Hydrogène Flashcards
L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers. (V/F)
V
A l’état non combiné l’hydrogène n’existe qu’en très faible proportion à l’état de traces dans la _________________.
haute atmosphère
A l’état ________ l’hydrogène est beaucoup plus abondant.
combiné
L’hydrogène intervient dans la composition de: __________, _________, _________, __________.
- Eau;
- Pétrole;
- Houille;
- Hydrocarbures.
En terme d’abondance dans la croute terrestre, l’hydrogène se situe au ___ rang.
3ème rang (après l’oxygène et le silicium)
L’élément hydrogène existe sous 3 formes isotopique: ___________, __________, ______________.
- Le Protium ou hydrogène léger : 1H dont le noyau ne comporte qu’un proton. Nombre de masse A=1;
- Le Deutérium ou hydrogène lourd 2H ou D, dont le noyau est formé d’un proton et d’un neutron;
- Le Tritium ou hydrogène très lourd 3H ou T, le noyau est formé d’un proton et de deux neutron. Nombre de masse A=3.
L’hydrogène naturel contient essentiellement du ___________ et une faible proportion en __________.
protium (99.95%);
deutérium.
Deux atomes d’hydrogène sont -dans les conditions ordinaires- associées en une ___________dans laquelle les spins des deux électrons sont ___________ et l’énergie de cette association est _______, inférieure à la somme des énergies des atomes pris séparément.
molécule H2;
antiparallèles;
minimale.
L’hydrogène moléculaire H2 est un mélange de deux formes le _______________et l’_____________________.
para-hydrogène (p-H2);
ortho-hydrogène (o-H2).
Le sens de rotation sont les mêmes dans l’ortho-hydrogène (o-H2) et sont inversés dans para-hydrogène (p-H2). (V/F)
V
La différence des énergies de rotation dans la molécule de H2 a un impact sur: ___________, __________, ___________.
- Les spectres de bande dans l’infrarouge;
- Variation dans la chaleur massique;
- Variation dans les points de fusion et ébullition.
La transformation de la variété ortho en variété para est exothermique. (V/F)
V
Un abaissement de la température déplace l’équilibre en faveur de la variété ortho-H. (V/F)
F: para-H
L’hydrogène contient ___ de para H2 pour __ d’ortho H2 aux températures ordinaires.
¼;
¾.
Dans les conditions convenables de température (T°) et de pression (P), les molécules diatomiques H2 se dissocient en donnant à l’équilibre: __________________.
H2 → 2H + Δ H
La dissociation H2 → 2H + Δ H est fortement _____________.
endothermique
La dissociation H2 → 2H + Δ H est favorisée par une élévation de la température et de la pression. (V/F)
F: Élévation de la température et abaissement de la pression.
L’hydrogène atomique est chimiquement plus actif que l’hydrogène moléculaire. (V/F)
V
Des réactions d’hydrogénation sont possibles à température ordinaire. (V/F)
V
Exemples de réactions d’hydrogénation: ______________, ____________.
- Hydrogénation de du soufre (S), du phosphore (P), de l’arsenic (As), de l’antimoine (Sb);
- Formation des hydrures des métaux alcalins
Propriétés physiques de l’hydrogène: ________________, ____________, _____________, ______________, _____________, _______________, ______________.
- Gaz incolore, inodore et insipide;
- Forces intermoléculaires très faibles à l’état gazeux;
- Points de fusion et d’ébullition très bas;
- Formes liquides et solides incolores;
- Non-conducteur du courant électrique dans ses trois fromes;
- Peu soluble dans l’eau;
- Masse moléculaire la plus petite (M= 2g/mol).
L’hydrogène ne conduit pas le courant électrique car: _______________ et ___________.
- Absence d’électron ou d’ion libres;
- La liaison H-H est purement covalente.
Conséquences des propriétés physiques de l’hydrogène: __________, __________, ________, ____________.
- Gaz le plus léger (d=1/14.5 que d de l’air);
- Effusion (passage facile à travers les poreuses);
- Meilleur conducteur de chaleur;
- Absorption par les métaux.
