2020-03-07 17:10:39

氢气

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氢气(Hydrogen)是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小,只有空气的1/14,即在标准大气压,0℃下,氢气的密度为0.0899g/L。

基本信息

  • 中文名

    氢气

  • 外文名

    Hydrogen

  • 别称

    纯氢液氢

  • 化学式

    H₂

  • 分子量

    2.0157

  • CAS登录号

    1333-74-0

  • EINECS登录号

    215-605-7

  • 熔点

    -259.2℃

  • 沸点

    -252.77℃(20.38K)

  • 水溶性

    难溶

  • 密度

    0.0899kg/m³

  • 外观

    无色

  • 化学性质

    稳定

  • 空气比重

    0.069

  • 声    速

    (gas, 27 °C) 1310 m·s−1

  • 热导率

    0.1805 W·m−1·K−1

折叠 编辑本段 基本简介

氢气 (H) 最早与16世纪初被人工合成,当时使用的方法是将金属置于强酸中。1766–81年,亨利·卡文迪许发现氢气是一种与以往所发现气体不同的另一种气体[2] ,在燃烧时产生水,这一性质也决定了拉丁语 “hydrogenium” 这个名字(“生成水的物质”之意)。常温常压下,氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味的气体。

折叠 编辑本段 研究历史

1766年由卡文迪许(H.Cavendish)在英国发现。

在化学史上人们把氢元素的发现与“发现和证明了水是氢和氧的化合物而非元素”这两项重大成就主要归功于英国化学家和物理学家卡文迪许(CavendishH.1731-1810)。

在化学史上有一个与这些论文稿有关的有趣的故事。卡文迪许1785年做过一个实验他将电火花通过寻常空气和氧气的混合体想把其中的氮全部氧化掉产生的二氧化氮用苛性钾吸收。实验做了三个星期最后残留下一小气泡不能被氧化。他的实验记录保存在留下的文稿中后面写道“空气中的浊气不是单一的物质氮气还有一种不与脱燃素空气氧化合的浊气总量不超过全部空气的1/12.一百多年后1892年英国剑桥大学的物理学家瑞利(RagleighL.1842-1919)测定氮的密度时发现从空气得来的氮比从氨氧化分解产生的氮每升重0.0064克百思不得其解。化学家莱姆塞(RamsayW.1852-1916)认为来自空气的氮气里面能含有一种较重的未知气体。这时化学教授杜瓦DuvelJ.1842-1923向他们提到剑桥大学的老前辈卡文迪许的上述实验和小气泡之谜。他们立即把卡文迪许的科学资料借来阅读瑞利重复了卡文迪许当年的实验很快得到了小气泡。莱姆塞设计了一个新的实验除去空气中的水蒸气二氧化碳氧气氮气后也得到了这种气体密度比氮气大用分光镜检查后肯定这是一种新的元素取名氩。这样卡文迪许当年的工作在1894年元素氩的发现中起了重要作用。从这个故事可看出卡文迪许严谨的科研作风和他对化学的重大贡献。1871年剑桥大学建立了一座物理实验室以卡文迪许的名字命名这就是著名的卡文迪许实验室它在几十年内一直是世界现代物理学的一个重要研究中心。

在18世纪末以前曾经有不少人做过制取氢气的实验所以实际上很难说是谁发现了氢即使公认对氢的发现和研究有过很大贡献的卡文迪许本人也认为氢的发现不只是他的功劳。早在16世纪瑞士著名医生帕拉塞斯就描述过铁屑与酸接触时有一种气体产生17世纪时比利时著名的医疗化学派学者海尔蒙特(van HelmontJ.B.1579-1644)曾偶然接触过这种气体但没有把它离析、收集起来波义耳虽偶然收集过这种气体但并未进行研究。他们只知道它可燃此外就很少了解1700年法国药剂师勒梅里(LemeryN.1645-1715)在巴黎科学院的《报告》上也提到过它。

但是最早把氢气收集起来并对它的性质仔细加以研究的是卡文迪许。

1766年卡文迪许向英国皇家学会提交了一篇研究报告《人造空气实验》讲了他用铁、锌等与稀硫酸稀盐酸作用制得“易燃空气”即氢气并用普利斯特里发明的排水集气法把它收集起来进行研究。他发现一定量的某种金属分别与足量的各种酸作用所产生的这种气体的量是固定的与酸的种类、浓度都无关。他还发现氢气与空气混合后点燃会发生爆炸又发现氢气与氧气化合生成水从而认识到这种气体和其它已知的各种气体都不同。但是由于他是燃素说的虔诚信徒按照他的理解这种气体燃烧起来这么猛烈一定富含燃素硫磺燃烧后成为硫酸那么硫酸中是没有燃素的而按照燃素说金属也是含燃素的。所以他认为这种气体是从金属中分解出来的而不是来自酸中。他设想金属在酸中溶解时“它们所含的燃素便释放出来形成了这种可燃空气”。他甚至曾一度设想氢气就是燃素这种推测很快就得以当时的一些杰出化学家舍勒、基尔万(KirwanR.1735-1812)等的赞同。由于把氢气充到气球中气球便会徐徐上升这种现象当时曾被一些燃素学说的信奉者们用来作为他们“论证”燃素具有负重量的根据。但卡文迪许究竟是一位非凡的科学家后来他弄清楚了气球在空气中所受浮力问题通过精确研究证明氢气是有重量的只是比空气轻很多。他是这样做实验的先把金属和装有酸的烧瓶称重然后将金属投入酸中用排水集气法收集氢气并测体积再称量反应后烧瓶及内装物的总量。这样他确定了氢气的比重只是空气的9%.但这些化学家仍不肯轻易放弃旧说鉴于氢气燃烧后会产生水于是他们改说氢气是燃素和水的化合物。

水的合成否定了水是元素的错误观念在古希腊恩培多克勒提出宇宙间只存在四种元素它们组成万物。从那时起直到18世纪70年代人们一直认为水是一种元素。1781年普利斯特里将氢气和空气放在闭口玻璃瓶中用电火花引爆发现瓶的内壁有露珠出现。同年卡文迪许也用不同比例的氢气与空气的混合物反复进行这项实验确认这种露滴是纯净的水表明氢是水的一种成分。这时氧气也已发现卡文迪许又用纯氧代替空气进行试验不仅证明氢和氧化合成水而且确认大约2份体积的氢与1份体积的氧恰好化合成水发表于1784年。这些实验结果本已毫无异议地证明了水是氢和氧的化合物,而不是一种元素。但卡文迪许却和普利斯特里一样仍坚持认为水是一种元素,氧是失去燃素的水,氢则是含有过多燃素的水。他用下式表示“易燃空气”氢的燃烧:

水+燃素+ 水燃素→水

易燃空气氢 失燃素空气氧

1782年拉瓦锡重复了他们的实验并用红热的枪筒分解了水蒸气明确提出正确的结论水不是元素而是氢和氧的化合物纠正了两千多年来把水当做元素的错误概念。1787年他把过去称作“易燃空气”的这种气体命名为“Hydrogen”氢意思是“产生水的”并确认它是一种元素。

折叠 物理性质

M51内的氢气

氢气是无色并且密度比空气小的气体在各种气体中氢气的密度最小。标准状况下1升氢气的质量是0.0899克相同体积比空气轻得多。因为氢气难溶于水所以可以用排水集气法收集氢气。另外在101千帕压强下温度-252.87 ℃时氢气可转变成无色的液体-259.1 ℃时变成雪状固体。常温下氢气的性质很稳定不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时如点燃、加热、使用催化剂等情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性特别是被钯吸附。金属钯对氢气的吸附作用最强。当空气中的体积分数为4%-75%时遇到火源可引起爆炸

氢气是无色无味的气体标准状况下密度是0.09克/升(最轻的气体)难溶于水。在-252 ℃,变成无色液体,-259 ℃时变为雪花状固体。

分子式H

沸点-252.77 ℃20.38 K

熔点-259.2 ℃

密度0.0899 kg/m³

相对分子质量2.0157

生产方法电解水2H₂O=通电=2H₂↑+O₂↑ 分解反应、裂解、煤制气等

三相点-254.4 ℃

液体密度平衡状态-252.8 ℃70.77 kg/m³

气体密度101.325 kPa0 ℃0.0899 kg/m3

比容101.325 kPa21.2 ℃5.987 m3/kg

气液容积比15 ℃100 kPa)974 L/L

临界温度-234.8 ℃

临界压力1664.8 kPa

临界密度66.8 kg/m3

熔化热-254.5 ℃平衡态48.84 kJ/kg

气化热△Hv(-249.5 ℃305 kJ/kg

热值 1.4*10^8 J/kg(2.82*10^5 J/mol)

比热容101.335 kPa25 ℃气体Cp=7.243 kJ/(kg·K)Cv=5.178 kJ/(kg·K)

比热比101.325 kPa25 ℃气体Cp/Cv=1.40

蒸气压力正常态17.70310.67 kPa正常态21.62153.33 kPa正常态24.249 K119.99 kPa

粘度气体正常态101.325 kPa0 ℃0.010 lmPa·S液体平衡态-252.8 ℃0.040 mPa·s

表面张力平衡态-252.8 ℃3.72 mN/m

导热系数气体101.325 kPa0 ℃0.1289 w/(m·K)液体-252.8 ℃’ 1264 W/(m·K)

折射系数nv(101.325 kPa25 ℃1.0001265

空气中的燃烧界限(体积分数)5%~75%

空气中的爆炸极限(体积分数)4.0%~74.2%

易燃性级别4

毒性级别0

易爆性级别1

重氢在常温常压下为无色无嗅无毒可燃性气体是普通氢的一种稳定同位素。它在通常水的氢中含0.0139%0.0157%。其化学性质与普通氢完全相同。但质量大些反应速度小一些。

折叠 化学性质

氢气常温下性质稳定在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。

①可燃性可在氧气中或氯气中燃烧2H₂+O₂=点燃=2H₂O化合反应

(点燃不纯的氢气要发生爆炸,点燃氢气前必须验纯)

H₂+Cl₂=点燃或光照=2HCl化合反应

②还原性(使某些金属氧化物还原)

H₂+CuO=△=Cu+H₂O置换反应

3H₂+Fe₂O₃=高温=2Fe+3H₂O置换反应

3H₂+WO₃=△=W+3H₂O置换反应

共价及有机化合物

虽然氢气在通常状态下不是非常活泼但氢气与绝大多数元素会组成化合物。碳氢化合物已知有数以百万种但它们不会由氢气和碳直接化合形成。氢气与电负性较强的元素如卤素反应在这些化合物中氢的氧化态为+1。氢与氟、氧、氮成键时可生成一种较强的非共价的键称为氢键。氢键对许多生物分子具有重要意义。 氢也与电负性较低的元素如活泼金属生成化合物这时氢的氧化态通常为 -1这样的化合物称为氢化物。

氢与碳形成的化合物由于其与生物的关系通常被称为有机物研究有机物的学科称为有机化学而研究有机物在生物中所起的作用的科学称为生物化学。按某些定义“有机”只要求含有碳。但大多数含碳的化合物通常都含有氢。这些化合物的独特性质主要是由碳氢键决定的。故有时有机物的定义要求物质含有碳氢键。

无机化学中H- 可以作为桥接配体连接配合物中的两个金属原子。这样的特性通常在13族元素中体现尤以硼烷、铝配合物和碳硼烷中。

氢化物

含有氢元素的二元化合物称为氢化物。“氢化物”一词暗含氢显负价且其氧化态为-1的意思。氢负离子记做H-其存在是1916年由吉尔伯特·路易斯预言的。1920年Moers用电解氢化锂在阳极产生氢气从而证明了氢化物的存在。对于非IA或IIA族的元素形成的氢化物“氢化物”一词并不准确因为氢的电负性并不高。IA族碱金属的氢化物中有一个例外即高聚物氢化锂。氢化铝锂中4个氢原子紧靠铝原子。虽然氢可与几乎所有的主族元素形成氢化物但这些氢化物的原子配比却并不单一例如二元的硼烷已发现100多种但氢化铝只有一种。二元氢化铟还未被发现但它存在于更大的配合物中。

质子与酸

对氢原子的氧化也即让氢原子失去其电子即可得到H+氢离子。氢离子不含电子由于氢原子通常不含中子故氢离子通常只含1个质子。这也就是为什么常将H+直接称为质子的原因。H+是酸碱理论的重要离子。

