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文檔簡介
5.1潔凈的燃料--氫氣
煤炭天然氣石油木柴自從1965年美國開始研制液氫發(fā)動機(jī)以來,相繼研制成功了各種類型的噴氣式和火箭式發(fā)動機(jī)。1960年液氫首次用作航天動力燃料。1970年美國反射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料。我國長征2號、3號也使用液氫做燃料。亨利·卡文迪許:(HenryCavendish,
FRS,1731年10月10日---1810年2月24日),英國物理學(xué)家、化學(xué)家。他首次對氫氣的性質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致的研究,證明了水并非單質(zhì),預(yù)言了空氣中稀有氣體的存在。發(fā)現(xiàn)了庫侖定律和歐姆定律,將電勢概念廣泛應(yīng)用于電學(xué),并精確測量了地球的密度,被認(rèn)為是牛頓之后英國最偉大的科學(xué)家之一。亨利.卡文迪許是百萬富翁。他一生從事于化學(xué)和物理學(xué)的研究。他發(fā)現(xiàn)了很多前人不知道的事物。亨利生性怪癖,沉默寡言,曾經(jīng)有科學(xué)史家說:“他是有學(xué)問的人當(dāng)中最富有的,也是富人當(dāng)中最有學(xué)問的?!?。一.氫氣的物理性質(zhì)1.色態(tài)味:通常狀況下,無色、無味的氣體。2.密度:0℃、101.3kPa下,ρ=0.090g/L
(相同條件下密度最小的氣體)3.溶解性:難溶于水。4.熔沸點(diǎn):101.3kPa下,-252℃時氫氣變?yōu)闊o色液體,-259℃時,氫氣變成雪狀固體(相同條件下熔沸點(diǎn)最低的氣體。)拓展延伸(標(biāo)況)密度(g/L)相對分子質(zhì)量與空氣相比氫氣0.0892最輕氮?dú)?.25028略輕空氣1.29529(平均)\氧氣1.42932略重二氧化碳1.96444重比空氣重的選擇用向上排空氣法收集,比空氣輕的選擇用向下排空氣法收集二.氫氣的化學(xué)性質(zhì)(2)氫氣的可燃性現(xiàn)象:產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰,燒杯內(nèi)壁有水霧,放出大量熱2H2+O22H2O點(diǎn)燃反應(yīng):(1)常溫下性質(zhì)穩(wěn)定交流與合作11.氫氣具有可燃性,則推理氫氣可用作什么用途?2.如果某可燃物含有氫元素,則燃燒產(chǎn)物一定有什么物質(zhì)?3.如何驗(yàn)證物質(zhì)燃燒產(chǎn)生了水?12月4日晚,安徽省六安市藍(lán)孔雀酒店,一群年輕人在酒店過完生日后,將近200個裝飾用的氫氣球從電梯帶走,在電梯內(nèi),有人鬧著玩用打火機(jī)燒氣球,氫氣球在電梯內(nèi)爆炸,8人面部不同程度受傷,電梯也因此發(fā)生故障,卡在1、2樓中間。靜電、火源等都極易引起氫氣球爆炸,國家也早已明令禁止氫氣用于氣球充氣。點(diǎn)燃?xì)錃馇耙欢ㄒ?yàn)純氫氣的驗(yàn)純:
可燃性氣體或粉塵與空氣(或氧氣)混合,若其體積分?jǐn)?shù)達(dá)到爆炸極限,點(diǎn)燃時就可能會發(fā)生爆炸。當(dāng)氫氣在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)約為4.0%—74.2%,點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸。氫氣的爆炸極限:4.0%—74.2%。不純:尖銳的爆鳴聲純凈:輕微的“噗”聲氫氣的化學(xué)性質(zhì)(3)氫氣的還原性現(xiàn)象:固體由黑變紅,試管末
端出現(xiàn)水珠。CuO+H2Cu
+H2O反應(yīng):交流與合作21.試管口為什么要略向下傾斜?2.導(dǎo)管為什么要伸入試管底?3.實(shí)驗(yàn)要求“氫氣早出晚歸,酒精燈遲到早退”,如何理解?氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)原理:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
發(fā)生裝置:固液不加熱型收集裝置:排水法或向下排空氣法三.氫氣的制法(1)實(shí)驗(yàn)室制法:電解水法:2H2O=2H2+O2氫氣的制法(2)工業(yè)制法之一:通電四.氫氣的用途1.燃料2.冶煉金屬3.焊接或切割4.充填探空氣球5.化工原料交流與合作31.氫氣作為能源有哪些優(yōu)點(diǎn)?2.氫能源現(xiàn)在沒有普遍使用的原因有哪些?1.下列關(guān)于氫氣的物理性質(zhì)的描述,不正確的是(
)A.通常狀況下,氫氣是無色無味的氣體B.相同條件下,氫氣是密度最小的氣體C.液態(tài)氫是淡藍(lán)色液體D.氫氣極難溶于水課堂練習(xí)與鞏固2.液氫可用作推進(jìn)火箭的燃料,這是因?yàn)?