Certains métaux comme _______, _______, ________, _______, _________absorbent des quantifiés importante d’hydrogène. On obtient la constitution de produits mal définis où les atomes d’hydrogène se logent dans les ____________en provoquant sa ___________.
Fer;
Nickel;
Titane;
Platine;
Palladium;
lacunes du réseau;
dilatation.
La première préparation d’hydrogène a été obtenue par ___________________.
l’action d’un acide sur le zinc (Cavendish)
Actuellement la majorité de l’hydrogène est produite à partir d’un _________, ce processus de fabrication n’est pas tenable à long terme en raison des __________________ et du problème non résolu d’__________________.
gaz naturel;
réserves limitées de gaz naturel;
émissions de CO2.
L’hydrogène obtenu par électrolyse est le plus _____ mais plus ________.
pur;
couteux.
Les préparations les plus utilisées en industrie et au laboratoire sont : ____________, ___________, ___________, ____________, _____________.
- Préparation à partir du méthane;
- Préparation à partir du pétrole;
- Préparation par électrolyse de l’eau;
- Préparation par réduction de l’eau;
- Préparation par action d’un acide sur le zinc.
Préparation à partir du méthane
Le gaz naturel est composé en majeure partie de _____, mais contient aussi du CO2 et du soufre, ce dernier doit être d’abord éliminé avec la _____________.
méthane;
CO2;
Soufre;
désulfuration.
Préparation à partir du méthane
Le méthane CH4 peut être décomposé par la _____en présence de _________.
chaleur;
catalyseur.
Méthodes de préparation à partir du méthane: ___________, __________, ___________.
Craquage simple: CH4 → C + 2 H2 + 19 Kcal;
Craquage oxydant: 2CH4 + O2 + Cat → 2CO + 4 H2 -14Kcal;
Craquage en présence H2O/CO2:
CH4 + H2O + Cat → CO + 3 H2 +51 Kcal
CH4 + CO2 + Cat → 2CO + 2 H2 + 61 Kcal
Préparation à partir du pétrole
Se déroule à T° = ____°C.
400°C
Préparation à partir du pétrole, réaction: ______________________.
C3H8 + 3H2O → 7H2 + 3CO
3 CO + 3 H2O → 3 H2 + 3CO2
————————————————
C3H8 + 6 H2O → 10 H2 + 3 CO2
L’eau pure conduit à peine le courant électrique mais l’addition d’un _________________ va la rendre conductrice.
électrolyte (acide – base)
Electrolyse de l’eau
Les acides ont l’inconvénient d’être _________ ainsi on utilise surtout des bases comme la __________ ou la ___________.
corrosifs;
potasse KOH;
soude NaOH.
Electrolyse de l’eau
On utilise des électrolyseurs qui sont des _______.
bacs
Electrolyse de l’eau
Généralement les électrodes sont en ________ en milieu ______ ou en ____ en milieu ________.
platine en milieu acide;
fer en milieu alcalin.
Electrolyse de l’eau
La réaction chimique consiste en une __________________.
dissociation de H2O
Electrolyse de l’eau - réaction
Cathode: __________________________;
Anode: ____________________________;
Réaction globale: ___________________.
Cathode: 4H2O + 4 e- → 2 H2 + 4 OH-;
Anode: 4 OH- → 2 H2O + O2 + 4 e-;
Réaction globale: 2 H2O → 2H2 + O.
Electrolyse de l’eau
Une DDP de __volts est nécessaire en pratique pour décomposer l’eau.
02
Electrolyse de l’eau
On obtient de l’hydrogène presque pur mais qui peut renfermer des ____________ et ________________.
traces d’O2;
traces de H2O.
Electrolyse de l’eau
Les traces d’O2 peuvent être éliminées par ___________.
passage sur du platine
Electrolyse de l’eau
Les traces de H2O peuvent être éliminées par _________ qui se fait en _____________.
Séchage;
Barbotant l’hydrogène dans un flacon laveur contenant H2SO4 + CaO.
On peut obtenir de l’hydrogène comme sous-produit dans l’électrolyse de _____ et _______.
NaCl;
NaOH.
Réduction de l’eau
3 types de réducteurs sont utilisés dans ces préparations: _________, _________, ____________.
