsf {2Al+2NaOH+6H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}}

Zn+2KOH+2H2O=K2[Zn(OH)4]+H2{\displaystyle {\mathsf {Zn+2KOH+2H_{2}O\rightarrow K_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}}

- С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:

{\displaystyle {\mathsf {2H_{3}O^{+}+2e^{-}\rightarrow 2H_{2}O+H_{2}\uparrow }}}2 +2 =2H2O+H2

Применение:

1) Химическая промышленность

Нефтеперерабатывающая промышленность