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氫氣的性質(zhì)

    1.氫氣的物理性質(zhì)，氧氣和氧氣一樣，在通常狀況下，是無色、無味、無嗅的氣體.氫氣很輕,在所有的氣體中,氫氣的比重最小,在0C和1大氣壓下,每升氫氣重0.0899克,這就是說,氫氣的重量只及同體積空氣(每升空氣重1.293克）重量的約1/14,4,“氫氣”這個(gè)名稱就是由于它的這一性質(zhì)面來的。

    在加大壓強(qiáng)和降低溫度的條件下,氫氣也可以變成無無色的液體,液態(tài)氫在非常低的溫度(一253C)下沸騰。

    氫氣比氧氣更難溶解于水,在20°C和1大氣壓下,1升水只能溶解18毫升的氫氣。

    2,氫氣的化學(xué)性質(zhì)在平常溫度下,氫氣的化學(xué)性質(zhì)是不活潑的,但加熱后,它能和某些金屬(例如鈉、鈣等)、非金屬(例如硫、氧、氮等)發(fā)生化合反應(yīng)。

    下面我們著重來研究氫氣和氧的化學(xué)反應(yīng)。

    (1)氫氣和氧氣的化合反應(yīng):純凈的氫氣能夠在純氧或空氣里燃燒,發(fā)出淡藍(lán)色的火焰。如果把燃燒著氫氣的導(dǎo)管,放進(jìn)玻璃簡(jiǎn)內(nèi)(如圖2·16所示),不久,就可看到在筒壁上附有極細(xì)的水滴.氫氣在點(diǎn)燃條件下和氧氣化合反應(yīng)的化學(xué)方程式是：

2H2+02=點(diǎn)燃=2h2o

因?yàn)闅錃馊紵龝r(shí)放出大量的熱，反應(yīng)生成的水是以水蒸氣狀態(tài)存在的,水蒸氣冷卻后凝聚在玻璃

圖2-16氫氣在空氣里燃燒筒壁上,形成細(xì)微的水滴。

     應(yīng)該注意,在任何時(shí)候點(diǎn)燃?xì)錃?都必須先確知它是純凈的.因?yàn)槿绻麣錃饫锘煊锌諝?或氧氣),點(diǎn)燃時(shí)有可能發(fā)生猛烈的爆炸,造成傷害事故。

     點(diǎn)燃混有空氣(或氧氣)的氫氣會(huì)發(fā)生爆炸,這可以通過下面的實(shí)驗(yàn)來證明。

     先在試管里收集2體積氫氣和1體積氧氣,使之充分混和,這時(shí)試管里的氫氣和氧氣并不發(fā)生反應(yīng)(因因?yàn)闅錃庵挥性邳c(diǎn)燃的條件下オ能和氧氣發(fā)生化合反應(yīng)),用一根然著的木條去點(diǎn)燃這一混和氣體,立刻發(fā)出一種尖銳的爆鳴聲。

     通常把2體積氫氣和1體積氧氣的混和氣體稱做“爆鳴氣”。

     為什么純凈的氫氣能夠在純氧(或空氣)里安靜地燃燒,而點(diǎn)燃?xì)錃夂脱鯕?或空氣)的混和氣體時(shí)卻會(huì)發(fā)生爆鳴呢?這是因?yàn)樵趯?dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣時(shí),只有導(dǎo)管口的氫氣和周圍的氧氣接觸,燃燒只在導(dǎo)管管口進(jìn)行,因此不會(huì)有任何危險(xiǎn)發(fā)生,但在混和氣體里,全部氫氣都和氧氣密切接觸著,點(diǎn)燃時(shí),一瞬間容器里大量氫氣和氧氣同時(shí)迅速化合,生成水蒸氣并放出大量的熱.這些水蒸氣在極短時(shí)間內(nèi)受熱急劇膨脹,如果容器是密閉的,或容器的口很小,這急劇膨脹的氣體不能迅速排出,這時(shí)容器里的壓強(qiáng)就會(huì)驟然增大起來,引起猛烈的爆炸。

     因此,在制取氫氣的裝置(例如啟普發(fā)生器)的導(dǎo)管口點(diǎn)燃?xì)錃馇?每次都必須進(jìn)行檢純(即檢驗(yàn)氫氣純度)的手續(xù)只有在確切知道容器里的氫氣是純凈時(shí),才能用火接近它。

     那末,怎樣檢氫氣呢?

