1. Элемент, характерными степенями окисления для которого являются +1 и –1, вытесняемый активными металлами из оксида и хлорида, а также дающий собственный оксид в реакции с оксидом железа(III) – безусловно, водород. Уравнения реакций:
2Li + H2 →(t) 2LiH;
LiH + H2O = LiOH + H2↑;
2H2 + O2 = 2H2O;
2H2O + 2Na = 2NaOH + H2↑;
H2 + Cl2 = 2HCl;
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑;
H2 + Fe2O3 →(t) H2O + 2FeO (Fe);
H2O + Fe →(t) FeO + H2↑.
2. В лаборатории водород обычно получают взаимодействием металлов средней активности (чаще всего цинк) с серной кислотой, либо взаимодействием того же цинка или алюминия со щелочью. В последнее время появились маленькие лабораторные электролизеры, называемые генераторами водорода, в которых проводят электролиз разбавленного раствора щелочи:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑;
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;
2H2O = 2H2↑ + O2↑ (электролиз).
В промышленности основное количество водорода получают из метана, путем его пиролиза или конверсии, а также в качестве побочного продукта при пиролизе нефти и газификации угля:
СН4 → С + 2H2↑ (350 °C, кат.: Ni, Fe);
СН4 + H2O → СО + 3H2↑ (1300 °C, кат.: Ni);
СnНm →(t) СnНm−2 + H2↑;
С + H2O → СО↑ + H2↑ (1300 °C, кат.: Ni);
СO + H2O → СО2 + H2 (т.н. реакция сдвига, 400–500 °C, кат.: Fe).
3. Взаимодействие водорода и хлора протекает по радикальному цепному механизму и включает следующие стадии:
- инициация (зарождение цепи): Cl2 → 2Cl·;
- развитие цепи: Cl· + H2 → HCl + H·; H· + Cl2 → HCl + Cl·;
- гибель цепи (обычно на стенках сосуда Z): Cl· + Z → ZCl; H· + Z → ZH.