氢气的用途

氢在所有元素中是量轻的。在元素周期表中位于第一位。氧原子核外只有一个电子。氢有三种同位素，氢主要以化 合状态存在于水、石油、煤、天然气以及各种生物的组织中。它在地壳内的含量以原子百分比表示约为17.o%．水含有11% 重量的氢，泥土中含有约15%，100千米的高空主要成份也是氢气，但在大气层中的含量却很低．邻近地面的空气只有极少 量的氢。光谱分析的结果表明，大阳和星球的大气中含有大量的氢，以原子百分比表示大约81.75%，从整个宇宙来看，氢 是含量最多的一种元素。

(一)氢气的物理性质 在通常状况下，氢气是一种无色，无味和无嗅的气体。它比空气轻．据测定，在标准状况下(温度为0℃，压强为101， 325千帕)，1升氢气的质量是0.089克。氢气跟同体积的空气相比，质量约是空气的1／14，比空气轻重4．38倍。在101. 325千帕下，氢气在一252．8℃(20.2K)时，能变成无色的液体，在一259．2℃(13．8K)时，能变为雪状的固体。它难溶于 水，也难液化。这样轻的气体，自然具有最大的扩散速度和很高的导热性，它的导热率比空气大7倍。氢在水中的溶解度 很小，而在镍、钯和钼中的溶解度都很大，一体积的钯能溶解几百体积的氢。氢的渗透性很强，常温下可透过橡皮和乳胶 管，在高温下可透过钯、镍、钢等金属薄膜。由于氢气具有很强的渗透性，所以当钢暴露于一定温度和压力的氢气中时， 渗透于钢的晶格中的原子氢在缓慢的变形中引起脆化作用。它在钢的微观孔隙中与碳反应生成甲烷。随着甲烷生成量的增 加，使孔隙扩张成裂纹，加速了碳在微观组织中的迁移，降低了钢的机械性能，甚至引起材质的损坏。

(二)氢气的化学性质 氢气在常温下性质稳定，但在点燃或加热等条件下，能够跟许多物质发生化学反应。 1 氢气的可燃性 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。这一反应过程中有大量热放出，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。 不纯的氢气点燃时会发生爆炸。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。当氢气的纯度达到７４.2%以上时点燃只会燃烧不会产生爆炸。所以，在点燃使 用氢气时必须十分注意安全。只有确保氢气已经纯净后，方可点燃或加热由氢气。 2 氢气的还原性 氢气与氧化铜生成红色的金属铜与水，以上反应的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。 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。氢气是还原剂具有还原性

(三）氢气的用途 氢气的用途是由氢气的性质决定的。例如，氢气密度是所有气体中最小的，可将氢气充入气球中气球就可以飞起来，如 放飞氢气球、太空氢气球、空飘氢气球。氢气也可充氢气飞艇。 氢气跟氧气反应时放出大量的热，氢氧焰可达3000℃的高温，用于焊接或切割金属；做高能燃料。利用氢气的还原性， 可以冶炼有色金属和高纯锗、硅，合成氨、盐酸，石油加氢，制硬化油，高效能燃料，液氢还有希望成为动力火箭的推进剂。 其实氢气是重要的化工原料。如：氢气和氮气在高温、高压、催化剂存在下可直接合成氨气，目前，全世界生产的氢气 约有2/3用于合成氨工业。在石油工业上许多工艺过程需用氢气，如加氢裂化，加氢精制、加氢脱硫、催化加氢等。氢气在 氯气中燃烧生成氯化氢，用水吸收得到重要的化工原料枣盐酸。氢气和一氧化碳的合成气，净化后经加压和催化可以合成甲 醇。在食品工业上，氢气用于动植物油脂的硬化，制人造奶油和脆化奶油等。随着新技术的发展，氢气的应用将更为广泛和 重要。

（四）制取氢气的方法 1.实验室制取氢气的方法 实验室制取氢气的方法一种化学原料是金属，一般是锌和铁,凡是金属活动性在氢气前面的金属，都可用来制取氢气。 另一种化学原料，一般选用稀硫酸和浓，稀盐酸。 2.工业制取氢气的方法 工业上广泛采用红热的碳与水蒸气反应、天然气和石油加工工业中的甲烷与水蒸气反应、高温分解甲烷、电解水或 食盐水等方法生产氢气。 3.民用制取氢气的方法 一般选用充氢气球机也有选用氢气瓶但造价太高。

关于氢气球 世界上第一个氢气球诞生在那一年?1780年法国化学家布拉克把氢气灌入猪膀胱中，制得世界上第一个氢气球。 中国第一枚氢气球的诞生地。是在天津武备学堂，中法战争刚刚结束后，华衡芳就来到天津武备学堂任教。时值学堂里 的一名德国教习 ，买到了一枚中法战争期间法军用于军事瞭望的废氢气球，自视为珍奇。学堂的主管人希望这名德国教习 能把氢气球的制造和使用方法介绍给武备学堂的学员，这位德国教习却推三阻四。1885年，华衡芳了解到这一情况后，立刻 带领工匠自制了一枚直径5尺的小气球，然后用镪水制成氢气灌到球中，当场演放升空。最后那位德国教习为了

保住饭碗， 不得不老老实实地向学员们讲授这门技术。 天津武备学堂试制成功氢气球，不仅长了中国人的志气，而且这也是鸦片战争后，中国人自己制成的第一枚氢气球， 在近代中国科技史上，占有不容忽视的地位。 1824年橡胶玩具气球在英国被发明。最早的气球是用猪的膀胱做成。再以后是用类似雨鞋的橡胶做气球。然而，现代的 气球制作方法才诞生了不过60多年。它是英国的化学工程师Neil Tillotson于1933年偶然发明的。他将剪成猫形的纸板浸 入橡胶液体，想看看会发生什么。当橡胶干了以后，出乎意料的是他做成了一个气球猫，居然连耳朵都有。

氢气的发现 16世纪中叶，瑞士科学家帕拉塞斯(1493～1541)和17世纪的一些科学家，都发现了金属跟酸起反应产生一种可燃性气 体棗氢气。由于当时科学技术水平很低，人们并不认识它是一种元素的单质，只把它当成一种可燃性的空气。直到1766年 英国科学家卡文迪许(1731～1810)才确认氢气跟空气不同，并测定氢气的密度是空气密度的1/14.38。他在1781年又进一步 指出，氢气在空气中燃烧生成水。1783年拉瓦锡重做了实验，证明水是氢燃烧以后的唯一产物。1787年拉瓦锡给它命名 “hydrogen”，意思是“成水元素”，并确认它是一种元素。早年间人们称之为轻气，后定名为氢（日本现仍称之为水素）。