氫氣的化學(xué)性質(zhì)？

【專家解說(shuō)】：氫氣 （Hydrogen） 你知道世界上最輕的氣體是什么氣體嗎？它就是氫氣，它的密度非常小，只有空氣的1/14。所以用氫氣充灌的氣球，必須用手牢牢捉住。否則，只要一撒手它就會(huì)閃閃升上天空。 氫氣是一種很輕的氣體 氫氣有個(gè)愛(ài)“鉆空子”的脾氣。灌好的氫氣球，往往過(guò)一夜，第二天就飛不起來(lái)了。這是因?yàn)闅錃饽茔@過(guò)橡膠上人眼看不見(jiàn)的小細(xì)孔，溜之大吉。不僅如此,在高溫、高壓下,氫氣甚至可以穿過(guò)很厚的鋼板。為什么氫氣這么愛(ài)“鉆空子”呢？想知道答案嗎？通過(guò)以下的學(xué)習(xí)你就會(huì)得到你想要的答案。 那你知道為什么氫氣球會(huì)在空中飄揚(yáng)嗎？要?dú)馇蚰軌蛟诳罩酗h揚(yáng)，那么就要在氣球內(nèi)的氣體密度較小（比空氣?。Ｓ捎跉錃猓╤ydrogen,H2）是一種密度較低的氣體，把氫氣注入氣球內(nèi)，便可以使它飄浮在空中。 氫氣是無(wú)色并且密度比空氣小的氣體（在各種氣體中，氫氣的密度最小。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升氫氣的質(zhì)量是0.0899克，比空氣輕得多）。因?yàn)闅錃怆y溶于水，所以可以用排水集氣法收集氫氣。另外，在101千帕壓強(qiáng)下，溫度-252.87℃時(shí)，氫氣可轉(zhuǎn)變成無(wú)色的液體；-259.1℃時(shí)，變成雪狀固體。 不知是否有同學(xué)知道氫氣球是不能靠近火源的。又是否有同學(xué)知道這是為什么呢？學(xué)完氫氣的化學(xué)性質(zhì)后，我想大家就會(huì)明白的。 常溫下，氫氣的性質(zhì)很穩(wěn)定，不容易跟其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但當(dāng)條件改變時(shí)（如點(diǎn)燃、加熱、使用催化劑等），情況就不同了。 a. 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(yīng)，生成水。 2H2+O2=2H2O 這一反應(yīng)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(guó)長(zhǎng)征3號(hào)火箭就用液氫燃料。 不純的H2點(diǎn)燃時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。但有一個(gè)極限，當(dāng)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?jǐn)?shù)范圍叫爆炸極限。 也許有的同學(xué)會(huì)問(wèn)：我們?cè)趺粗酪黄繗錃馐欠窦兡兀? 如右圖方法，用試管收集一試管氫氣，然后用燃著木條放到試管口，如果聽(tīng)到輕微的“噗”聲，表明氫氣是純凈的。如果聽(tīng)到尖銳的爆鳴聲，表明氫氣不純。這時(shí)需要重新收集和檢驗(yàn)。 如用排氣法收集，則要用拇指堵住試管口一會(huì)兒，使試管內(nèi)可能尚未熄滅的火焰熄滅，然后才能再收集氫氣（或另取一試管收集）。收集好后，用大拇指賭住試管口移近火焰再移開(kāi)，看是否有“噗”聲，直到試驗(yàn)表明氫氣純凈為止。 b. 還原性 我們先來(lái)看一下以下的動(dòng)畫(huà)實(shí)驗(yàn)：氫氣與氧化銅反應(yīng) 以上反應(yīng)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。 CuO+H2=Cu+H2O 在這個(gè)反應(yīng)中，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(yīng)。這種含氧化合物失去氧的反應(yīng)，叫做還原反應(yīng)。能奪取含氧化物里的氧，使它發(fā)生還原反應(yīng)是的物質(zhì)，叫做還原劑。