     先把從制取氫氣的裝置(例如啟普發(fā)生器)里放出的氫氣,用排水集氣法收集在試管里,然后迅速地使試管口(保持向下方向)移近酒精燈火焰,如果發(fā)生尖銳的吹口哨似的爆鳴聲,這說明氫氣里還混有空氣,應(yīng)該重復(fù)這種試驗(yàn),一直到試管移近火時(shí),只聽到很輕的聲音時(shí),放出的氫氣方是純的。

     (2)氫氣和某些金屬氧化物的反應(yīng),還原反應(yīng):氫氣不但能和游離態(tài)的氧化合,在高溫下,它還能存取有些金屬氧化物里化合態(tài)的氧,這是氫氣的另一個(gè)重要的化學(xué)性質(zhì)。

     現(xiàn)在用下面的實(shí)驗(yàn)來說明這一性質(zhì)。

     用一根較粗的硬質(zhì)玻管,拱住在鐵架臺(tái)上,在玻管a處放進(jìn)少許黑色的氧化銅粉末?玻管左端用一個(gè)帶有導(dǎo)管的軟木塞塞住,導(dǎo)管和當(dāng)氣發(fā)生器相連(裝置見圖2-17).為了安全起見,在加熱玻管前前,先自自導(dǎo)管通入氫氣,俟玻管中原有的空氣全部被趕走后,再用酒精燈在a處灼熱玻管里的氧化銅粉末,這時(shí)氫氣在熱的氧化銅表面通過,不久,表面上一部分氧化銅變成赭色的金屬銅.同時(shí),在右端干燥管的b處可以看到有水滴康成,這一反應(yīng)的化學(xué)方程式是:

CuO+H2=加熱=Cu+H2O

     在這個(gè)反應(yīng)里,單質(zhì)氫氣分子里的氫原子代替了氧化銅分子里銅原子的位置,和氧原子結(jié)合成為水分子,銅原子被置換出來后,變成單質(zhì)的銅.很顯然,這個(gè)反應(yīng)是屬于置換反應(yīng)類型的。

     上述化學(xué)反應(yīng)里的氧化銅,可以認(rèn)作是由銅和氧氣化合面生成的,現(xiàn)在,氫氣奪取了氧化銅里的氧,使它重新變成單質(zhì)的銅,象這樣,氧從一種物質(zhì)里被奪取出來的反應(yīng),叫做還原反應(yīng)。

     從別種物質(zhì)里奪取氧的物質(zhì),叫做還原劑.氫氣是最重要的還原劑之一。

     在治金工業(yè)上,常利用還原反應(yīng)來冷煉金屬.例如我們?cè)谛W(xué)自然課里已經(jīng)學(xué)過,用焦炭(它的主要成分是碳元素)可以煉鐵,就是把鐵礦砂[一般是鐵的氧化物,例如磁鐵礦的主要成分是四氧化三鐵(FeO4)]星的氧奪取出來,還原成單質(zhì)的鐵,這個(gè)反應(yīng)可以用下面的化學(xué)方程式來表示:

Fe3O4+4C=高溫=3Fe+4CO

碳是工業(yè)上最常用的一種重要的還原劑。

     氫氣的主要用途氫氣的用途也是和它的性質(zhì)相聯(lián)系的。

     氫氣燃燒時(shí)能放出大量的熱,所以利用氫氧吹管(使氫氣在充足的氧氣里燃燒的一種裝置,結(jié)構(gòu)和氧炔吹管相似似),可以得到溫度很高(可達(dá)到3000C0)的氫氧焰,它可以代替氧炔焰,用來焊接或切割金屬制品.

     氫氣還是重要的化學(xué)原料,大量的氫氣在工業(yè)上用來制造氮(NH3)、鹽酸(HC)等重要化工產(chǎn)品.