【閱前提示】本書由于是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學生閱讀。但很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但很不扎實的學酥重新查漏補缺。 另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

第二章、氧和氫??

§2-12氫氣的性質(zhì)和用途

氫氣的性質(zhì)

1、氫氣的物理性質(zhì) ?

? ? ? ? 氫氣和氧氣一樣，在通常狀況下，是無色、無味、無嗅的氣體。氫氣很輕，在所有的氣體中，氫氣的比重最小，在0℃和1大氣壓下，每升氫氣重0.0899克。這就是說，氫氣的重量只及同體積空氣（每升空氣重1.293克）重量的約1/14.4，“氫氣”這個名稱就是由于它的這一性質(zhì)而來的。

? ? ? ??在加大壓強和降低溫度的條件下，氫氣也可以變成無色的液體，液態(tài)氫在非常低的溫度（-253℃）下沸騰。

? ? ? ??氫氣比氧氣更難溶解于水，在20℃和1大氣壓下，1升水只能溶解18毫升的氫氣。

2、氫氣的化學性質(zhì)

? ? ? ??在平常溫度下，氫氣的化學性質(zhì)是不活潑的，但加熱后，它能和某些金屬（例如鈉、鈣等）、非金屬（例如硫、氧、氮等）發(fā)生化合反應。

? ? ? ??下面我們著重來研究氫氣和氧的化學反應

（1）氫氣和氧氣的化合反應

? ? ? ??純凈的氫氣能夠在純氧或空氣里燃燒，發(fā)出淡藍色的火焰。如果把燃燒著氫氣的導管，放進玻璃簡內(nèi)（如圖2-16所示），不久，就可看到在筒壁上附有極細的水滴。氫氣在點燃條件下和氧氣化合反應的化學方程式是：【山注，B站專欄公式代碼\ce{2H2 + O2}\mathop{=\!=}\limits^{點燃}\ce{2H2O}】因為氫氣燃燒時放出大量的熱，反應生成的水是以水蒸氣狀態(tài)存在的，水蒸氣冷卻后凝聚在玻璃筒壁上，形成細微的水滴。

? ? ? ??應該注意，在任何時候點燃氫氣，都必須先確知它是純凈的。因為如果氫氣里混有空氣（或氧氣），點燃時有可能發(fā)生猛烈的爆炸，造成傷害事故。

? ? ? ??點燃混有空氣（或氧氣）的氫氣會發(fā)生爆炸，這可以通過下面的實驗來證明。

? ? ? ??先在試管里收集2體積氫氣和1體積氧氣，使之充分混和，這時試管里的氫氣和氧氣并不發(fā)生反應（因為氫氣只有在點燃的條件下才能和氧氣發(fā)生化合反應），用一根燃著的木條去點燃這一混和氣體，立刻發(fā)出一種尖銳的爆鳴聲。

? ? ? ??通常把2體積氫氣和1體積氧氣的混和氣體稱做“爆鳴氣”。

? ? ? ??為什么純凈的氫氣能夠在純氧（或空氣）里安靜地燃燒，而點燃氫氣和氧氣（或空氣）的混和氣體時卻會發(fā)生爆鳴呢？這是因為在導管口點燃純凈的氫氣時，只有導管口的氫氣和周圍的氧氣接觸，燃燒只在導管口進行，因此不會有任何危險發(fā)生，但在混和氣體里，全部氫氣都和氧氣密切接觸著，點燃時，一瞬間容器里大量氫氣和氧氣同時迅速化合，生成水蒸氣并放出大量的熱。這些水蒸氣在極短時間內(nèi)受熱急劇膨脹，如果容器是密閉的，或容器的口很小，這急劇膨脹的氣體不能迅速排出，這時容器里的壓強就會驟然增大起來，引起猛烈的爆炸。

? ? ? ??因此，在制取氫氣的裝置（例如啟普發(fā)生器）的導管口點燃氫氣前，每次都必須進行檢純（即檢驗氫氣純度）的手續(xù)。只有在確切知道容器里的氫氣是純凈時，才能用火接近它。

? ? ? ??那末，怎樣檢純氫氣呢？

? ? ? ??先把從制取氫氣的裝置（例如啟普發(fā)生器）里放出的氫氣，用排水集氣法收集在試管里，然后迅速地使試管口（保持向下方向）移近酒精燈火焰，如果發(fā)生尖銳的吹口哨似的爆鳴聲，這說明氫氣里還混有空氣，應該重復這種試驗，一直到把試管移近火焰時，只聽到很輕的聲音時，放出的氫氣才是純凈的

