氢气的性质

    1.氢气的物理性质，氧气和氧气一样，在通常状况下，是无色、无味、无嗅的气体.氢气很轻,在所有的气体中,氢气的比重最小,在0C和1大气压下,每升氢气重0.0899克,这就是说,氢气的重量只及同体积空气(每升空气重1.293克）重量的约1/14,4,“氢气”这个名称就是由于它的这一性质面来的。

    在加大压强和降低温度的条件下,氢气也可以变成无无色的液体,液态氢在非常低的温度(一253C)下沸腾。

    氢气比氧气更难溶解于水,在20°C和1大气压下,1升水只能溶解18毫升的氢气。

    2,氢气的化学性质在平常温度下,氢气的化学性质是不活泼的,但加热后,它能和某些金属(例如钠、钙等)、非金属(例如硫、氧、氮等)发生化合反应。

    下面我们着重来研究氢气和氧的化学反应。

    (1)氢气和氧气的化合反应:纯净的氢气能够在纯氧或空气里燃烧,发出淡蓝色的火焰。如果把燃烧着氢气的导管,放进玻璃简内(如图2·16所示),不久,就可看到在筒壁上附有极细的水滴.氢气在点燃条件下和氧气化合反应的化学方程式是：

2H2+02=点燃=2h2o

因为氢气燃烧时放出大量的热，反应生成的水是以水蒸气状态存在的,水蒸气冷却后凝聚在玻璃

图2-16氢气在空气里燃烧筒壁上,形成细微的水滴。

     应该注意,在任何时候点燃氢气,都必须先确知它是纯净的.因为如果氢气里混有空气(或氧气),点燃时有可能发生猛烈的爆炸,造成伤害事故。

     点燃混有空气(或氧气)的氢气会发生爆炸,这可以通过下面的实验来证明。

     先在试管里收集2体积氢气和1体积氧气,使之充分混和,这时试管里的氢气和氧气并不发生反应(因因为氢气只有在点燃的条件下オ能和氧气发生化合反应),用一根然着的木条去点燃这一混和气体,立刻发出一种尖锐的爆鸣声。

     通常把2体积氢气和1体积氧气的混和气体称做“爆鸣气”。

     为什么纯净的氢气能够在纯氧(或空气)里安静地燃烧,而点燃氢气和氧气(或空气)的混和气体时却会发生爆鸣呢?这是因为在导管口点燃纯净的氢气时,只有导管口的氢气和周围的氧气接触,燃烧只在导管管口进行,因此不会有任何危险发生,但在混和气体里,全部氢气都和氧气密切接触着,点燃时,一瞬间容器里大量氢气和氧气同时迅速化合,生成水蒸气并放出大量的热.这些水蒸气在极短时间内受热急剧膨胀,如果容器是密闭的,或容器的口很小,这急剧膨胀的气体不能迅速排出,这时容器里的压强就会骤然增大起来,引起猛烈的爆炸。

     因此,在制取氢气的装置(例如启普发生器)的导管口点燃氢气前,每次都必须进行检纯(即检验氢气纯度)的手续只有在确切知道容器里的氢气是纯净时,才能用火接近它。

     那末,怎样检氢气呢?

     先把从制取氢气的装置(例如启普发生器)里放出的氢气,用排水集气法收集在试管里,然后迅速地使试管口(保持向下方向)移近酒精灯火焰,如果发生尖锐的吹口哨似的爆鸣声,这说明氢气里还混有空气,应该重复这种试验,一直到试管移近火时,只听到很轻的声音时,放出的氢气方是纯的。

     (2)氢气和某些金属氧化物的反应,还原反应:氢气不但能和游离态的氧化合,在高温下,它还能存取有些金属氧化物里化合态的氧,这是氢气的另一个重要的化学性质。

     现在用下面的实验来说明这一性质。

     用一根较粗的硬质玻管,拱住在铁架台上,在玻管a处放进少许黑色的氧化铜粉末・玻管左端用一个带有导管的软木塞塞住,导管和当气发生器相连(装置见图2-17).为了安全起见,在加热玻管前前,先自自导管通入氢气,俟玻管中原有的空气全部被赶走后,再用酒精灯在a处灼热玻管里的氧化铜粉末,这时氢气在热的氧化铜表面通过,不久,表面上一部分氧化铜变成赭色的金属铜.同时,在右端干燥管的b处可以看到有水滴康成,这一反应的化学方程式是:

CuO+H2=加热=Cu+H2O

     在这个反应里,单质氢气分子里的氢原子代替了氧化铜分子里铜原子的位置,和氧原子结合成为水分子,铜原子被置换出来后,变成单质的铜.很显然,这个反应是属于置换反应类型的。

     上述化学反应里的氧化铜,可以认作是由铜和氧气化合面生成的,现在,氢气夺取了氧化铜里的氧,使它重新变成单质的铜,象这样,氧从一种物质里被夺取出来的反应,叫做还原反应。

     从别种物质里夺取氧的物质,叫做还原剂.氢气是最重要的还原剂之一。

     在治金工业上,常利用还原反应来冷炼金属.例如我们在小学自然课里已经学过,用焦炭(它的主要成分是碳元素)可以炼铁,就是把铁矿砂[一般是铁的氧化物,例如磁铁矿的主要成分是四氧化三铁(FeO4)]星的氧夺取出来,还原成单质的铁,这个反应可以用下面的化学方程式来表示:

Fe3O4+4C=高温=3Fe+4CO

碳是工业上最常用的一种重要的还原剂。

     氢气的主要用途氢气的用途也是和它的性质相联系的。

     氢气燃烧时能放出大量的热,所以利用氢氧吹管(使氢气在充足的氧气里燃烧的一种装置,结构和氧炔吹管相似似),可以得到温度很高(可达到3000C0)的氢氧焰,它可以代替氧炔焰,用来焊接或切割金属制品.

     氢气还是重要的化学原料,大量的氢气在工业上用来制造氮(NH3)、盐酸(HC)等重要化工产品.