怎么收集氢气化学

A. 化学实验中如何提取氢气

氢气的实验室制取和性质实验
一,实验目的
1.掌握启普发生器的使用方法;
2.熟练地掌握氢气的实验室制取和性质实验的操作技能;
3.研究氢气制取及性质实验的教学方法.
二,实验用品
硬质试管(25×200mm,附有导管的橡皮塞和90°玻璃尖嘴导管)1只,长颈漏斗1个,启普发生器(250mL,附塞球形漏斗口的橡皮塞1只,30°玻璃管1根,尖嘴玻管长10cm1根)1套,干燥管1只(附5cm长的直玻管的橡皮塞),烧杯(500mL,50~100mL各1只),玻璃水槽(外径240mm)1个,试管(18×150mm)2只,铁架台2个(附铁夹,铁环各1个),储气瓶1个(同体积500mL的分液漏斗和吸滤瓶各1个,尖嘴导管和弹簧夹各1个),酒精灯1个,小试管2只,量筒2只(10mL,50mL各1个),玻棒1根,坩埚钳1把,石棉绒(或玻璃纤维)若干,直玻管1根(长30cm),火柴,蒸发皿1个,铁筒(或塑料筒)1个,高锰酸钾,酒精,海鸥洗涤剂,洗衣粉,香肥皂,甘油,氧化铜,凡士林,无水氧化钙,稀硫酸(1:4),粗锌粒,洗洁精.
三,实验步骤
(一) 启普发生器的安装和使用以及氢气的实验室制取
1.安装
实验室里制取氢气通常是在启普发生器中用锌粒与稀硫酸(1:4)反应制得的.其反应方程式是:
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
启普发生器是由上部的球形漏斗1和下部的容器2(玻璃球体和半球体)和导气管3所组成.球体有两个开口,正上方开口是球形漏斗插入的孔道,上侧口是气体的出口(配有导气管的橡皮塞).半球体有一个下则口是排废酸用的,用玻璃磨砂塞或橡皮塞塞紧并拴住(见图2-1).
将发生器各部件洗净,擦干并在磨砂处和活塞处薄薄地涂上一层凡士林,装好旋转呈均匀透明状,以防漏气或漏液.
2.检查气密性
先打开导气管活塞,从漏斗处加水至充满半球体,关闭活塞,继续加水至液面到达球形漏斗体积的容积一半处为止,作一记号,静止2分钟.如果水面不下降,证明启普发生器不漏气.把水放掉重新安装.
3.装锌
拔去上侧口的橡皮塞,在球体和半球体之间的"蜂腰"处从上侧口加入一层玻璃丝或橡皮圈(橡皮圈应打孔,周围小孔供硫酸上下流动,中间大孔留插球形漏斗用),防止锌粒掉下去.然后,用药匙加入粗锌粒.
4.装酸
先扭开导气管活塞,然后将稀硫酸从球形漏斗中加入至浸没锌粒为止,关闭橘敏活塞待用.
5.检查氢气纯度
打开导气管活塞,用向下排空气法收集一小试管氢气,用拇指堵圆皮枝住试管口,管口向下移动到火焰处,进行点燃.如果有尖锐的爆鸣声证明试管里的氢气混有空气,这时需要再进行试纯,直至只发生轻微的"噗"声为止.若进行第二次试纯时,必须堵住小试管一会儿或更换一个试管,防止试管内有燃烧的氢气火焰存在,再拿到导管口收集氢气时,会引起管口处的氢气燃烧,这时若启普发生器中混有空气就会引起启普发生器的爆炸.这一点要特别注意.
6.排酸
启普发生器用过后应排掉废酸.首先关闭导气管握老活塞,再用橡皮塞塞住球形漏斗口,然后右手握住启普发生器的球体(不能握球形漏斗)把下侧口放在大口接受器(废液缸或大烧杯)之上,左手拔去半球体的下侧口的活塞,让酸液慢慢流出来.然后将锌粒,玻璃丝或橡皮圈洗净.再用清水把启普发生器洗净,并在有磨砂处垫上纸片或涂上凡士林,以防粘结.如中途需要加酸,可以在排完废酸后,再塞紧塞子,加入新的酸液.
(二)氢气的性质实验
1.氢气密度与空气密度的比较