)A.氫氣的密度最小B.氫氣的燃燒產(chǎn)物是水C.與其他燃料相比,同質(zhì)量的氫氣燃燒時放熱多D.制取氫氣的來源廣泛3.下列關(guān)于氫氣的說法中,正確的是(
)A.與空氣混合點(diǎn)燃有爆鳴聲的氣體一定是氫氣B.混有氧氣的氫氣點(diǎn)燃時,一定發(fā)生爆炸C.點(diǎn)燃?xì)錃馇埃欢ㄒ獧z驗(yàn)其純度D.由于氫氣的密度比空氣小,所以可用向上排空氣法收集氫氣5.檢驗(yàn)氫氣純度時,判斷氫氣較純的現(xiàn)象是(
)A.聽到尖銳的爆鳴聲B.聽到輕微的爆鳴聲C.未聽到聲音D.試管炸裂4.已知在同溫同壓下,等體積的氣體分子數(shù)相同。質(zhì)量相等的下列氣體在相同條件下所占體積最大的是(
)
A.氧氣B.氫氣
C.二氧化碳D.一氧化碳6.氫能源是一種極其理想的新能源,因?yàn)闅錃馊紵懦龅臒崃看?,且生成物不污染環(huán)境。但氫氣作為能源目前還不能廣泛使用,分析其原因,下列說法錯誤的是(
)A.雖然制氫的資源很豐富,但制取成本高B.高效、經(jīng)濟(jì)的制氫方法還在研究之中C.高效、價廉的貯氫材料還在研究之中D.氫氣的化學(xué)性質(zhì)很活潑,常溫下就會爆炸7.下列關(guān)于氫氣的物理性質(zhì)的描述中,不正確的是(
)A.氫氣具有刺激性氣味B.氫氣極難溶于水C.氫氣是最輕的氣體
D.在—259℃時氫氣能變成雪狀的固態(tài)8.氫氣具有的化學(xué)性質(zhì)是(
)A.通常狀況下是無色氣體B.密度小
C.具有可燃性D.熔點(diǎn)低19.下列各組混合物,點(diǎn)燃后可能爆炸的是(
)A.純凈的氫氣B.氫氣和二氧化碳
C.氧氣和二氧化碳D.氫氣和空氣10.下列物質(zhì)和空氣混合后遇明火,不可能發(fā)生爆炸的是(
)A.氮?dú)釨.天然氣C.氫氣D.面粉粉塵11.檢驗(yàn)用向下排空氣法收集的氫氣的純度,聽到爆鳴聲,
這時可(
)A、用拇指堵住試管口一會兒再收集
B、直接用于實(shí)驗(yàn)
C、換一支試管再收集檢驗(yàn)
D、馬上用原試管繼續(xù)收集第五章燃料潔凈的燃料—?dú)錃?/p>
情景導(dǎo)入
在碳的家族中有哪些成員?讓我們來猜一猜下面這都說的是誰呢?大哥硬度最大,二哥特別軟滑,三哥面貌多變,它們同是一家。似雪沒有雪花,叫冰沒有冰碴;無冰可以制冷,細(xì)菌休想安家。組成個半圓,殺人血不見;追捕無蹤影,點(diǎn)火冒藍(lán)焰。要想解開以上謎團(tuán),就讓我們一起走進(jìn)本章來揭開他們的神秘面紗吧!
