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氫氣的性質(zhì)及氫氣的用途

發(fā)布日期:2018-11-28 | 瀏覽次數:4222

氫在所有元素中是量輕的。氧原子核外只有一個(gè)電子。氫有三種同位素,氫主要以化 合狀態(tài)存在于水、石油、煤、天然氣以及各種生物的組織中。它在地殼內的含量以原子百分比表示約為17.o%.水含有11% 重量的氫,泥土中含有約15%,100千米的高空主要成份也是氫氣,但在大氣層中的含量卻很低.鄰近地面的空氣只有極少 量的氫。光譜分析的結果表明,大陽(yáng)和星球的大氣中含有大量的氫,以原子百分比表示大約81.75%,從整個(gè)宇宙來(lái)看,氫 是含量**多的一種元素。


(一) 氫氣的物理性質(zhì) 在通常狀況下,氫氣是一種無(wú)色,無(wú)味和無(wú)嗅的氣體。它比空氣輕.據測定,在標準狀況下(溫度為0℃,壓強為101, 325千帕),1升氫氣的質(zhì)量是0.089克。氫氣跟同體積的空氣相比,質(zhì)量約是空氣的1/14,比空氣輕重4.38倍。在101. 325千帕下,氫氣在一252.8℃(20.2K)時(shí),能變成無(wú)色的液體,在一259.2℃(13.8K)時(shí),能變?yōu)檠畹墓腆w。它難溶于 水,也難液化。這樣輕的氣體,自然具有的擴散速度和很高的導熱性,它的導熱率比空氣大7倍。氫在水中的溶解度 很小,而在鎳、鈀和鉬中的溶解度都很大,一體積的鈀能溶解幾百體積的氫。氫的滲透性很強,常溫下可透過(guò)橡皮和乳膠 管,在高溫下可透過(guò)鈀、鎳、鋼等金屬薄膜。由于氫氣具有很強的滲透性,所以當鋼暴露于一定溫度和壓力的氫氣中時(shí), 滲透于鋼的晶格中的原子氫在緩慢的變形中引起脆化作用。它在鋼的微觀(guān)孔隙中與碳反應生成甲烷。隨著(zhù)甲烷生成量的增 加,使孔隙擴張成裂紋,加速了碳在微觀(guān)組織中的遷移,降低了鋼的機械性能,甚至引起材質(zhì)的損壞。


(二)氫氣的化學(xué)性質(zhì) 氫氣在常溫下性質(zhì)穩定,但在點(diǎn)燃或加熱等條件下,能夠跟許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應。 1 氫氣的可燃性 氫氣在空氣里的燃燒,實(shí)際上是與空氣里的氧氣發(fā)生反應,生成水。這一反應過(guò)程中有大量熱放出,是相同條件下汽 油的三倍。因此可用作高能燃料,在火箭上使用。我國長(cháng)征3號火箭用液氫燃料。 不純的氫氣點(diǎn)燃時(shí)會(huì )發(fā)生爆炸。但有一個(gè)極限,當空氣中所含氫氣的體積占混合體積的4%-74.2%時(shí),點(diǎn)燃都會(huì )產(chǎn) 生爆炸,這個(gè)體積分數范圍叫爆炸極限。當氫氣的純度達到74.2%以上時(shí)點(diǎn)燃只會(huì )燃燒不會(huì )產(chǎn)生爆炸。所以,在點(diǎn)燃使 用氫氣時(shí)必須十分注意安全。只有確保氫氣已經(jīng)純凈后,方可點(diǎn)燃或加熱由氫氣。 2 氫氣的還原性 氫氣與氧化銅生成紅色的金屬銅與水,以上反應的實(shí)質(zhì)是氫氣奪取氧化銅中的氧生成水,使氧化銅變?yōu)榧t色的金屬銅。 氧化銅失去氧變成銅,氧化銅被還原了,即氧化銅發(fā)生了還原反應。這種含氧化合物失去氧的反應,叫做還原反應。能奪取 含氧化物里的氧,使它發(fā)生還原反應是的物質(zhì),叫做還原劑。氫氣是還原劑具有還原性