在启普发生器的导气管上装上一个装有无水氯化钙的干燥管.在干燥管口较大的一头装上带有直玻璃管的橡皮塞,再在干燥管小端口连接一段10厘米左右的橡皮管.用橡皮管蘸取肥皂液后慢慢打开启普发生器上的活塞,肥皂泡即生成,再轻轻摆动橡皮管,肥皂泡即离开橡皮管而上升(见图2-2).
2.氢气与空气爆鸣
(1)方法一
选择两个大小相同,瓶口吻合的集气瓶,其中一个集气瓶用排水法收满氢气.将另一装有空气的集气瓶隔着玻璃片倒立在有氢气的瓶口上并与装有氢气的瓶口对齐(见图2-3)抽去毛玻片,将两个集气瓶一起拿着上下翻几次,使氢气与空气混匀.再向两瓶口之间插入两块毛玻片,将两个瓶口盖好后分开.移去毛玻片迅速在点燃的酒精灯上点火,立即发出声音较大的爆鸣声.
(2)方法二
在一只高约8厘米,口径约7厘米的铁筒(或塑料纸筒)底上,用小铁钉在中央打个孔,以纸或火柴棒塞住.然后从铁筒大口处迅速地通入氢气,约3-4分钟估计收集的氢气已纯,拿开氢气导管和氢气发生器,立即点燃玻璃棒上吸有酒精的棉花,同时拔掉小孔里的火柴棒,用燃着的棉球接触筒上小孔逸出的氢气,氢气立即燃烧,随后发生爆炸并把铁筒弹起(见图2-4).
3.氢气与氧气的爆鸣
(1)方法一
用排水法先收集集气瓶1/3体积的氧气,再继续收集氢气至瓶内水刚排完.关闭氢气发生器出口旋塞,用毛玻片盖严集气瓶口,从水槽中取出,瓶口向下,拿着瓶下部,揭开毛玻片,迅速使瓶口与火接触,可听到很响的爆鸣声.
(2)方法二
采用右图(图2-5)装置,进行爆鸣实验:向肥皂液中通入氢氧(2:1)混合气体,成泡后,关闭止水夹,移走该装置,再用燃着的火柴点燃肥皂泡,发出很响的爆鸣声.
4.氢气在空气中燃烧
在启普发生器的导气管上,先装上一支装有无水氯化钙的干燥管,上接一根尖嘴玻璃导管,点燃氢气,观察氢气燃烧现象.再在火焰的上方罩一冷而干燥的烧杯,观察现象(见图2-6).
5.氧气在氢气中燃烧
取一硬质试管装入经压碎的高锰酸钾5克,管口放置少量棉花,配单孔塞,连接导管,导管末端要有90°弯玻管,以便伸入集气瓶内,试管口稍低于管底,固定在铁架台上,制得氧气.
选取一个250mL集气瓶(事先应与铁架台上的小铁圈配合好),用排水法收满纯氢气,用毛玻片盖好,瓶口向下,搁在铁圈上.
加热高锰酸钾,把导管末端插入水中,见有显着连续气泡放出,抽去毛玻片,让集气瓶落入铁圈内,迅速点燃氢气,立即把氧气导管穿过氢焰,慢慢伸入瓶中,观察观象(见图2-7).
6.氢气还原氧化铜
取干燥的大试管一支,装入少量氧化铜粉末,使它平铺在接近试管底部的一侧,用铁夹固定在铁架台上,并使试管口稍向下,用自制氢气简易发生器制取氢气,将经检验证明已纯净的氢气通入大试管中(通氢气的玻璃管要伸到大试管的底部,为什么 ).估计试管中的空气排尽后,在装有氧化铜的地方加热,观察现象.反应结束后,移去酒精灯,再继续通氢气至试管冷却(为什么 )(见图2-8).
四,注意事项
1.点燃氢气或加热氢气之前,一定要检验氢气的纯度,否则有爆炸的危险.因为在氢气和空气的混合物中,当含氢的体积在4%～74.2%的范围遇到火就会立即爆炸.而纯净的氢气则能在空气中安静燃烧.连续检验氢气时,不要用同一个试管,需要更换一只试管(为什么 )重新检验.
2.使用启普发生器时,要远离火源,防止氢气不纯而引起爆炸.
3.做氢氧混合气体爆鸣实验时,应注意在点燃肥皂泡前一定要拿走储气瓶,并夹好橡皮导管.否则将引起爆炸事故.
4.在做氢气还原氧化铜的实验中,加热前应先通入氢气把试管内的空气排尽,然后才能加热(为什么 ).同时氢气流要均匀,避免时快时慢,一般每秒2个气泡即可.在停止加热后,要继续通入氢气至试管冷却(为什么 ).

B. 实验室制取氢气的发生装置和收集装置是什么！！

实验室制取氢气是固体和液体反应，反应不需要加热，所以发生装置可用如图所示装置；

氢气难溶于水，所以可用如图所示F装置排水法收集、氢气的密度比空气小，所以可用向下排空气法收集，如图所示G。

化学中常用的装置：

1、固固加热型装置；用于两种或多种固体化学试剂反应，并且需要加热。

2、固固不加热型装置；用于两种或多种固体化学试剂反应，并且不需要加热。

3、固液加热型装置；用于一种或多种固体化学试剂和另一种或多种液体化学试剂和反应，并且需要加热。

4、固液不加热装置；用于一种或多种固体化学试剂和另一种或多种液体化学试剂和反应，并且不需要加热。

(2)怎么收集氢气化学扩展阅读：

装置使用时，打开导气管上的旋塞（使容器内气压与外界大气压相等），球形漏斗中的液体进入容器与固体反应，气体的流速可用旋塞调节。

停止使用时，关闭旋塞，容器中的气体压强增大（因为容器中的反应仍在进行，仍有气体生成），将液体压回球形漏斗，使容器中液体液面降低，与固体脱离，反应停止。为保证安全，可在球形漏斗口加安全漏斗,防止气体压力过大时炸裂容器。

将仪器横放，把锌粒由容器上插导气管的口中加入，然后放正仪器，再将装导气管的塞子塞好。接着由球形漏斗口加入稀盐酸。

使用时，扭开导气管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟锌粒接触而发生反应，产生的氢气从导气管放出。

不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的氢气使容器内压强加大，把酸液压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，反应自行停止。使用启普发生器制取氢气十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。

C. 化学实验室如何收集氢气

此实验非常危险
H2很容易爆炸
不做好万全准备不要轻易尝试
！！！！！

原料：铅、纯碱与石灰粉
二、反应原理：用纯碱与石灰反应制取烧碱，烧碱与铝反应制得氢气。 三、制取氢气的实验值和最佳原料比：实验所使用的铝片是回收药瓶盖或废铝线，因为纯碱价格便宜，所以用过量的石灰粉与纯碱反应制取烧碱返昌，再用过量的烧碱和铝片反应制取氢气。
四、制取氢气球： 1、制取氢气的设备，充气机是一个圆柱体铁筒，直径20厘米，高40厘米，铁筒壁厚2至3毫米，容积为12升左右。
2、用上述充气机慎扰一次最大加料量：废铝片250克，纯碱540克，石灰粉418克，水5000毫升（也可减用半量）。可取氢气量：常温常压下产气为340升。
3、铁筒内气体压强在表压0.4公斤/立方厘米时可即用来充气球。
4、制取氢气的操作步骤：（1）加入废铝片，纯碱和石灰粉；（2）打开氢气出口开关；（3）加水并塞上压力表的胶塞；（4）估计空气出净后，关闭氢气出口开关，待压力表的表压达到 0.4公斤/立方厘米时可即用来充气球；（5）当铁筒温度较高时，可将铁筒放入装有冷水的铁桶中冷却，以降低反应速度，避免水汽化再用。
五、实验
（1）开始反应必须用热水（反应后自然放热）；（2）纯碱双叫苏打或碳酸钠；（3）充气机的开关可到农资公司买回一根喷雾器的喷杆锯断即可使用。（4）塞胶塞的孔最好焊上长约一寸，口径为一寸的小水管，开关杆也可和压力表插入胶塞（胶塞开两个孔），然后将胶塞塞入焊好的水管孔内；（5）充气机的制作：钢板可到物质部门购买，一块漏孝扒长约200厘米，宽100厘米的钢板可制6个充气球。

D. 如何获得极纯的氢气

纯氢气制取方法有很多种：

实验室制取
制取氢气的简易方法
①反应原理（利用金属活动性比氢强的金属单质与酸反应，置换出氢元素）
注意：
1、钾、钙、钠等金属与稀酸反应时，会优先置换出水中的氢并生成相昌李应的碱，且反应过于剧烈
2、选取的金属应与酸反应速率适中，产生气泡均匀
3、不能使用硝酸或浓硫酸，因为这两种酸具有强氧化性，反应将会生成NO2或SO2
Zn+H2SO4(稀)===ZnSO4+H2↑；Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑
②收集
1.排水集气法（用于收集难溶于水的气体）
优点：可以收集到较纯净的气体 缺点：收集到的气体较湿润
2.向下排空气法（用于收集密度比空气小，不与空气中成分反应的气体），
优点：过程简洁 缺点：收集到的气体不纯
③电解水实验
电解就是将两根金属或碳棒(即电极)放在要分解的物质(电解质)中， 然后接上电源，使电流通过液 体。化合物的阳离子移到带负电的电极(阴极)，阴离子移到带正电的电极(阳极)，化合物分为二极。
用锌与稀硫酸反应：
氢气的实验室制取
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
注意：这里最好不用盐酸是因为该反应放热，盐酸会挥发出氯化氢气体，使制得的气体含有氯化氢杂质。
用铝和氢氧化钠溶液反应制取：
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
注：市场上零压氢气机就是根据铝和氢氧化钠反应制氢充球。因为是开放性，是一边放料一边充球，所以机内是无气压的，安全系数较高。

工业制作法
①水煤气法(主要成分CO和H2，C+H2O=高温=CO+H2）
②电解水的方法制氢气(2H2O=通电=O2↑简芹+2H2↑)
③电解饱和食盐水（2NaCl+2H2O=通电=2NaOH+H2↑+Cl2↑）

原始制作法
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
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）
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=高温催化剂=C+2H2
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）
(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=2H2↑+CO↑，低温分离
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。[3]
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。该方法成拦迅毕本较高，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 气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
3Fe+4H2O=高温=Fe3O4+4H2
但品质较差，此系较陈旧的方法现已基本淘汰
八、金属镁和水的反应制氢

通过某些矿物质的参与，镁会在冷水中缓慢均衡地反应，并生成丰富的氢气。
其他
工业上用水和红热的碳反应
C+H2O=高温=CO+H2
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.硼和水蒸气在高温下反应制取氢气，化学方程式为2B+6H2O=高温=2H3BO3+3H2

注意事项：
氢气是一种无色、无嗅、无毒、易燃易爆的气体，和氟气、氯气、氧气、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险，其中，氢气与氟气的混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸，与氯气的混合体积比为1：1时，在光照下也可爆炸。氢气由于无色无味，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有臭味的乙硫醇，以便使嗅觉察觉，并可同时赋予火焰以颜色。