Монооксид углерода как восстановитель

1) В. Г. Герасимов «Основы промышленной электроники» 1986 г.

2) В. В. Мигулин «100 лет радио» 1995 г.

3) А. С. Касаткин «Электротехника» 1965 г.

4) Г. Зангер. «Электронные системы» 1980 г.

 

Сравнение водорода и монооксида углерода как восстановителя.

Водород как восстановитель

Связь Н—Н является одной из самых прочных σ-связей (Е = 436 кДж), поэтому термическая диссоциация водорода становится заметной лишь при температуре выше 2000 °С. Этим объясняется тот факт, что при комнатной температуре водород относительно мало реакционноспособен.

При комнатной температуре молекулярный водород реагирует лишь со фтором, при облучении УФ-светом — с хлором и бромом, при нагревании — с кислородом, серой, селеном, азотом, углеродом, иодом. Реакции водорода с кислородом и галогенами протекают по радикальному механизму. Чем легче реагирующее вещество образует свободные радикалы, тем энергичнее проте­кает процесс. Взаимодействие с хлором — пример неразветвленной цепной реакции. Она начинается с распада молекулы хлора на атомы, содержащие неспаренный электрон, т. е. являющиеся свободными радикалами. Это стано­вится возможным либо при облучении светом (фотохимическая активация), либо при нагревании (термическая активация):

hν

Cl₂ → 2Cl· (инициирование цепи)

Сl· + H₂ = HCl + H· (развитие цепи)

H· + Cl₂ = HCl + Cl·

hv (t°)

В итоге: H₂ + Cl₂ = 2HCl

 

Реакция с кислородом начинается лишь при температуре выше 400°С, а на воздухе — примерно при 600°С. Однако в присутствии катализатора (платины, соединений родия) она становится возможной и при комнатной температуре.

Взрыв гремучего газа — водородокислородной смеси — пример разветвлен­ного цепного процесса, когда инициирование цепи включает не одну, а не­сколько стадий:

H₂ → 2H·

H₂ + O₂ = 2OH·

H· + O₂ = OH· + ·O·

·O· + H₂ = OH· + H·

OH· + H₂ = H₂O + H·

В итоге: 2H₂ + O₂ = 2H₂O

 

Взрывного протекания процесса удается избежать, если работать с чистым водородом. Такой водород сгорает на воздухе, давая бесцветное пламя с высо­кой температурой — порядка 2800 °С. Зажигать водород можно только лишь после проверки на чистоту, иначе может произойти взрыв.

В этих химических реакциях водород является восстановителем, т. е. отдает электрон: H - e^– = H⁺. В лабораторной практике водород используют в качестве восстановителя при получении металлов, а также оксидов и галогенидов в низких степенях окисления:

Bi₂O₃ + 3H₂ = 2Bi + 3H₂O

Mn₃O₄ + H₂ = 3MnO + H₂O

CuO + H₂ = Cu + H₂O

2FeCl₃ + H₂ = 2FeCl₂ + 2HCl

Чем выше температура, тем активнее водород. При 1000 °С он восстанавли­вает сульфаты до сульфидов:

BaSO₄ + 4H₂ = BaS + 4H₂O

Монооксид углерода как восстановитель

С химической стороны монооксид углерода характеризуется главным образом склонностью к реакциям присоединения и своими восстановительными свойствами.

Однако обе эти тенденции обычно проявляются лишь при повышенных температурах. В этих условиях СО соединяется с кислородом, хлором, серой, некоторыми металлами и т. д. Вместе с тем оксид углерода при нагревании восстанавливает до металлов многие оксиды, что весьма важно для металлургии.

Наряду с нагреванием повышение химической активности СО часто вызывается его растворением. Так, в растворе он способен восстанавливать соли Au, Pt и некоторых других элементов до свободных металлов уже при обычных температурах.

1.3Сравнение CO и H₂

Ниже 830 °C более сильным восстановителем является монооксид углерода, выше — водород. Поэтому равновесие реакции

до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево.