氢气安全注意事项
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。
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中。
氢气的应用
氢是主要的工业原料,也是最重要的工业气体和特种气体,在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。同时,氢也是一种理想的二次能源( 二次能源是指必须由一种初级能源如太阳能、煤炭等来制取的能源)。在一般情况下,氢极易与氧结合。这种特性使其成为天然的还原剂使用于防止出现氧化的生产中。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中,在氮气保护气氛中加入氢以去除残余的氧。在石化工业中,需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。由于氢的高燃料性,航天工业使用液氢作为燃料。
用途:核研究、氘核加速器的轰击粒子、示踪剂。
应用行业:石油精炼、浮法玻璃、电子、食品、化工生产、航天、汽车业
氢气的生产方法
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由活拨金属与酸(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:
盐酸与锌粒(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
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.
氢气的化学性质
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:用小试管,直接在小试管中加入镁与硫酸,在试管口点燃(对于刚接触化学的中学生,以他们的实验操作能力,对反应如此剧烈的实验,似乎要求太高)
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。
氢气的理化性质
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。
总结为:
分子式:H2
沸点:-252.77℃(20.38K)
密度:0.09kg/m3
相对分子质量:2.016
生产方法:电解、裂解、煤制气等
分子量: 4.032
三相点: -254.4℃
液体密度(平衡状态,-252.8℃): 169kg/m3
气体密度(101.325kPa,0℃):0.0899kg/m3
比容(101.325kPa,21.2℃): 5.987m3/kg
气液容积比(15℃,100kPa): 974L/L
压缩系数:
压力kPa
100
1000
5000·
10000
温度℃
15
50
1.0087
1.0008
1.0060
1.0057
1.0296
1.0296
1.0600
1.0555
临界温度: -234.8℃
临界压力: 1664.8kPa
临界密度: 66.8kg/m3
溶化热(-254.5℃)(平衡态):48.84kJ/kg
气化热△Hv(-249.5℃): 305kJ/kg
比热容(101.335kPa,25℃,气体):Cp=7.243kJ/(kg·K)
Cv=5.178kJ/(kK·K)
比热比(101.325kPa,25℃,气体): Cp/Cv=1.40
蒸气压力(正常态,17.703): 10.67kPa
(正常态,21.621): 53.33kPa
(正常态,24.249K): 119.99kPa
粘度(气体,正常态,101.325kPa,0℃):0.010lmPa·S
(液体,平衡态,-252.8℃):0.040mPa·s
表面张力(平衡态,-252.8℃): 3.72mN/m
导热系数(气体101.325kPa,0℃):0.1289w/(m·K)
(液体,-252.8℃):’ 1264W/(m·K)
折射系数nv(101.325kPa,25℃): 1.0001265
空气中的燃烧界限: 5%~75%(体积)
易燃性级别: 4
毒性级别:0
易爆性级别: 1
重氢在常温常压下为无色无嗅无毒可燃性气体,是普通氢的一种稳定同位素。它在通常水的氢中含0.0139%~0.0157%。其化学性质与普通氢完全相同。但因质量大,反应速度小一些。