裸露的质子H+不能直接在溶液或离子晶体中存在这是由氢离子和其他原子、分子不可抗拒的吸引力造成的。除非在等离子态物质中氢离子不会脱离分子或原子的电子云。但是“质子”或“氢离子”这个概念有时也指带有一个质子的其他粒子通常也记做“H+”。

为了避免认为溶液中存在孤立的氢离子一般在水溶液中将水和氢离子构成的离子称为水合氢离子H3O+。但这也只是一种理想化的情形。氢离子在水溶液中事实上以类似于H9O4+的形式存在。

尽管在地球上少见H3+离子质子化分子氢却是宇宙中最常见的离子之一。

可燃性

氢气是一种极易燃的气体在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286 kJ/mol

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l); ΔH = -572 kJ/mol

氢气占4%至74%的浓度时与空气混合或占5%至95%的浓度时与氯气混合时是极易爆炸的气体在热、日光或火花的刺激下易引爆。氢气的着火点为500 °C。纯净的氢气与氧气的混合物燃烧时放出紫外线。

因为氢气比空气轻所以氢气的火焰倾向于快速上升故其造成的危害小于碳氢化合物燃烧的危害。氢气与所有的氧化性元素单质反应。氢气在常温下可自发的和氯气需要光照反应 氢气和氟气在冷暗处混合就可爆炸生成具有潜在危险性的酸氯化氢或氟化氢。

氢气起火应急处理

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处并进行隔离严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器穿消防防护服。尽可能切断泄漏源。合理通风加速扩散。如有可能将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理修复、检验后再用。灭火方法切断气源。若不能立即切断气源则不允许熄灭正在燃烧的气体。喷水冷却容器可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉。

折叠 编辑本段 理化性质

氢气是无色并且密度比空气小的气体(在各种气体中,氢气的密度最小。标准状况下,1升氢气的质量是0.0899克,相同体积比空气轻得多)。因为氢气难溶于水,所以可以用排水集气法收集氢气。另外,在101千帕压强下,温度-252.87℃时,氢气可转变成无色的液体;-259.1℃时,变成雪状固体。常温下,氢气的性质很稳定,不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时(如点燃、加热、使用催化剂等),情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性(特别是被钯吸附)。金属钯对氢气的吸附作用最强。当空气中的体积分数为4%-75%时,遇到火源,可引起爆炸

折叠 编辑本段 基本性能

折叠 可燃性

纯氢的引燃温度为400℃。

氢气在空气里的燃烧,实际上是与空气里的氧气发生反应,生成水。

2H₂+O₂=点燃=2H₂O

这一反应过程中有大量热放出,火焰呈淡蓝色(实验室里用玻璃管看不出蓝色,看到的是黄色是由于玻璃中存在Na+的结果)。燃烧时放出热量是相同条件下汽油的三倍。因此可用作高能燃料,在火箭上使用。中国长征3号火箭就用液氢燃料。

不纯的H2点燃时会发生爆炸。但有一个极限,当空气中所含氢气的体积占混合体积的4.0%-74.2%时,点燃都会产生爆炸,这个体积分数范围叫爆炸极限。

用试管收集一试管氢气,将管口靠近酒精灯,如果听到轻微的“噗”声,表明氢气是纯净的。如果听到尖锐的爆鸣声,表明氢气不纯。这时需要重新收集和检验。

如用排气法收集,则要用拇指堵住试管口一会儿,使试管内可能尚未熄灭的火焰熄灭,然后才能再收集氢气(或另取一试管收集)。收集好后,用大拇指 堵住试管口移近火焰再移开,看是否有“噗”声,直到试验表明氢气纯净为止。

氢气在空气中燃烧会发出淡蓝色的火焰,其装置就是直接在玻璃尖管中点燃,那么我们真的能看到淡蓝色的火焰吗?

