Восстановительные свойства водорода

1) реакции с простыми веществами:

2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г) (кат: Pd- на холоду и в темноте) температура

^{2моль: 1моль = гремучий газ} пламени

2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г) + Q (t > 400 ^оС, в кислороде) достигает 2800 ^оС

2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г) + Q (600 ^оС, на воздухе)

H_2(г)+ Cl_2(г)= 2HCl↑ _{(поджигание или на свету – взрыв; в присутствии Pt -на холоду и в темноте)}

H_2(г) + F_2(г) =2HF_(г) (при обычных условиях, взрыв, ковалентный гидрид)

H_2(г) + Br_2(г) =2HBr↑ (t; в присутствии Pd -на холоду и в темноте)

H_2(г) + I_2(г) =2HI↑ (t; в присутствии Pd -на холоду и в темноте)

H_2(г) + S_(т) ↔ H₂S↑ (150-300 ^оC, ковалентный гидрид)

H_2(г) + N_2(г) ↔ 2NH₃↑ (450 ^оC, кат: Fe, Р=200 атм, ковалентный гидрид)

2H_2(г)+ 2N_2(г) + O_2(г)+ 2H₂O = 2NH₄NO₂ (кат: Pd - связывает N₂ в обычных усл.)

H_2(г) + C_(т) ≠ нет реакции

H_2(г) + Si_(т) ≠ нет реакции

2) реакции с кислотными и безразличными оксидами:

СО_2(г) + 4H_2(г) = СН₄↑ + 2H₂O↑ (t)

SО_2(г) + 3H_2(г) = H₂S↑ + 2H₂O↑ (t; кат: Pd – в темноте и на холоду)

SO_2(г) + 2H_2(г) = S↓ + 2H₂O

nСО_(г) + (2n +1)H_2(г) = С_nН_2n+2 + nH₂O↑ (t, синтез Фишера-Тропша)

СО_(г) + H_2(г) = СН₃ОН (p, t, кат: ZnO / Cr₂O₃)

CO_2(г) + 3H₂ = CH₃OH + H₂O (400 ^oC, 30мПа, кат: ZnO+Cr₂O₃)

N₂O_(г) + H_2(г) = N₂↑ + H₂O↑ (t)

2NO_(г) + 2H_2(г) = N₂↑ + 2H₂O↑ (t, используется в очистительных системах)

2NO_2(г) + 7H_2(г) = 2NH₃ + 4H₂O (кат: Pt, Ni)

SiO_2(т) + H₂ = SiO_(г)↑ + H₂O↑ (t> 1000 ⁰C),

3)реакции простого вещества водорода с оксидами металлов:

представлен ряд реакционной способности простых веществ металлов по отношению к простому веществу кислороду и воде, в котором металлы расположены по возрастанию ∆ G ^о , кДж на единицу степени окисления металла в оксиде (он отличается от ряда стандартных электродных потенциалов):

Восстановительные свойства простых веществ металлов понижаются→

Ca_кр Mg_кр Li_кр Sr_кр Ba_кр Al_кр Na_кр K_кр Zn_кр Rb_кр Sn_кр

∆ G: -302 -285 -281 -280 -264 -264 -189 -161 -160 -147 -129

CaO_кр MgO_кр Li₂O_кр SrO_кр BaO_кр Al₂O_3кр Na₂O_кр K₂O_кр ZnO_кр Rb₂O_кр SnO_кр

Окислительные свойства оксидов усиливаются →

Восстановительные свойства простых веществ металлов понижаются →

H_2г Cd_кр Co_кр Ni_кр Pb_кр Cu_кр Au_кр Ag_кр

∆ G: -119 -115 -107 -106 -95 -65 -13 -6

H₂O_ж CdO_кр CoO_кр NiO_кр PbO_кр CuO_кр Au₂O_3кр Ag₂O_кр

Окислительные свойства оксидов усиливаются →

Металлы, стоящие в этом ряду левее водорода, не могут быть восстановлены водородом из их оксидов:

ZnО + H₂ ≠, СаО + H₂ ≠, Al₂O₃ + H₂ ≠

Реакции прстого вещества водорода с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов могут протекать по схеме внутримолекулярной дисмутации [ 8 ]:

Ме₂O_(т) + H_2(г) = МеH + MeOH (Ме = Na, K, Rb, Cs)

Li₂О + H₂ ≠

2МеО + 2H₂ = МеH₂ + Ме(ОН) ₂ (Ме =Ca, Ba, Sr)

МgО + H₂ ≠, BeО + H₂ ≠

Реакции с оксидами металлов, расположенных в представленном ряду правее водорода, идут по схеме восстановления металлов из их оксидов:

MeO_(т) + H_2(г) = Me_(т) + H₂O↑ (t, Me = Сo, Ni, Cu)

WO_3(т) + 3H_2(г) = W_(т) + 3H₂O↑ (600 ^оС, также с MoO₃)

Me₂O_7(т) + 7H_2(г) = 7H₂O + 2Me (t, Me – Mn, Re, Te)

Me₃O_4(т) + H_2(г) = H₂O + 3MnO (t)

МеO_(т) + H_2(г) = Me + H₂O (Me (CЭП > +0, 7) = Hg, Ag, Pd, Au)

Sb₂O_3(т) + 3H₂ = 2Sb + 3H₂O (500-600 ^oC)

Bi₂O₃ + 3H₂ = 2Bi + 3H₂O (240-270 ^oC)

PbО₂ + Н₂ = Н₂О + PbO (t)

PbО + Н₂ = Н₂О + Pb (t)

4) реакции с некоторыми органическими веществами:

С₂Н_4(г) + H_2(г) = С₂Н_6(г)↑ (p, t, кат: Ni, гидрирование, восстановление алкенов)

R– CНО_(альд) + H_2(г) = R– СН(ОН)_(спирт) (кат: Ni, t)

R– CО –R_(кетон) + H_2(г) = R–С(ОН)–R_{(вторичный спирт)} (кат: Ni, восстановление)

R–CН=СН₂ + H_2(г) + CО = R–СН₂СН₂CНО (кат: гидроформилирование)

5) реакции с хлоридами, нитратами, нитридами и сульфатами:

SiHCl₃ + H_2(г) = Si↓ + 3HCl↑ (t)