（2）氫氣和某些金屬氧化物的反應，還原反應

? ? ? ??氫氣不但能和游離態(tài)的氧化合，在高溫下，它還能奪取有些金屬氧化物里化合態(tài)的氧。這是氫氣的另一個重要的化學性質(zhì)。

? ? ? ??現(xiàn)在用下面的實驗來說明這一性質(zhì)。

? ? ? ??用一根較粗的硬質(zhì)玻管，挾住在鐵架臺上，在玻管a處放進少許黑色的氧化銅粉末.玻管左端用一個帶有導管的軟木塞塞住，導管和氫氣發(fā)生器相連（裝置見圖217）.為了安全起見，在加熱玻管前，先自導管通入氫氣，俟玻管中原有的空氣全部被趕走后，再用酒精燈在a處灼熱玻管里的氧化銅粉末.這時氫氣在熱的氧化銅表面通過，不久，表面上一部分氧化銅變成赭色的金屬銅.同時，在右端干燥管的b處，可以看到有水滴凝成.這一反應的化學方程式是：

【山注，B站專欄公式代碼\ce{CuO + H2}\mathop{=\!=}\limits^{加熱}\ce{Cu +H2O}】

? ? ? ??在這個反應里，單質(zhì)氫氣分子里的氫原子代替了氧化銅分子里銅原子的位置，和氧原子結(jié)合成為水分子，銅原子被置換出來后，變成單質(zhì)的銅。很顯然，這個反應是屬于置換反應類型的。

還原反應

? ? ? ??上述化學反應里的氧化銅，可以認作是由銅和氧氣化合而生成的?，F(xiàn)在，氫氣奪取了氧化銅里的氧，使它重新變成單質(zhì)的銅。象這樣，氧從一種物質(zhì)里被奪取出來的反應，叫做還原反應。

? ? ? ??從別種物質(zhì)里奪取氧的物質(zhì)，叫做還原劑。氫氣是最重要的還原劑之一。

? ? ? ??在冶金工業(yè)上，常利用還原反應來冶煉金屬，例如我們在小學自然課里已經(jīng)學過，用焦炭（它的主要成分是碳元素）可以煉鐵，就是把鐵礦砂[一般是鐵的氧化物，例如磁鐵礦的主要成分是四氧化三鐵()]里的氧奪取出來，還原成單質(zhì)的鐵。這個反應可以用下面的化學方程式來表示：?【山注，B站專欄公式代碼\ce{Fe3O4 +4C}\mathop{=\!=}\limits^{高溫}\ce{3Fe +4CO↑}】?碳是工業(yè)上最常用的一種重要的還原劑。

氫氣的主要用途

? ? ? ??氫氣的用途也是和它的性質(zhì)相聯(lián)系的。

? ? ? ??氫氣燃燒時能放出大量的熱，所以利用氫氧吹管（使氫氣在充足的氧氣里燃燒的一種裝置，結(jié)構(gòu)和氧炔吹管相似），可以得到溫度很高(可達到30000C)的氫氧焰，它可以代替氧炔焰，用來焊接或切剖金屬制品。

? ? ? ??氫氣還是重要的化學原料，大量的氫氣在工業(yè)上用來制造氨()、鹽酸()等重要化工產(chǎn)品。

習題2-12

1、列表比較氫氣和氧氣的物理性質(zhì)，它們有哪些是共同的，哪些是不同的？

2、在啟普發(fā)生器的導管口點燃氫氣時，如果其中混有空氣，會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？

【山答】會發(fā)生爆鳴，這是因為氫氣與混雜其中的氧氣密切接觸，一旦點燃急速化合，短時間生成較多的水蒸氣，再熱脹之下，就發(fā)生爆鳴。

3、怎樣檢驗氫氣的純度？

【山答】收集一試管產(chǎn)生的氣體，管口移近燈焰，如果發(fā)出爆鳴聲，說明不純，如果聲音很輕，則說明氫氣是純凈的。

4、寫出氫氣在氧氣里燃燒的化學方程式。使2克氫氣完全燃燒，需要多少克氧氣？又能生成水多少克？

【山答】①16g。②18g。

【山注，B站專欄公式代碼\color{blue}{\ce{2H2 + O2}\mathop{=\!=}\limits^{點燃}\ce{2H2O}}】

5、多少克氫氣和多少克氧化銅完全作用后可以產(chǎn)生32克單質(zhì)的銅？

【山答】1g；40g。

6、含有雜質(zhì)的氧化銅50克，用氫氣和它發(fā)生反應后，得到36克銅。計算含氧化銅的百分率是多少？[提示：先算出生成36克銅所需要的純氧化銅的克數(shù)，再把這個克數(shù)和含雜質(zhì)的氧化銅的克數(shù)（50克）相比，就可以知道純氧化銅的百分率。]

【山答】90%。