第14章氫(已修改)
2025-11-06 16:39 本頁面
【正文】 第 14 章 氫 Chapter 14 Hydrogen H 氫是周期表中唯一尚未找到確切位置的元素 . 1. 了解氫在周期表中的位置； 本章教學(xué)要求 5. 了解氫能源（發(fā)生、儲存、利用） . 4. 掌握二元?dú)浠锏姆诸惣捌涮攸c(diǎn)； 3. 認(rèn)識氫的三種同位素； 2. 了解氫的存在和用途，掌握氫的主要工業(yè)和實(shí)驗室制法； 本章內(nèi)容 存在、制備和用途 occurrence,preparation and use 核性質(zhì) nuclear properties 二元?dú)浠衔锏姆诸? classification of binary hydride 氫的性質(zhì)和反應(yīng) properties and reactions of hydrogen 存在 氫是宇宙中豐度最高的元素，在地球上的豐度排在第 15位 . 某些礦物( 例如石油、天然氣 )和水是氫的主要資源，大氣中 H2 的含量很低是因為它太輕而容易脫離地球引力場 . 存在、制備和用途 10 20 30 40 50 60 70 80 90 8 6 4 2 0 –2 Pb Bi Pb Th Xe Sc Fe O 原子序數(shù) 偶數(shù) Z 奇數(shù) Z 元素的相對豐度是指該元素相對于個原子的原子數(shù) 偶數(shù)的元素比與之相鄰的奇數(shù)元素更穩(wěn)定 大 氣 層 頂 云 層 頂 液 氫 液態(tài)金屬氫 巖 石 核 心 ★ 木星結(jié)構(gòu) 根據(jù)先鋒飛船探測得知，木星大氣含氫 82%，氦 17%，其它元素 1%. ★ 氫的存在狀態(tài) ( s )1 1 0 0 0 Kk P a103( g )H 82 金屬氫?H ( s )77K k ( g )H 82 ?金剛石砧 氫的狀態(tài) 金屬氫 (s) 液態(tài)氫 (l) 固態(tài)氫 (s) 密度 /gcm3 制備 (每年估計達(dá) 500 109m3) ● Zn + H3O+ →Zn2+ + 2H2O + H2 ↑ 實(shí)驗室中制氫的主要方法 實(shí)驗室制氫氣中雜質(zhì)來源與除去方法 H2S + Pb2+ + 2H2O →PbS + 2H3O+ AsH3 鋅和硫酸中含微量 As AsH3+3Ag2SO4+3H2O→6Ag+H3AsO3+3H2SO4 H2S 鋅中含微量 ZnS SO2 鋅還原 H2SO4 產(chǎn)生 SO2 + 2KOH → K2SO3 + H2O H2O H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 NaH N2 C 1273 K CH4 1143 K pyrolysis photolysis elecrolysis 當(dāng)今制氫最經(jīng)濟(jì)的原料是煤和以甲烷為主要成分的天然氣，而且都是通過與水（最廉價的氫資源）的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的 . 水蒸氣轉(zhuǎn)化法 CH4(g) + H2O(g) 3 H2(g) + CO(g) 1 273 K 其中產(chǎn)物氫的三分之一來自水 . 水煤氣反應(yīng) C (s) + H2O(g) H2(g) + CO(g) 1 273 K 其中產(chǎn)物氫的百分之百來自水 . H2(g) + CO(g) 就是水煤氣，可做工業(yè)燃料，使用時不必分離 . 但若為了制氫，必須分離出 CO. 可將水煤氣連同水蒸氣一起通過紅熱的氧化鐵催化劑， CO變成 CO2 ， 然后在 2 106 下用水洗滌 CO2 和 H2 的混合氣體，使 CO2溶于水而分離出 H2 . CO + H2 + H2O(g) CO2 + 2 H2 Fe2O3 723 K Question 1 用焦炭或天然氣與水反應(yīng)制 H2 ， 為什么都需在高溫下進(jìn)行？ 因為這兩個反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)： CH4(g) + H2O(g) 3 H2(g) + CO(g)， ΔHθm = kJ?mol–1 C (s) + H2O(g) H2(g) + CO(g), ΔHθm = kJ?mol–1 要反應(yīng)得以進(jìn)行，則需供給熱量，如添加空氣或氧氣燃燒： C + O2 CO2, ΔHθm = – kJ?mol–1 CH4 + 2
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