怎麼收集氫氣化學

A. 化學實驗中如何提取氫氣

氫氣的實驗室製取和性質實驗
一,實驗目的
1.掌握啟普發生器的使用方法;
2.熟練地掌握氫氣的實驗室製取和性質實驗的操作技能;
3.研究氫氣製取及性質實驗的教學方法.
二,實驗用品
硬質試管(25×200mm,附有導管的橡皮塞和90°玻璃尖嘴導管)1隻,長頸漏斗1個,啟普發生器(250mL,附塞球形漏鬥口的橡皮塞1隻,30°玻璃管1根,尖嘴玻管長10cm1根)1套,乾燥管1隻(附5cm長的直玻管的橡皮塞),燒杯(500mL,50~100mL各1隻),玻璃水槽(外徑240mm)1個,試管(18×150mm)2隻,鐵架台2個(附鐵夾,鐵環各1個),儲氣瓶1個(同體積500mL的分液漏斗和吸濾瓶各1個,尖嘴導管和彈簧夾各1個),酒精燈1個,小試管2隻,量筒2隻(10mL,50mL各1個),玻棒1根,坩堝鉗1把,石棉絨(或玻璃纖維)若干,直玻管1根(長30cm),火柴,蒸發皿1個,鐵筒(或塑料筒)1個,高錳酸鉀,酒精,海鷗洗滌劑,洗衣粉,香肥皂,甘油,氧化銅,凡士林,無水氧化鈣,稀硫酸(1:4),粗鋅粒,洗潔精.
三,實驗步驟
(一) 啟普發生器的安裝和使用以及氫氣的實驗室製取
1.安裝
實驗室里製取氫氣通常是在啟普發生器中用鋅粒與稀硫酸(1:4)反應製得的.其反應方程式是:
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
啟普發生器是由上部的球形漏斗1和下部的容器2(玻璃球體和半球體)和導氣管3所組成.球體有兩個開口,正上方開口是球形漏斗插入的孔道,上側口是氣體的出口(配有導氣管的橡皮塞).半球體有一個下則口是排廢酸用的,用玻璃磨砂塞或橡皮塞塞緊並拴住(見圖2-1).
將發生器各部件洗凈,擦乾並在磨砂處和活塞處薄薄地塗上一層凡士林,裝好旋轉呈均勻透明狀,以防漏氣或漏液.
2.檢查氣密性
先打開導氣管活塞,從漏斗處加水至充滿半球體,關閉活塞,繼續加水至液面到達球形漏斗體積的容積一半處為止,作一記號,靜止2分鍾.如果水面不下降,證明啟普發生器不漏氣.把水放掉重新安裝.
3.裝鋅
拔去上側口的橡皮塞,在球體和半球體之間的"蜂腰"處從上側口加入一層玻璃絲或橡皮圈(橡皮圈應打孔,周圍小孔供硫酸上下流動,中間大孔留插球形漏斗用),防止鋅粒掉下去.然後,用葯匙加入粗鋅粒.
4.裝酸
先扭開導氣管活塞,然後將稀硫酸從球形漏斗中加入至浸沒鋅粒為止,關閉橘敏活塞待用.
5.檢查氫氣純度
打開導氣管活塞,用向下排空氣法收集一小試管氫氣,用拇指堵圓皮枝住試管口,管口向下移動到火焰處,進行點燃.如果有尖銳的爆鳴聲證明試管里的氫氣混有空氣,這時需要再進行試純,直至只發生輕微的"噗"聲為止.若進行第二次試純時,必須堵住小試管一會兒或更換一個試管,防止試管內有燃燒的氫氣火焰存在,再拿到導管口收集氫氣時,會引起管口處的氫氣燃燒,這時若啟普發生器中混有空氣就會引起啟普發生器的爆炸.這一點要特別注意.
6.排酸
啟普發生器用過後應排掉廢酸.首先關閉導氣管握老活塞,再用橡皮塞塞住球形漏鬥口,然後右手握住啟普發生器的球體(不能握球形漏斗)把下側口放在大口接受器(廢液缸或大燒杯)之上,左手拔去半球體的下側口的活塞,讓酸液慢慢流出來.然後將鋅粒,玻璃絲或橡皮圈洗凈.再用清水把啟普發生器洗凈,並在有磨砂處墊上紙片或塗上凡士林,以防粘結.如中途需要加酸,可以在排完廢酸後,再塞緊塞子,加入新的酸液.
(二)氫氣的性質實驗
1.氫氣密度與空氣密度的比較
