氫氣的制備貯存和運輸

【專家解說】：哥們，耐心看完下文吧 【氫的發(fā)現(xiàn)和氫的性質(zhì)的研究 】： 在18世紀末以前，曾經(jīng)有不少人做過制取氫氣的實驗，所以實際上很難說是誰發(fā)現(xiàn)了氫，即使公認對氫的發(fā)現(xiàn)和研究有過很大貢獻的卡文迪許本人也認為氫的發(fā)現(xiàn)不只是他的功勞。早在16世紀，瑞士著名醫(yī)生帕拉塞斯就描述過鐵屑與酸接觸時有一種氣體產(chǎn)生；17世紀時，比利時著名的醫(yī)療化學派學者海爾蒙特（van Helmont，J.B.1579-1644）曾偶然接觸過這種氣體，但沒有把它離析、收集起來。 波義耳雖偶然收集過這種氣體，但并未進行研究。他們只知道它可燃，此外就很少了解。1700年，法國藥劑師勒梅里（Lemery，N.1645-1715）在巴黎科學院的《報告》上也提到過它。最早把氫氣收集起來，并對它的性質(zhì)仔細加以研究的是卡文迪許。 1766年卡文迪許向英國皇家學會提交了一篇研究報告《人造空氣實驗》，講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”（即氫氣），并用普利斯特里發(fā)明的排水集氣法把它收集起來，進行研究。他發(fā)現(xiàn)一定量的某種金屬分別與足量的各種酸作用，所產(chǎn)生的這種氣體的量是固定的，與酸的種類、濃度都無關(guān)。他還發(fā)現(xiàn)氫氣與空氣混合后點燃會發(fā)生爆炸；又發(fā)現(xiàn)氫氣與氧氣化合生成水，從而認識到這種氣體和其它已知的各種氣體都不同。但是，由于他是燃素說的虔誠信徒，按照他的理解：這種氣體燃燒起來這么猛烈，一定富含燃素；硫磺燃燒后成為硫酸，那么硫酸中是沒有燃素的；而按照燃素說金屬也是含燃素的。所以他認為這種氣體是從金屬中分解出來的，而不是來自酸中。他設(shè)想金屬在酸中溶解時，“它們所含的燃素便釋放出來，形成了這種可燃空氣”。他甚至曾一度設(shè)想氫氣就是燃素，這種推測很快就得以當時的一些杰出化學家舍勒、基爾萬（Kirwan，R.1735-1812）等的贊同。由于把氫氣充到膀胱氣球中，氣球便會徐徐上升，這種現(xiàn)象當時曾被一些燃素學說的信奉者們用來作為他們“論證”燃素具有負重量的根據(jù)。但卡文迪許究竟是一位非凡的科學家，后來他弄清楚了氣球在空氣中所受浮力問題，通過精確研究，證明氫氣是有重量的，只是比空氣輕很多。他是這樣做實驗的：先把金屬和裝有酸的燒瓶稱重，然后將金屬投入酸中，用排水集氣法收集氫氣并測體積，再稱量反應(yīng)后燒瓶及內(nèi)裝物的總量。這樣他確定了氫氣的比重只是空氣的9%.但這些化學家仍不肯輕易放棄舊說，鑒于氫氣燃燒后會產(chǎn)生水，于是他們改說氫氣是燃素和水的化合物。 水的合成否定了水是元素的錯誤觀念，在古希臘：恩培多克勒提出，宇宙間只存在火、氣、水、土四種元素，它們組成萬物。從那時起直到18世紀70年代，人們一直認為水是一種元素。1781年，普利斯特里將氫氣和空氣放在閉口玻璃瓶中，用電火花引爆，發(fā)現(xiàn)瓶的內(nèi)壁有露珠出現(xiàn)。同年卡文迪許也用不同比例的氫氣與空氣的混合物反復(fù)進行這項實驗，確認這種露滴是純凈的水，表明氫是水的一種成分。這時氧氣業(yè)已發(fā)現(xiàn)，卡文迪許又用純氧代替空氣進行試驗，不僅證明氫和氧化合成水，而且確認大約2份體積的氫與1份體積的氧恰好化合成水（發(fā)表于1784年）。這些實驗結(jié)果本已毫無疑義地證明了水是氫和氧的化合物，而不是一種元素，但卡文迪許卻和普利斯特里一樣，仍堅持認為水是一種元素，氧是失去燃素的水，氫則是含有過多燃素的水。他用下式表示“易燃空氣”（氫）的燃燒： （水＋燃素）＋ （水－燃素）—→水 易燃空氣（氫） 失燃素空氣（氧） 1782年，拉瓦錫重復(fù)了他們的實驗，并用紅熱的槍筒分解了水蒸汽，明確提出正確的結(jié)論：水不是元素而是氫和氧的化合物，糾正了兩千多年來把水當做元素的錯誤概念。