還原劑具有還原性。 我們知道性質(zhì)決定用途，那么氫氣有什么用呢？ 根據(jù)氫氣所具有的燃燒性質(zhì)，它可以作為燃料，可以應(yīng)用與航天、焊接、航天、軍事等方面；根據(jù)它的還原性，還可以用于冶煉某些金屬材料等方面。 [小資料]氫能源 1)氫氣的可燃性 〔實(shí)驗(yàn)5-5〕 在帶尖嘴的導(dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。然后在火焰上方罩一個(gè)冷而干燥的燒杯(圖5-10)，過(guò)一會(huì)兒，觀察燒杯壁上有什么現(xiàn)象發(fā)生。 我們可以看到，純凈的氫氣在空氣里安靜地燃燒，產(chǎn)生淡藍(lán)色的火焰②。用燒杯罩在火焰的上方時(shí)，燒杯壁上有水珠生成，接觸燒杯的手能感到發(fā)燙。　 ②氫氣在玻璃導(dǎo)管口燃燒時(shí)，火焰常略帶黃色?！? 氫氣在空氣里燃燒，實(shí)際上是氫氣跟空氣里的氧氣發(fā)生了化合反應(yīng)，生成了水并放出大量的熱。這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式是： 2H2＋O22H2O 如果氫氣不純，混有空氣(或氧氣)，點(diǎn)燃時(shí)會(huì)怎樣呢？ 〔實(shí)驗(yàn)5-6〕取一個(gè)一端開(kāi)口，另一端鉆有小孔的紙筒(或塑料筒等)，用紙團(tuán)堵住小孔，用向下排空氣法收集氫氣，使紙筒內(nèi)充滿氫氣(圖5-11，Ⅰ)。把氫氣發(fā)生裝置移開(kāi)，拿掉堵小孔的紙團(tuán)，用燃著的木條在小孔處點(diǎn)火,注意有什么現(xiàn)象發(fā)生。(做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，人要離得遠(yuǎn)些，注意安全。) 我們可以看到，剛點(diǎn)燃時(shí)，氫氣安靜地燃燒(圖5-11，Ⅱ)，過(guò)一小會(huì)兒，突然聽(tīng)到“砰”的一聲響，爆炸的氣浪把紙筒高高掀起(圖5-11，Ⅲ)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)定，空氣里如果混入氫氣的體積達(dá)到總體積的4％～74.2％，點(diǎn)燃時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸。這個(gè)范圍叫做氫氣的爆炸極限。實(shí)際上，任何可燃?xì)怏w或可燃的粉塵如果跟空氣充分混合，遇火時(shí)都有可能發(fā)生爆炸。因此，當(dāng)可燃性氣體(如氫氣、液化石油氣、煤氣等)發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)杜絕一切火源、火星，以防發(fā)生爆炸。 正是由于這個(gè)原因，我們?cè)谑褂脷錃鈺r(shí)，要特別注意安全。點(diǎn)燃?xì)錃馇埃欢ㄒ獧z驗(yàn)氫氣的純度。 〔實(shí)驗(yàn)5-7〕用排水法收集一試管氫氣，用拇指堵住，移近火焰，移開(kāi)拇指點(diǎn)火(圖5-12)，如果聽(tīng)到尖銳的爆鳴聲，就表明氫氣不純，需要再收集，再檢驗(yàn)，直到響聲很小，才表明氫氣已純凈。如果用向下排空氣法收集氫氣，經(jīng)檢驗(yàn)不純而需要再檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該用拇指堵住試管口一會(huì)兒，然后再收集氫氣檢驗(yàn)純度，否則會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，為什么③？　 因?yàn)閯倷z驗(yàn)過(guò)純度的試管內(nèi)，氫氣火焰可能還沒(méi)有熄滅，如果立刻就用這個(gè)試管去收集氫氣，氫氣火焰可能會(huì)點(diǎn)燃?xì)錃獍l(fā)生器里尚混有空氣的氫氣，使氫氣發(fā)生器發(fā)生爆炸。用拇指堵住試管口一會(huì)兒，就使試管內(nèi)未熄滅的氫氣火焰因缺氧氣而熄滅。