在啟普發生器的導氣管上裝上一個裝有無水氯化鈣的乾燥管.在乾燥管口較大的一頭裝上帶有直玻璃管的橡皮塞,再在乾燥管小埠連接一段10厘米左右的橡皮管.用橡皮管蘸取肥皂液後慢慢打開啟普發生器上的活塞,肥皂泡即生成,再輕輕擺動橡皮管,肥皂泡即離開橡皮管而上升(見圖2-2).
2.氫氣與空氣爆鳴
(1)方法一
選擇兩個大小相同,瓶口吻合的集氣瓶,其中一個集氣瓶用排水法收滿氫氣.將另一裝有空氣的集氣瓶隔著玻璃片倒立在有氫氣的瓶口上並與裝有氫氣的瓶口對齊(見圖2-3)抽去毛玻片,將兩個集氣瓶一起拿著上下翻幾次,使氫氣與空氣混勻.再向兩瓶口之間插入兩塊毛玻片,將兩個瓶口蓋好後分開.移去毛玻片迅速在點燃的酒精燈上點火,立即發出聲音較大的爆鳴聲.
(2)方法二
在一隻高約8厘米,口徑約7厘米的鐵筒(或塑料紙筒)底上,用小鐵釘在中央打個孔,以紙或火柴棒塞住.然後從鐵筒大口處迅速地通入氫氣,約3-4分鍾估計收集的氫氣已純,拿開氫氣導管和氫氣發生器,立即點燃玻璃棒上吸有酒精的棉花,同時拔掉小孔里的火柴棒,用燃著的棉球接觸筒上小孔逸出的氫氣,氫氣立即燃燒,隨後發生爆炸並把鐵筒彈起(見圖2-4).
3.氫氣與氧氣的爆鳴
(1)方法一
用排水法先收集集氣瓶1/3體積的氧氣,再繼續收集氫氣至瓶內水剛排完.關閉氫氣發生器出口旋塞,用毛玻片蓋嚴集氣瓶口,從水槽中取出,瓶口向下,拿著瓶下部,揭開毛玻片,迅速使瓶口與火接觸,可聽到很響的爆鳴聲.
(2)方法二
採用右圖(圖2-5)裝置,進行爆鳴實驗:向肥皂液中通入氫氧(2:1)混合氣體,成泡後,關閉止水夾,移走該裝置,再用燃著的火柴點燃肥皂泡,發出很響的爆鳴聲.
4.氫氣在空氣中燃燒
在啟普發生器的導氣管上,先裝上一支裝有無水氯化鈣的乾燥管,上接一根尖嘴玻璃導管,點燃氫氣,觀察氫氣燃燒現象.再在火焰的上方罩一冷而乾燥的燒杯,觀察現象(見圖2-6).
5.氧氣在氫氣中燃燒
取一硬質試管裝入經壓碎的高錳酸鉀5克,管口放置少量棉花,配單孔塞,連接導管,導管末端要有90°彎玻管,以便伸入集氣瓶內,試管口稍低於管底,固定在鐵架台上,製得氧氣.
選取一個250mL集氣瓶(事先應與鐵架台上的小鐵圈配合好),用排水法收滿純氫氣,用毛玻片蓋好,瓶口向下,擱在鐵圈上.
加熱高錳酸鉀,把導管末端插入水中,見有顯著連續氣泡放出,抽去毛玻片,讓集氣瓶落入鐵圈內,迅速點燃氫氣,立即把氧氣導管穿過氫焰,慢慢伸入瓶中,觀察觀象(見圖2-7).
6.氫氣還原氧化銅
取乾燥的大試管一支,裝入少量氧化銅粉末,使它平鋪在接近試管底部的一側,用鐵夾固定在鐵架台上,並使試管口稍向下,用自製氫氣簡易發生器製取氫氣,將經檢驗證明已純凈的氫氣通入大試管中(通氫氣的玻璃管要伸到大試管的底部,為什麼 ).估計試管中的空氣排盡後,在裝有氧化銅的地方加熱,觀察現象.反應結束後,移去酒精燈,再繼續通氫氣至試管冷卻(為什麼 )(見圖2-8).
四,注意事項
1.點燃氫氣或加熱氫氣之前,一定要檢驗氫氣的純度,否則有爆炸的危險.因為在氫氣和空氣的混合物中,當含氫的體積在4%～74.2%的范圍遇到火就會立即爆炸.而純凈的氫氣則能在空氣中安靜燃燒.連續檢驗氫氣時,不要用同一個試管,需要更換一隻試管(為什麼 )重新檢驗.
2.使用啟普發生器時,要遠離火源,防止氫氣不純而引起爆炸.
3.做氫氧混合氣體爆鳴實驗時,應注意在點燃肥皂泡前一定要拿走儲氣瓶,並夾好橡皮導管.否則將引起爆炸事故.
4.在做氫氣還原氧化銅的實驗中,加熱前應先通入氫氣把試管內的空氣排盡,然後才能加熱(為什麼 ).同時氫氣流要均勻,避免時快時慢,一般每秒2個氣泡即可.在停止加熱後,要繼續通入氫氣至試管冷卻(為什麼 ).

B. 實驗室製取氫氣的發生裝置和收集裝置是什麼！！

實驗室製取氫氣是固體和液體反應，反應不需要加熱，所以發生裝置可用如圖所示裝置；

氫氣難溶於水，所以可用如圖所示F裝置排水法收集、氫氣的密度比空氣小，所以可用向下排空氣法收集，如圖所示G。

化學中常用的裝置：

1、固固加熱型裝置；用於兩種或多種固體化學試劑反應，並且需要加熱。

2、固固不加熱型裝置；用於兩種或多種固體化學試劑反應，並且不需要加熱。

3、固液加熱型裝置；用於一種或多種固體化學試劑和另一種或多種液體化學試劑和反應，並且需要加熱。

4、固液不加熱裝置；用於一種或多種固體化學試劑和另一種或多種液體化學試劑和反應，並且不需要加熱。

(2)怎麼收集氫氣化學擴展閱讀：

裝置使用時，打開導氣管上的旋塞（使容器內氣壓與外界大氣壓相等），球形漏斗中的液體進入容器與固體反應，氣體的流速可用旋塞調節。

停止使用時，關閉旋塞，容器中的氣體壓強增大（因為容器中的反應仍在進行，仍有氣體生成），將液體壓回球形漏斗，使容器中液體液面降低，與固體脫離，反應停止。為保證安全，可在球形漏鬥口加安全漏斗,防止氣體壓力過大時炸裂容器。

將儀器橫放，把鋅粒由容器上插導氣管的口中加入，然後放正儀器，再將裝導氣管的塞子塞好。接著由球形漏鬥口加入稀鹽酸。

使用時，扭開導氣管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟鋅粒接觸而發生反應，產生的氫氣從導氣管放出。

不用時關閉導氣管的活塞，容器內繼續反應產生的氫氣使容器內壓強加大，把酸液壓回球形漏斗，使酸液與鋅粒脫離接觸，反應自行停止。使用啟普發生器製取氫氣十分方便，可以及時控制反應的發生或停止。

C. 化學實驗室如何收集氫氣

此實驗非常危險
H2很容易爆炸
不做好萬全准備不要輕易嘗試
！！！！！

原料：鉛、純鹼與石灰粉
二、反應原理：用純鹼與石灰反應製取燒鹼，燒鹼與鋁反應製得氫氣。 三、製取氫氣的實驗值和最佳原料比：實驗所使用的鋁片是回收葯瓶蓋或廢鋁線，因為純鹼價格便宜，所以用過量的石灰粉與純鹼反應製取燒鹼返昌，再用過量的燒鹼和鋁片反應製取氫氣。
四、製取氫氣球： 1、製取氫氣的設備，充氣機是一個圓柱體鐵筒，直徑20厘米，高40厘米，鐵筒壁厚2至3毫米，容積為12升左右。
2、用上述充氣機慎擾一次最大加料量：廢鋁片250克，純鹼540克，石灰粉418克，水5000毫升（也可減用半量）。可取氫氣量：常溫常壓下產氣為340升。
3、鐵筒內氣體壓強在表壓0.4公斤/立方厘米時可即用來充氣球。
4、製取氫氣的操作步驟：（1）加入廢鋁片，純鹼和石灰粉；（2）打開氫氣出口開關；（3）加水並塞上壓力表的膠塞；（4）估計空氣出凈後，關閉氫氣出口開關，待壓力表的表壓達到 0.4公斤/立方厘米時可即用來充氣球；（5）當鐵筒溫度較高時，可將鐵筒放入裝有冷水的鐵桶中冷卻，以降低反應速度，避免水汽化再用。
五、實驗
（1）開始反應必須用熱水（反應後自然放熱）；（2）純鹼雙叫蘇打或碳酸鈉；（3）充氣機的開關可到農資公司買回一根噴霧器的噴桿鋸斷即可使用。（4）塞膠塞的孔最好焊上長約一寸，口徑為一寸的小水管，開關桿也可和壓力表插入膠塞（膠塞開兩個孔），然後將膠塞塞入焊好的水管孔內；（5）充氣機的製作：鋼板可到物質部門購買，一塊漏孝扒長約200厘米，寬100厘米的鋼板可制6個充氣球。