1787年，他把過去稱作“易燃空氣”的這種氣體命名為“H-ydrogne”（氫），意思是“產(chǎn)生水的”，并確認它是一種元素。 【氫氣分類標準】： 工業(yè)氫GB/T3634-1995 H2≥99.90%（優(yōu)等品） H2≥99.50%（一等品） H2≥99.00%（合格品） 純 氫 GB/T7445-1995 H2≥99.99% 高純氫 GB/T7445-1995 H2≥99.999% 超高純氫 GB/T7445-1995 H2≥99.9999% 氫氣的產(chǎn)生由水通電產(chǎn)生氫氣和氧氣 【氫氣制備】： 一 原始氫氣生產(chǎn)方法： 原始氫氣是宇宙大爆炸由原始粒子形成的氫氣，大部分分布在宇宙空間內(nèi)和大的星球中，是恒星的核燃料，是組成宇宙中各種元素及物質(zhì)的初始物質(zhì)。地球上沒有原始氫氣因為地球的引力束縛不了它。只有它的化合物。 二人造氫氣生產(chǎn)方法： 可分為以下幾種啟普發(fā)生器制氫氣 ⒈ 工業(yè)氫氣生產(chǎn)方法： ⑴由煤和水生產(chǎn)氫氣（生產(chǎn)設(shè)備煤氣發(fā)生設(shè)備，變壓吸附設(shè)備） ⑵有裂化石油氣生產(chǎn)（生產(chǎn)設(shè)備裂化設(shè)備，變壓吸附設(shè)備，脫碳設(shè)備） ⑶電解水生產(chǎn)（生產(chǎn)設(shè)備電解槽設(shè)備） ⑷工業(yè)廢氣。 ⒉民用氫氣生產(chǎn)方法： ⑴氨分解（生產(chǎn)設(shè)備汽化爐，分解爐，變壓吸附設(shè)備） ⑵由活潑金屬與酸（生產(chǎn)設(shè)備不銹鋼或玻璃容器設(shè)備） ⑵強堿與鋁或硅（生產(chǎn)設(shè)備充氫氣球機設(shè)備）一般生產(chǎn)氫氣球都用此方法。 ⒊試驗室氫氣生產(chǎn)方法： 硫酸與鋅粒（生產(chǎn)設(shè)備啟普發(fā)生器） 4.其他 (1)由重水電解。 (2)由液氫低溫精鎦。 三、實驗室制法 1.用強酸與活潑金屬反應(yīng)，如Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 2.用堿金屬與水反應(yīng)，如2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ 四、工業(yè)制法 1.利用電解飽和食鹽水產(chǎn)生氫氣，如2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ 2.工業(yè)上用水和紅熱的碳反應(yīng) 3.用鋁和氫氧化鈉反應(yīng)制取: 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 五、制取氫氣的新方法 盛有氫氣的集氣瓶的放置方法1.用氧化亞銅作催化劑從水中制取氫氣。 2.用新型的鉬的化合物從水中制取氫氣。 3.用光催化劑反應(yīng)和超聲波照射把水完全分解的方法。 4.陶瓷跟水反應(yīng)制取氫氣。 5.生物質(zhì)快速裂解油制取氫氣。 6.從微生物中提取的酶制氫氣。 7.用細菌制取氫氣。 8.用綠藻生產(chǎn)氫氣。 9.有機廢水發(fā)酵法生物制氫氣。 10.利用太陽能從生物質(zhì)和水中制取氫氣。 利用太陽能從生物質(zhì)和水中制取氫氣是最佳的制取氫氣的方法。理由是太陽能能量巨大、取之不盡、用之不竭、而且清潔、無污染、不需要開采、運輸。怎樣制取氫氣的成本就大大降低。 11.用二氧化鈦作催化劑,在激光的照射下,讓水分解成氫氣和氧氣. 【包裝、貯存和運輸】： 包裝方式：氫氣拖車/瓶組/鋼瓶 運輸方式：氫的貯運有四種方式可供選擇，即氣態(tài)貯運、液態(tài)貯運、金屬氫化物貯運和微球貯運。