氢气化学,物理性质

【专家解说】：由于氢气（hydrogen,H2）是一种密度较低的气体，把氢气注入气球内，便可以使它飘浮在空中。 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，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。 a. 可燃性： 氢气燃烧时是无声的，同时会产生 蓝色的火焰 氢气是一种很有用的燃料。在煤气中就含有超过百分之五十的氢。 氢气燃烧时所产生的高温足以把金属熔化。工业上常用氢气切割或焊接金属。 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=2H2O 这一反应过程中有大量热放出，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。我国长征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％－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，然后用燃着木条放到试管口，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，用大拇指赌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。 b. 还原性 我们先来看一下以下的动画实验：氢气与氧化铜反应 以上反应的实质是氢气夺取氧化铜中的氧生成水，使氧化铜变为红色的金属铜。 CuO+H2=Cu+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。这种含氧化合物失去氧的反应，叫做还原反应。能夺取含氧化物里的氧，使它发生还原反应是的物质，叫做还原剂。还原剂具有还原性。 我们知道性质决定用途，那么氢气有什么用呢？ 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、航天、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。 附. 氢能源（Hydrogen energy) 在氢气的多种用途中，把氢用作能源是最重视的。 氢能源有许多优点：氢气燃烧时，放出的热量大：燃烧后生成的产物是水，无污染；氢来源于水，资源丰富，氢气可以管道输送；通过燃料电池，氢气燃烧反应的能量容易转换为电能，等等。 作为理想高能燃料的液氢，目前已在宇宙火箭、航天飞机、导弹、燃料汽车等方面应用。 此外，氢元素中的重氢（又称氘）是制造氢弹的主要原料。它们的原子核聚合到一块所释放的聚变能很大，1kg氘通过聚变反应释放的能量与1。2*10t标准煤相当，比核电站反应堆里发生的裂变反应的能量大4倍！海水里含有几十万亿吨氘，按世界上目前的能量耗水平均计算，海水中的氘可供人类使用几白亿年。 目前，氢能源尚未得到广泛应用，这里因为在制造、贮存、运输氢气等方面都还有许多技术问题没有解决，世界上许多科学家正在这些领域进行研究。 现代社会的能源主要依靠石油、天然气和煤。使用这些燃料，尤其是燃煤，会造成空气污染。而且，在 地球上这些资源是有一定限度的，按现在的产量一直开采下去，终有一天这些资源会趋于枯竭。因此，开发新能源，尤其是开发氢能源，对人类社会的可持续发展是很有意义的。