D. 如何獲得極純的氫氣

純氫氣製取方法有很多種：

實驗室製取
製取氫氣的簡易方法
①反應原理（利用金屬活動性比氫強的金屬單質與酸反應，置換出氫元素）
注意：
1、鉀、鈣、鈉等金屬與稀酸反應時，會優先置換出水中的氫並生成相昌李應的鹼，且反應過於劇烈
2、選取的金屬應與酸反應速率適中，產生氣泡均勻
3、不能使用硝酸或濃硫酸，因為這兩種酸具有強氧化性，反應將會生成NO2或SO2
Zn+H2SO4(稀)===ZnSO4+H2↑；Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑
②收集
1.排水集氣法（用於收集難溶於水的氣體）
優點：可以收集到較純凈的氣體 缺點：收集到的氣體較濕潤
2.向下排空氣法（用於收集密度比空氣小，不與空氣中成分反應的氣體），
優點：過程簡潔 缺點：收集到的氣體不純
③電解水實驗
電解就是將兩根金屬或碳棒(即電極)放在要分解的物質(電解質)中， 然後接上電源，使電流通過液 體。化合物的陽離子移到帶負電的電極(陰極)，陰離子移到帶正電的電極(陽極)，化合物分為二極。
用鋅與稀硫酸反應：
氫氣的實驗室製取
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
注意：這里最好不用鹽酸是因為該反應放熱，鹽酸會揮發出氯化氫氣體，使製得的氣體含有氯化氫雜質。
用鋁和氫氧化鈉溶液反應製取：
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
註：市場上零壓氫氣機就是根據鋁和氫氧化鈉反應制氫充球。因為是開放性，是一邊放料一邊充球，所以機內是無氣壓的，安全系數較高。

工業製作法
①水煤氣法(主要成分CO和H2，C+H2O=高溫=CO+H2）
②電解水的方法制氫氣(2H2O=通電=O2↑簡芹+2H2↑)
③電解飽和食鹽水（2NaCl+2H2O=通電=2NaOH+H2↑+Cl2↑）

