氢气的制备贮存和运输

【专家解说】：哥们，耐心看完下文吧 【氢的发现和氢的性质的研究 】： 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 Helmont，J.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（Lemery，N.1645-1715）在巴黎科学院的《报告》上也提到过它。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（Kirwan，R.1735-1812）等的赞同。由于把氢气充到膀胱气球中，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，宇宙间只存在火、气、水、土四种元素，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。这时氧气业已发现，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疑义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汽，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“H-ydrogne”（氢），意思是“产生水的”，并确认它是一种元素。 【氢气分类标准】： 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 【氢气制备】： 一 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。 二人造氢气生产方法： 可分为以下几种启普发生器制氢气 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） ⑵有裂化石油气生产（生产设备裂化设备，变压吸附设备，脱碳设备） ⑶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） ⑵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。 ⒊试验室氢气生产方法： 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。 三、实验室制法 1.用强酸与活泼金属反应，如Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 2.用碱金属与水反应，如2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ 四、工业制法 1.利用电解饱和食盐水产生氢气，如2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ 2.工业上用水和红热的碳反应 3.用铝和氢氧化钠反应制取: 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 五、制取氢气的新方法 盛有氢气的集气瓶的放置方法1.用氧化亚铜作催化剂从水中制取氢气。 2.用新型的钼的化合物从水中制取氢气。 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. 【包装、贮存和运输】： 包装方式：氢气拖车/瓶组/钢瓶 运输方式：氢的贮运有四种方式可供选择，即气态贮运、液态贮运、金属氢化物贮运和微球贮运。目前，实际应用的只有前三种，微球贮运方式尚在研究。 安全注意事项 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。 【氢气主要性能】： 高燃烧性，还原剂，液态温度比氮更低 a. 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=2H2O(点燃) 这一反应过程中有大量热放出，火焰呈淡蓝色。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。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 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。 b. 还原性 氢气与氧化铜反应，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(加热) CO+3H2=CH4+H2O(催化剂) 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。 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 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。 简记为“两先两后，先通氢后上灯，先移灯后停氢。”