在玻璃里,含钠离子,而钠离子的焰色却是黄色的,所以,用上述方法只能看到黄色的火焰,却不能看到淡蓝色的火焰。如果要实现淡蓝色的火焰,可采取以下方法:

方法一:用石英导管(天价,不适于普通中学的实验室)

方法二:用铜管(具有欺骗成分,因为铜元素的焰色为绿色,而且铜能导热,对用橡皮管连接铜管,点燃时会影响气密性)

方法三:由于黄色火焰是玻璃中的钠离子造成的,那么我们可以用类似于用焰色反应检验钾元素一样透过钴玻璃看火焰就可以排除钠的干扰了。

折叠 还原性

氢气与氧化铜反应,实质是氢气还原氧化铜中的铜元素,使氧化铜变为红色的金属铜。 

CuO+H₂=△=Cu+H₂O 

CO+3H₂=高温催化=CH₄+H₂O 

在这个反应中,氧化铜失去氧变成铜,氧化铜被还原了,即氧化铜发生了还原反应。还原剂具有还原性。

根据氢气所具有的燃烧性质,它可以作为燃料,可以应用与航天、焊接、军事等方面;根据它的还原性,还可以用于冶炼某些金属材料等方面。

此外,氢气与有机物的加成反应也体现了氢气的还原性,如

CH₂=CH₂+H₂→CH₃CH₃

1.还原装置

①试管口应略向下倾斜

②通入氢气的导管应伸入试管底部

③试管口不能用橡皮塞塞紧

④用酒精灯外焰加热

2.实验操作

①实验前应先通一会儿纯净的氢气,然后开始加热,防止爆炸

②实验结束后,先撤走酒精灯,继续通氢气,直至试管冷却为止。

折叠 编辑本段 分类介绍

工业氢GB/T3634-1995

H2≥99.90%(优等品)

H2≥99.50%(一等品)

H2≥99.00%(合格品)

纯 氢 GB/T7445-1995

H2≥99.99%

高纯氢GB/T7445-1995

H2≥99.999%

超高纯氢 GB/T7445-1995

H2≥99.9999%

氢气的产生由水通电产生氢气和氧气

折叠 编辑本段 制取方法

实验室制法

1.用锌与稀硫酸反应

Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑

注意:这里不用盐酸是因为盐酸反应会挥发出氯化氢气体,制得的气体含有氯化氢杂质。 

2.用铝和氢氧化钠反应制取

2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑

3.金属氢化物和水反应

NaH+H₂O=NaOH+H₂↑

工业制法

一、电解水制氢 多采用铁为阴极面,镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气,阴极出氢气。该方法成本较高,但产品纯度大,可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供:①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等,②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂,③制取多晶硅、锗等半导体原材料,④油脂氢化,⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。利用电解饱和食盐水产生氢气

如2NaCl+2H₂O=电解=2NaOH+Cl₂↑+H₂↑

二、水煤气法制氢 用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H₂O→CO+H₂—热)。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO₂(CO+H₂O→CO₂+H₂)可得含氢量在80%以上的气体,再压入水中以溶去CO₂,再通过含氨蚁酸亚铜(或含氨乙酸亚铜)溶液中除去残存的CO而得较纯氢气,这种方法制氢成本较低产量很大,设备较多,在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇,还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。

三、由石油热裂的合成气和天然气制氢 石油热裂副产的氢气产量很大,常用于汽油加氢,石油化工和化肥厂所需的氢气,这种制氢方法在世界上很多国家都采用,在中国的石油化工基地如在庆化肥厂,渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气 也在有些地方采用(如美国的Bay、way和Batan Rougo加氢工厂等)。

四、焦炉煤气冷冻制氢 把经初步提净的焦炉气冷冻加压,使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用(如前苏联的Ke Mepobo工厂)。

五、电解食盐水的副产氢 在氯碱工业中副产多量较纯氢气,除供合成盐酸外还有剩余,也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。

利用电解饱和食盐水产生氢气

如2NaCl+2H₂O=电解=2NaOH+Cl₂↑+H₂↑

六、酿造工业副产

用玉米发酵丙酮、丁醇时,发酵罐的废气中有1/3以上的氢气,经多次提纯后可生产普氢(97%以上),把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质(如少量N2)可制取纯氢(99.99%以上),像北京酿酒厂就生产这种副产氢,用来烧制石英制品和供外单位用。

七、铁与水蒸气反应制氢

但品质较差,此系较陈旧的方法现已基本淘汰

其他

工业上用水和红热的碳反应

C+H₂O=高温=CO+H₂

用铝和氢氧化钠反应制取

2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂↑

制取氢气的新方法

1.用氧化亚铜作催化剂并用紫外线照射从水中制取氢气。

2.用新型的钼的化合物做催化剂从水中制取氢气。

3.用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法。

4.陶瓷跟水反应制取氢气。

5.生物质快速裂解油制取氢气。

6.从微生物中提取的酶制氢气。

7.用细菌制取氢气。

8.用绿藻生产氢气。

9.有机废水发酵法生物制氢气。

10.利用太阳能从生物质和水中制取氢气。

利用太阳能从生物质和水中制取氢气是最佳的制取氢气的方法。理由是太阳能能量巨大、取之不尽、用之不竭、而且清洁、无污染、不需要开采、运输。怎样制取氢气的成本就大大降低。

11.用二氧化钛作催化剂,在激光的照射下,让水分解成氢气和氧气.

12.硼和水在高温下反应制取氢气,化学方程式为2B+6H₂O=高温=2B(OH)₃+3H₂↑[1]

可燃性

在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气,观察火焰的颜色。然后在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯,过一会儿,我们可以看到,纯净的氢气在空气里安静地燃烧,产生淡蓝色的火焰(氢气在玻璃导管口燃烧时,火焰常略带黄色)。用烧杯罩在火焰的上方时,烧杯壁上有水珠生成,接触烧杯的手能感到发烫。 

氢气在空气里燃烧,实际上是氢气跟空气里的氧气发生了化合反应,生成了水并放出大量的热。这个反应的化学方程式是:

2H₂+O₂(点燃)=2H₂O

取一个一端开口,另一端钻有小孔的纸筒(或塑料筒等),用纸团堵住小孔,用向下排空气法收集氢气,使纸筒内充满氢气。把氢气发生装置移开,拿掉堵小孔的纸团,用燃着的木条在小孔处点火,注意有什么现象发生。(做这个实验时,人要离得远些,注意安全。)

我们可以看到,刚点燃时,氢气安静地燃烧,过一小会儿,突然听到“砰”的一声响,爆炸的气浪把纸筒高高炸起。

实验测定,空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4%~74.2%,点燃时就会发生爆炸。这个范围叫做氢气的爆炸极限。实际上,任何可燃气体或可燃的粉尘如果跟空气充分混合,遇火时都有可能发生爆炸。因此,当可燃性气体(如氢气、液化石油气、煤气等)发生泄漏时,应杜绝一切火源、火星,禁止产生电火花,以防发生爆炸。

正是由于这个原因,我们在使用氢气时,要特别注意安全。点燃氢气前,一定要检验氢气的纯度。

用排水法收集一试管氢气,用拇指堵住,移近火焰,移开拇指点火,如果听到尖锐的爆鸣声,就表明氢气不纯,需要再收集,再检验,直到响声很小,只有“扑”的一声才表明氢气已纯净。如果用向下排空气法收集氢气,经检验不纯而需要再检验时,应该用拇指堵住试管口一会儿(以防点燃产生氢气的试管)然后再收集氢气检验纯度,否则会发生爆炸的危险。因为刚检验过纯度的试管内,氢气火焰可能还没有熄灭,如果立刻就用这个试管去收集氢气,氢气火焰可能会点燃氢气发生器里尚混有空气的氢气,使氢气发生器发生爆炸。用拇指堵住试管口一会儿,就使试管内未熄灭的氢气火焰因缺氧气而熄灭。

另外氢气在氧气过量和低温有催化剂的条件下点燃可生成过氧化氢(H₂O₂)(氧元素的化合价为-1)

折叠 编辑本段 生产方法

原始氢气生产方法

原始氢气是宇宙大爆炸由原始粒子形成的氢气,大部分分布在宇宙空间内和大的星球中,是恒星的核燃料,是组成宇宙中各种元素及物质的初始物质。地球上没有原始氢气因为地球的引力束缚不了它。只有它的化合物。

人造氢气生产方法

可分为以下几种⒈ 工业氢气生产方法:

⑴由煤和水生产氢气(生产设备煤气发生设备,变压吸附设备)

将水蒸气通过炽热的炭层:C+H₂O(g)=高温=CO+H₂(水煤气),再低温分离

⑵由裂化石油气生产(生产设备裂化设备,变压吸附设备,脱碳设备)

CH₄=高温催化=C+2H₂

电解水生产(生产设备电解槽设备)

⑷工业废气。

⒉民用氢气生产方法:

⑴氨分解(生产设备汽化炉,分解炉,变压吸附设备)