目前，實際應(yīng)用的只有前三種，微球貯運方式尚在研究。 安全注意事項 氫氣是一種無色、無嗅、無毒、易燃易爆的氣體，和氟、氯、氧、一氧化碳以及空氣混合均有爆炸的危險，其中，氫與氟的混合物在低溫和黑暗環(huán)境就能發(fā)生自發(fā)性爆炸，與氯的混合比為1：1時，在光照下也可爆炸。氫由于無色無味，燃燒時火焰是透明的，因此其存在不易被感官發(fā)現(xiàn)，在許多情況下向氫氣中加入乙硫醇，以便感官察覺，并可同時付予火焰以顏色。氫雖無毒，在生理上對人體是惰性的，但若空氣中氫含量增高，將引起缺氧性窒息。與所有低溫液體一樣，直接接觸液氫將引起凍傷。液氫外溢并突然大面積蒸發(fā)還會造成環(huán)境缺氧，并有可能和空氣一起形成爆炸混合物，引發(fā)燃燒爆炸事故。 【氫氣主要性能】： 高燃燒性，還原劑，液態(tài)溫度比氮更低 a. 可燃性： 純氫的引燃溫度為400℃。 氫氣在空氣里的燃燒，實際上是與空氣里的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成水。 2H2+O2=2H2O(點燃) 這一反應(yīng)過程中有大量熱放出，火焰呈淡藍色。燃燒時放出熱量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。我國長征3號火箭就用液氫燃料。 不純的H2點燃時會發(fā)生爆炸。但有一個極限，當空氣中所含氫氣的體積占混合體積的4％－74.2%時，點燃都會產(chǎn)生爆炸，這個體積分數(shù)范圍叫爆炸極限。 用試管收集一試管氫氣，然后用燃著木條放到試管口，如果聽到輕微的“噗”聲，表明氫氣是純凈的。如果聽到尖銳的爆鳴聲，表明氫氣不純。這時需要重新收集和檢驗。 如用排氣法收集，則要用拇指堵住試管口一會兒，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 堵住試管口移近火焰再移開，看是否有“噗”聲，直到試驗表明氫氣純凈為止。 氫氣在空氣中燃燒會發(fā)出淡藍色的火焰，其裝置就是直接在玻璃尖管中點燃，那么我們真的能看到淡藍色的火焰嗎？ 在玻璃里，含鈉離子，而鈉離子的焰色卻是黃色的，所以，用上述方法只能看到黃色的火焰，卻不能看到淡藍色的火焰。如果要實現(xiàn)淡藍色的火焰，可采取以下方法： 方法一：用石英導管(天價，不適于普通中學的實驗室) 方法二：用銅管(具有欺騙成分，因為銅元素的焰色為綠色，而且銅能導熱，對用橡皮管連接銅管，點燃時會影響氣密性) 方法三：由于黃色火焰是玻璃中的鈉離子造成的，那么我們可以用類似于用焰色反應(yīng)檢驗鉀元素一樣透過鈷玻璃看火焰就可以排除鈉的干擾了。 b. 還原性 氫氣與氧化銅反應(yīng)，實質(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(加熱) CO+3H2=CH4+H2O(催化劑) 在這個反應(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。 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、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。 此外，氫氣與有機物的加成反應(yīng)也體現(xiàn)了氫氣的還原性，如 CH2＝CH2+H2→CH3CH3 1）還原裝置 ①試管口應(yīng)略向下傾斜 ②通入氫氣的導管應(yīng)伸入試管底部 ③試管口不能用橡皮塞塞緊 ④用酒精燈外焰加熱 2）實驗操作 ①實驗前應(yīng)先通一會兒純凈的氫氣，然后開始加熱 ②實驗結(jié)束后，先撤走酒精燈，繼續(xù)通氫氣，直至試管冷卻為止。 簡記為“兩先兩后，先通氫后上燈，先移燈后停氫?！?/div>