Fer;
Carbone;
Phosphore.
Réduction de l’eau
On utilise le ____ car il est peu cher et peut être régénéré facilement.
fer
Réduction de l’eau
En fonction de la température on obtient plusieurs réactions : ______________________, _______________________.
T° < 570°C:
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2 + 35 Kcal (1)
T°> 570°C:
Fe + H2O → FeO + H2 + 6 Kcal (2)
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2 + 7 Kcal (3) (la plus utilisée)
Réduction de l’eau
Les équilibres sont influencés par le ___________________.
rapport des pressions partielles de l’hydrogène et l’eau pH2/pH2O
Réduction de l’eau
L’oxyde de fer sera réduit à chaud par de l’___________ qui va libérer du _____ et le fer pourra de nouveau rentrer dans le cycle de réactions: _______________.
oxyde de carbone;
CO2;
Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
L’hydrogène obtenu est __________.
gazeux
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
L’hydrogène est obtenu par action des acides qui réagissent sur les métaux qui précédent l’hydrogène dans la ___________________.
liste des potentiels redox
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
La réaction la plus utilisée est la suivante :_______________________.
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Préparation à partir d’un acide sur le zinc - Choix de l’acide
__________ est recommandé.
H2SO4 dilué
Préparation à partir d’un acide sur le zinc - Choix de l’acide
Si H2SO4 est trop concentré, il se forme ____ provenant de sa réduction.
SO2
Préparation à partir d’un acide sur le zinc - Choix de l’acide
Inconvénient du HCL: _______________________.
trop volatil et sera entrainé en petite quantité avec de l’hydrogène.
Préparation à partir d’un acide sur le zinc - Choix de l’acide
HNO3 a des propriétés _________, il serait réduit par l’hydrogène naissant avec production des ________________.
oxydantes;
vapeurs nitreuses.
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
Le zinc ne doit pas renfermer des impuretés tel le ________, ________ et ________ qui sont transformés en ______________________.
phosphore;
arsenic;
silicium;
hydrures PH3, AsH3, SiH4.
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
Une élévation de la température engendre une __________ pouvant aller jusqu’à _____.
réduction;
H2S.
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
Si le zinc est ______ il n’est pas attaqué par le H2SO4.
très pur
Préparation à partir d’un acide sur le zinc
La purification consiste à faire passer l’hydrogène impur sur du ______________placé dans un four a une température de ___°C , on élimine ainsi ___ selon la réaction: _________________________.
cuivre ( tournure);
500 °C;
H2S;
H2S + Cu → H2 + CuS.
L’________________ est utilisé pour produire de l’hydrogène au laboratoire à partir de diverses réactions chimiques.
Appareil de Kipp
Appareil de Kipp
Une solution de _________ réagit avec ________, ________ ou _________pour produire de l’hydrogène.
NaOH;
CaH2 (hydrolithe), Silicium Si ou Aluminium Al.
L’hydrogène est le seul élément don __ est saturée.
couche K
L’hydrogène peut acquérir une configuration ionique stable de 2 façons: ________________ et ___________________.
En fixant un électron pour donner l’ion H-;
En perdant un électron pour donner le proton H+.
La structure électronique de H- est celle du ____________.
Hélium (1sp2)
L’affinité électronique de H est manifestée dans ses combinaison avec les _______________________.
métaux les plus électropositifs (alcalins et alcalino-terreux)
NO de H-: ___.
-I
H- a une action réductrice. (V/F)
F: oxydante
L’échelle des potentiels normaux met en évidence que l’hydrogène est moins électropositifs que la plupart des métaux. (V/F)
V
NO de H+: __.
+I
H+ est réducteur. (V/F)
V
Dans le cas de l’hydrogène la grande majorité des liaisons ont un caractère ____________prépondérant aussi bien dans les composés hydrogénés _________ que dans les composés _________.
covalent;
minéraux;
organiques.