⑵由活泼金属与酸(生产设备不锈钢或玻璃容器设备)

(3)强碱与铝或硅(生产设备充氢气球机设备)一般生产氢气球都用此方法。

Si+2NaOH+H₂O=加热=Na₂SiO₃+2H₂↑

(4)甲醇裂解(生产设备导热油炉,甲醇汽化裂解设备,变压吸附装置)一般用氢气量较大化工厂均用此方法。

CH₃OH=高温催化=H₂↑+CO↑,低温分离

⒊实验室氢气生产方法:

硫酸与锌粒(生产设备启普发生器

4.其他

(1)由重水电解。

(2)由液氢低温精镏。

折叠 编辑本段 氢能源的利用

随着人类对能源的需求量日益增长,化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险,化石燃料对环境的影响也不容忽视。所以,开发和利用新能源成为越来越迫切的要求。

氢气作为能源,越来越受到人们的关注。氢气本身无毒,完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的两倍多(液氢完全燃焼约为同质量汽油的3倍),且燃烧后的产物为水(2H₂+O₂=点燃= 2H₂O),不污染空气。所以,它被认为是理想的清洁,高能燃料。目前,作为高能燃料,液氢已应用于航天等领域;作为化学电源,氢氧燃料电池已经被应用,如用作汽车的驱动能源等。

目前,在生活和生产中大量使用氢能源还存在一定困难。由于氢气的制取成本高和储存困难,作为燃料和化学电源暂时还未能广泛应用。随着科技的发展,对氢能源的开发已取得了很大的进展,氢气终将会成为主要的能源之一。

折叠 编辑本段 氢气检测仪

1、泵吸式氢气检测仪

CY-H₂泵吸式氢气检测仪采用内置吸气泵,可快速检测工作环境中氢气浓度。泵吸式氢气检测仪采用进口电化学传感器,具有非常清晰的大液晶显示屏,声光报警提示,保证在非常不利的工作环境下也可以检测危险气体并及时提示操作人员预防。

2、便携式氢气检测仪

HFPCY-H₂便携式氢气泄漏检测仪可连续检测作业环境中氢气浓度。氢气泄漏检测仪为自然扩散方式检测气体浓度,采用进口电化学传感器,具有极好的灵敏度和出色的重复性;氢气检测仪采用嵌入式微控制技术,菜单操作简单,功能齐全,可靠

性高,整机性能居国内领先水平。检测仪外壳采用高强度工程材料、复合弹性橡胶材料精制而成,强度高、手感好。

3、在线式氢气检测报警器

HFTCY-H2在线式氢气检测报警器由气体检测报警控制器和固定式氢气检测器组成,气体检测报警控制器可放置于值班室内,对各监测点进行监测控制,氢气检测器安装于气体最易泄露的地点,其核心部件为气体传感器。氢气检测器将传感器检测到的氢气浓度转换成电信号,通过线缆传输到气体检测报警控制器,气体浓度越高,电信号越强,当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时,气体检测报警控制器发出报警信号,并可启动电磁阀、排气扇等外联设备,自动排除隐患。在线式氢气检测报警器广泛应用于石油、化工、冶金、电力、煤矿、水厂等环境,有效防止爆炸事故的发生。

折叠 编辑本段 注意事项

氢气是一种无色、无嗅、无毒、易燃易爆的气体,和氟、氯、氧、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险,其中,氢与氟的混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸,与氯的混合比为1:1时,在光照下也可爆炸。氢由于无色无味,燃烧时火焰是透明的,因此其存在不易被感官发现,在许多情况下向氢气中加入乙硫醇,以便感官察觉,并可同时付予火焰以颜色。氢虽无毒,在生理上对人体是惰性的,但若空气中氢含量增高,将引起缺氧性窒息。与所有低温液体一样,直接接触液氢将引起冻伤。液氢外溢并突然大面积蒸发还会造成环境缺氧,并有可能和空气一起形成爆炸混合物,引发燃烧爆炸事故。

安全信息

  • 危险类别:2.1
  • 危险品运输编码:UN19502.1
  • WGKGermany:-
  • 危险类别码:R12
  • 安全说明:S9-S16-S33
  • RTECS号:MW8900000
  • 危险品标志:F+:Highlyflammable;

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参考资料

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