原始製作法
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和大的星球中，是恆星的核燃料，是組成宇宙中各種元素及物質的初始物質。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。
人造氫氣生產方法
可分為以下幾種
啟普發生器制氫氣
⒈ 工業氫氣生產方法：
⑴由煤和水生產氫氣（生產設備煤氣發生設備，變壓吸附設備）
將水蒸氣通過熾熱的炭層：C+H2O(g)=高溫=CO+H2（水煤氣），再低溫分離
⑵由裂化石油氣生產（生產設備裂化設備，變壓吸附設備，脫碳設備）
CH4=高溫催化劑=C+2H2
⑶電解水生產（生產設備電解槽設備）
⑷工業廢氣。
⒉民用氫氣生產方法：
⑴氨分解（生產設備汽化爐，分解爐，變壓吸附設備）
⑵由活潑金屬與酸（生產設備不銹鋼或玻璃容器設備）
(3)強鹼與鋁或硅（生產設備充氫氣球機設備）一般生產氫氣球都用此方法。
Si+2NaOH+H2O=加熱=Na2SiO3+2H2↑
(4)甲醇裂解（生產設備導熱油爐，甲醇汽化裂解設備，變壓吸附裝置）一般用氫氣量較大化工廠均用此方法。
CH3OH=高溫催化=2H2↑+CO↑，低溫分離
⒊試驗室氫氣生產方法：
硫酸與鋅粒（生產設備：啟普發生器）
4.其他
(1)由重水電解。
(2)由液氫低溫精鎦。[3]
工業製法
一、電解水制氫 多採用鐵為陰極面，鎳為陽極面的串聯電解槽（外形似壓濾機）來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成攔迅畢本較高，但產品純度大，可直接生產99.7%以上純度的氫氣。這種純度的氫氣常供：①電子、儀器、儀表工業中用的還原劑、保護氣和對坡莫合金的熱處理等，②粉末冶金工業中制鎢、鉬、硬質合金等用的還原劑，③製取多晶硅、鍺等半導體原材料，④油脂氫化，⑤雙氫內冷發電機中的冷卻氣等。像北京電子管廠和科學院氣體廠就用水電解法制氫。利用電解飽和食鹽水產生氫氣
如2NaCl+2H2O=電解=2NaOH+Cl2↑+H2↑
二、水煤氣法制氫 氣用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣（C+H2O→CO+H2—熱）。凈化後再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氫量在80%以上的氣體，再壓入水中以溶去CO2，再通過含氨蟻酸亞銅（或含氨乙酸亞銅）溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣，這種方法制氫成本較低產量很大，設備較多，在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇，還有少數地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。
三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫 石油熱裂副產的氫氣產量很大，常用於汽油加氫，石油化工和化肥廠所需的氫氣，這種制氫方法在世界上很多國家都採用，在中國的石油化工基地如在慶化肥廠，渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣 也在有些地方採用（如美國的Bay、way和Batan Rougo加氫工廠等）。
四、焦爐煤氣冷凍制氫 把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓，使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數地方採用（如前蘇聯的Ke Mepobo工廠）。
五、電解食鹽水的副產氫 在氯鹼工業中副產多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩餘，也可經提純生產普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產。
利用電解飽和食鹽水產生氫氣：如2NaCl+2H2O=電解=2NaOH+Cl2↑+H2↑
六、釀造工業副產
用玉米發酵丙酮、丁醇時，發酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣，經多次提純後可生產普氫（97%以上），把普氫通過用液氮冷卻到—100℃以下的硅膠列管中則進一步除去雜質（如少量N2）可製取純氫（99.99%以上），像北京釀酒廠就生產這種副產氫，用來燒制石英製品和供外單位用。
七、鐵與水蒸氣反應制氫
3Fe+4H2O=高溫=Fe3O4+4H2
但品質較差，此系較陳舊的方法現已基本淘汰
八、金屬鎂和水的反應制氫

通過某些礦物質的參與，鎂會在冷水中緩慢均衡地反應，並生成豐富的氫氣。
其他
工業上用水和紅熱的碳反應
C+H2O=高溫=CO+H2
製取氫氣的新方法
盛有氫氣的集氣瓶的放置方法
1.用氧化亞銅作催化劑並用紫外線照射從水中製取氫氣。
2.用新型的鉬的化合物做催化劑從水中製取氫氣。
3.用光催化劑反應和超聲波照射把水完全分解的方法。
4.陶瓷跟水反應製取氫氣。
5.生物質快速裂解油製取氫氣。
6.從微生物中提取的酶制氫氣。
7.用細菌製取氫氣。
8.用綠藻生產氫氣。
9.有機廢水發酵法生物制氫氣。
10.利用太陽能從生物質和水中製取氫氣。
利用太陽能從生物質和水中製取氫氣是最佳的製取氫氣的方法。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。怎樣製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.
12.硼和水蒸氣在高溫下反應製取氫氣，化學方程式為2B+6H2O=高溫=2H3BO3+3H2

注意事項：
氫氣是一種無色、無嗅、無毒、易燃易爆的氣體，和氟氣、氯氣、氧氣、一氧化碳以及空氣混合均有爆炸的危險，其中，氫氣與氟氣的混合物在低溫和黑暗環境就能發生自發性爆炸，與氯氣的混合體積比為1：1時，在光照下也可爆炸。氫氣由於無色無味，燃燒時火焰是透明的，因此其存在不易被感官發現，在許多情況下向氫氣中加入有臭味的乙硫醇，以便使嗅覺察覺，並可同時賦予火焰以顏色。