Ce n’est que dans quelques ____________que les liaisons sont presque purement ioniques.
hydrures métalliques
Les _____________se forment en chauffant des métaux électropositifs, tels que les métaux alcalins et alcalino-terreux, en présence d’hydrogène.
hydrures salins
Les métaux alcalins et alcalino-terreux donnent des composés ____________, dont la structure est similaire à celle du _______________.
cristallisés blancs;
chlorure de sodium.
Les hydrures salins correspondent à la valence ordinaire des métaux. (V/F)
V
Hydrures salins
La réaction est plus rapide avec les métaux alcalins qu’avec les alcalino-terreux. (V/F)
V
Les liaisons métal- hydrogène étant très nettement ________.
ioniques
Toues les hydrures salins sont décomposables par la ______.
chaleur
Température de décomposition de NaH et KH se situe entre ___ et ___°C.
400-500°C
Certains hydrures de _______ et des __________ sont électrolysables à l’état fondu.
Lithium;
métaux alcalinoterreux.
Electrolyse des hydrures salins fondus
L’hydrogène se dégage à l’______.
anode
Les hydrures salins sont des oxydants très énergiques. (V/F)
F: réducteurs
Certains hydrures salins sont décomposables par l’____avec libération d’hydrogène: Exemple:_______________________.
eau;
CaH2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + 2 H2
Les non métaux qui se combinent à l’hydrogène sont ___________ que lui ou ont une __________voisine de la sienne.
plus électronégatifs;
électronégativité.
Les liaisons H-non-métaux sont __________.
covalentes
Action sur les halogènes (groupe 17)
L’affinité pour l’hydrogène décroit du fluor à l’iode en même temps que l’électronégativité. (V/F)
V
Action sur les halogènes (groupe 17)
Avec le fluor la réaction est ____________ et ______________.
très explosive et exothermique
Action sur les halogènes (groupe 17)
Avec le chlore la réaction est _________en présence d’une _________________.
explosive;
lumière très atomique.
La synthèse du bromure d’hydrogène HBr s’effectue à température modérée à ___°C en présence d’un catalyseur.
150
L’action de l’iode sur l’hydrogène ne commence qu’à partir de ___°C; cette réaction est limitée par la _______________.
200°C;
dissociation de HI.
Action sur les éléments du groupe 16
L’affinité pour l’hydrogène décroit de l’oxygène au tellure. (V/F)
V
Action sur les éléments du groupe 16
Avec le soufre le sélénium et le tellure les réactions sont _________ et commencent à des températures de plus en plus élevées vers ___°C.
réversibles;
250°C.
Pour la synthèse du sulfure d’hydrogène H2S on procède à un _______________.
chauffage du souffre en présence de H2
H2 + S → H2S est fortement exothermique. (V/F)
F: faiblement
L’action de l’hydrogène sur le sélénium à ___°C nous fait obtenir de l’hydrogène sélénié.
400°C
Il n y a pas de réaction entre l’hydrogène et l’oxygène à froid. (V/F)
V
Une _______________, une _______, un ___________ provoque une explosion du mélange H2+O2 avec dégagement de chaleur et formation de l’eau.
élévation de température;
étincelle;
catalyseur (platine).
Le grand dégagement de chaleur de la réaction H2 + O2 _____-______°C est utilisé dans les ________________.
2500 – 2600 °C;
chalumeaux industriels pour la soudure..
Action sur l’azote et les non métaux du groupe 15
Les composes hydrogénés du ________ et _______ne sont pas obtenus directement par contre la synthèse est directe pour l’____________.
Phosphore et Arsenic (PH3 et AsH3);
ammoniac.
La réaction de l’hydrogène avec le carbone s’effectue par une réaction ___________ en donnant du ________ en présence de ______________.
réversible;
méthane;
nickel (catalyseur).
A très haute température, la réaction de l’hydrogène avec le carbone aboutit à de l’____________.
acétylène
L’hydrogène en particulier dans son union à des non métaux joue le rôle de réducteur__________.
réducteur
La plupart des réductions par de l’hydrogène sont exothermiques. (V/F)
V
Les réductions par de l’hydrogène sont obtenues par ____________, par _______, en faisant agir H à l’état naissant.
élévation de la température;
catalyse.