(三)氫氣的用途 氫氣的用途是由氫氣的性質(zhì)決定的。例如,氫氣密度是所有氣體中**小的,可將氫氣充入氣球中氣球可以飛起來(lái),如 放飛氫氣球、太空氫氣球、空飄氫氣球。氫氣也可充氫氣飛艇。 氫氣跟氧氣反應時(shí)放出大量的熱,氫氧焰可達3000℃的高溫,用于焊接或切割金屬;做高能燃料。利用氫氣的還原性, 可以冶煉有色金屬和高純鍺、硅,合成氨、鹽酸,石油加氫,制硬化油,高效能燃料,液氫還有希望成為動(dòng)力火箭的推進(jìn)劑。 其實(shí)氫氣是重要的化工原料。如:氫氣和氮氣在高溫、高壓、催化劑存在下可直接合成氨氣,目前,全世界生產(chǎn)的氫氣 約有2/3用于合成氨工業(yè)。在石油工業(yè)上許多工藝過(guò)程需用氫氣,如加氫裂化,加氫精制、加氫脫硫、催化加氫等。氫氣在 氯氣中燃燒生成氯化氫,用水吸收得到重要的化工原料棗鹽酸。氫氣和一氧化碳的合成氣,凈化后經(jīng)加壓和催化可以合成甲 醇。在食品工業(yè)上,氫氣用于動(dòng)植物油脂的硬化,制人造奶油和脆化奶油等。隨著(zhù)新技術(shù)的發(fā)展,氫氣的應用將更為廣泛和 重要。


(四)制取氫氣的方法 1.實(shí)驗室制取氫氣的方法 實(shí)驗室制取氫氣的方法一種化學(xué)原料是金屬,一般是鋅和鐵,凡是金屬活動(dòng)性在氫氣前面的金屬,都可用來(lái)制取氫氣。 另一種化學(xué)原料,一般選用稀硫酸和濃,稀鹽酸。 2.工業(yè)制取氫氣的方法 工業(yè)上廣泛采用紅熱的碳與水蒸氣反應、天然氣和石油加工工業(yè)中的甲烷與水蒸氣反應、高溫分解甲烷、電解水或 食鹽水等方法生產(chǎn)氫氣。 3.民用制取氫氣的方法 一般選用充氫氣球機也有選用氫氣瓶但造價(jià)太高。        


關(guān)于氫氣球?


時(shí)值學(xué)堂里 的一名德國教習 ,買(mǎi)到了一枚中法戰爭期間法軍用于軍事瞭望的廢氫氣球,自視為珍奇。學(xué)堂的主管人希望這名德國教習 能把氫氣球的制造和使用方法介紹給武備學(xué)堂的學(xué)員,這位德國教習卻推三阻四。1885年,華衡芳了解到這一情況后,立刻 帶領(lǐng)工匠自制了一枚直徑5尺的小氣球,然后用鏹水制成氫氣灌到球中,當場(chǎng)演放升空。****那位德國教習為了保住飯碗, 不得不老老實(shí)實(shí)地向學(xué)員們講授這門(mén)技術(shù)。 天津武備學(xué)堂試制成功氫氣球,不僅長(cháng)了中國人的志氣,而且這也是鴉片戰爭后,中國人自己制成的****枚氫氣球, 在近代中國科技史上,占有不容忽視的地位。 1824年橡膠玩具氣球在英國被發(fā)明。**早的氣球是用豬的膀胱做成。再以后是用類(lèi)似雨鞋的橡膠做氣球。然而,現代的 氣球制作方法才誕生了不過(guò)60多年。它是英國的化學(xué)工程師Neil Tillotson于1933年偶然發(fā)明的。他將剪成貓形的紙板浸 入橡膠液體,想看看會(huì )發(fā)生什么。當橡膠干了以后,出乎意料的是他做成了一個(gè)氣球貓,居然連耳朵有。            


氫氣的發(fā)現?


16世紀中葉,瑞士科學(xué)家帕拉塞斯(1493~1541)和17世紀的一些科學(xué)家,都發(fā)現了金屬跟酸起反應產(chǎn)生一種可燃性氣 體棗氫氣。由于當時(shí)科學(xué)技術(shù)水平很低,人們并不認識它是一種元素的單質(zhì),只把它當成一種可燃性的空氣。直到1766年 英國科學(xué)家卡文迪許(1731~1810)才確認氫氣跟空氣不同,并測定氫氣的密度是空氣密度的1/14.38。他在1781年又進(jìn)一步 指出,氫氣在空氣中燃燒生成水。1783年拉瓦錫重做了實(shí)驗,證明水是氫燃燒以后的產(chǎn)物。1787年拉瓦錫給它命名 “hydrogen”,意思是“成水元素”,并確認它是一種元素。早年間人們稱(chēng)之為輕氣,后定名為氫(日本現仍稱(chēng)之為水素)。


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