L’hydrogénation de l’éthylène en éthane se produit à haute température. (V/F)
V
C2H4 + H2 → C2H8
Les réductions par H par élévation de la température: _______________, _______________, _______________, __________________.
Hydrogénation de l’éthylène en éthane;
Réduction des oxydes des non métaux;
Réductions des oxydes métalliques;
Réductions des chlorures et des sulfures métalliques.
Le ___ et les __________ sont réduits au rouge par l’hydrogène avec libération du non métal.
SO2 et oxydes d’azote
La réaction du dioxyde de carbone avec l’hydrogène donne le ________ par une réaction ___________.
monoxyde;
réversible.
L’anhydre borique B2O3 et la silice SiO2 ne sont pas réductibles H car _________________.
B et Si sont plus électropositifs que H.
Les oxydes des métaux les moins électropositifs sont réduits facilement par l’hydrogène. On cite: ______, ______, _______, ________.
- Oxyde d’argent;
- Oxyde de cuivre;
- Oxyde de plomb;
- Oxyde de nickel.
L’oxyde ferrique est réduit à l’état d’oxyde salin par une réaction__________à partir de ___°C. L’oxyde salin est à son tour réduit par des _______________.
irréversible;
450°C;
réactions d’équilibre.
3Fe2O3 + H2 → 2 Fe3O4 + H2O
L’oxyde de zinc n’est réduit par l’hydrogène que vers ____°C par une réaction __________.
1000°C;
réversible.
Les oxydes _______, __________, les oxydes de _______et d’____________ c’est à dire les métaux les plus électropositifs sont non réductibles par l’hydrogène.
alcalins;
alcalinoterreux;
Mg (MgO);
Aluminium (Al2O3).
Les halogénures (chlorures, fluorures, bromures et iodures) des métaux peu électropositifs comme ceux de _______, ________ et _______ sont réduits à chaud.
Cuivre;
Argent;
Antimoine.
Les hydrogénations sont principalement catalysées par le __________ et ___________.
Nickel;
Cuivre réduit.
Réactions effectuées par catalyse: ___________, ___________, _______________.
- Des alcènes en alcanes (cat : Ni) :
C2H4 + H2 → C2H6 (éthane); - Les carbures benzéniques en cyclanes :
C6H6+ 3 H2 → C6H12 (cyclohexane); - Des aldéhydes en alcool primaire a 140°C :
CH3-CHO +H2 → CH3-CH2OH (éthanol).
L’hydrogénation des produits organiques lourds tels que la houille, pétrole conduit à l’obtention d’___________.
essence
L’hydrogénation de certains acides gras des matières grasses permet de préparer des _____________ dont certaines sont utilisés dans l’______________ et l’______________.
huiles hydrogénées;
alimentation (margarine);
industrie pharmaceutique.
L’hydrogène est l’un des tous premiers gaz industriels, il est commercialisé a l’état _________ ou __________, la production mondiale est d’environ ____million tonne / an.
gazeux ou liquide;
240.
Les principaux débouchés du H2 sont actuellement la synthèse de l’_____________.
Ammoniac (60%)
L’hydrogène est utilisé en pétrochimie où l’hydrotraitement vise à purifier les _____________ de leurs impuretés notamment le ________.
coupes pétrolifères;
soufre.
L’hydrogène est utilisé comme gaz de couverture dans le traitement thermique des ___________________.
tôles pour automobiles.
En chimie l’hydrogène est utilisés dans: _____________, ____________, ____________, ______________, _____________, _______________.
- Synthèse du méthanol;
- Synthèse des aldéhydes et alcools;
- Fabrication du peroxyde d’hydrogène H2O2;
- Réduction d’oxydes métalliques en métal;
- Dans les chalumeaux hydrogène oxygène (soudure, découpage, fabrication de pierres semi précieuses artificielles)
- Piles à combustible, dans les propergols pour fusée avec l’oxygène tous les deux liquides.
L’utilisation de l’hydrogène comme combustible semble pouvoir devenir un débouché important. C’est en effet un combustible à _____________et __________.
pouvoir énergétique élevé;
non polluant.
Les deux difficultés qui limitent actuellement l’utilisation de l’hydrogène sont: __________ et __________.
Cout et stockage