知識點(diǎn)1最輕的氣體
1.氫氣的物理性質(zhì)
點(diǎn)化拓展
氫氣極難溶于水,所以收集時可利用向下排空氣法或排水法。相同條件下,氫氣的熔、沸點(diǎn)比所有其他常見的氣體都低,固態(tài)時的氫氣為雪花狀可以用比較相對分子質(zhì)量的方法比較相同條件下不同氣體的密度大小,相對分子質(zhì)量大的,氣體密度也大。空氣的平均相對分子質(zhì)量為29。
2.氫氣的特性氫氣是自然界中最輕的氣體,同溫、同壓下,氫氣的密度是空氣密度的2/29,是氧氣密度的1/16。常根據(jù)氫氣的這一特性填充探空氣球。
知識點(diǎn)2氫氣的燃燒1.純凈的氫氣氫氣的燃燒實(shí)驗(yàn):2.混有空氣(或氧氣)的氫氣點(diǎn)燃?xì)錃夂涂諝獾幕旌蠚猓?/p>
3.氫氣的驗(yàn)純(1)氫氣的驗(yàn)純實(shí)驗(yàn)
(2)使用氫氣的要求在使用氫氣時,要特別注意安全。點(diǎn)燃?xì)錃馇?,一定要檢驗(yàn)氫氣的純度。4.氫氣的爆炸極限當(dāng)氫氣中混有空氣(或氧氣)時,點(diǎn)燃后不一定會發(fā)生爆炸,只有當(dāng)空氣里混入氫氣的體積為總體積的4.0%~74.2%時,點(diǎn)燃才會發(fā)生爆炸,這個體積分?jǐn)?shù)的范圍就是氫氣的爆炸極限。
點(diǎn)化拓展
并不是只有點(diǎn)燃?xì)錃夂涂諝?或氧氣)的混合物才發(fā)生燃燒和爆炸現(xiàn)象。點(diǎn)燃其他的可燃物(如煤氣、煤粉、淀粉粉塵等)與空氣(或氧氣)的混合物,都有可能發(fā)生爆炸??扇夹詺怏w、粉塵各有自己的爆炸極限。煤礦中為防止瓦斯爆炸,必須嚴(yán)禁煙火,其次是通風(fēng),通風(fēng)的目的就是降低空氣中瓦斯氣體的體積分?jǐn)?shù),使之達(dá)不到爆炸極限,即使遇到明火,也不會發(fā)生爆炸事故。
知識點(diǎn)3理想的高能燃料
點(diǎn)化拓展氫氧燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,在這種電池中,氫氣和氧氣通過化學(xué)反應(yīng)生成水,并釋放電能,廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、太空站等航天器上,它除了提供電能外,發(fā)電后的產(chǎn)物——水,可以作為宇航員的飲用水。
同步演練1.下列事實(shí)中,與氫氣密度比空氣小的性質(zhì)無關(guān)的是()A.用氫氣吹肥皂泡時,肥皂泡迅速上升B.充滿氫氣的集氣瓶應(yīng)將瓶口朝下放在桌面上C.可用排水法收集氫氣D.可用向下排空氣法收集氫氣【思路】用氫氣吹肥皂泡時,肥皂泡迅速上升,是由于氫氣密度比空氣小,A不符合題意;充滿氫氣的集氣瓶應(yīng)將瓶口朝下放在桌面上,是由于氫氣密度比空氣小,B不符合題意;可用排水法收集氫氣,是由于氫氣難溶于水,C符合題意;可用向下排空氣法收集氫氣,是由于氫氣密度比空氣小,D不符合題意?!疽?guī)范解答】C2.下列關(guān)于氫氣的說法錯誤的是()A.氫氣是未來最理想的燃料B.氫氣在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定C.氫氣具有可燃性D.氫氣中混有空氣,點(diǎn)燃一定發(fā)生爆炸【思路】氫氣具有可燃性,燃燒的產(chǎn)物只有水,不會產(chǎn)生污染,所以是未來最理想的燃料,A、C正確;氫氣在常溫下,不與其他物質(zhì)反應(yīng),性質(zhì)穩(wěn)定,B正確;空氣中如果混入氫氣的體積為總體積的4.0%~74.2%,點(diǎn)燃時就會發(fā)生爆炸,并不是氫氣中混有空氣,點(diǎn)燃一定發(fā)生爆炸,D錯誤。【規(guī)范解答】D3.發(fā)射火箭常使用的燃料和助燃劑有液氫和液氧。下列與此相關(guān)的說法中不正確的是()A.液氫作燃料能減輕發(fā)射質(zhì)量B.液氫和液氧都是化合物C.液氧的作用是支持液氫燃燒D.液氫燃燒的產(chǎn)物為水【思路】氫氣是所有氣體中密度最小的,液氫的密度也小,且能夠燃燒放出大量的熱,產(chǎn)物是水。液氫和液氧都是由同種元素組成的純凈物,是單質(zhì)而不是化合物?!疽?guī)范解答】B【規(guī)律總結(jié)】液態(tài)氫作燃料具有熱值高,污染少等優(yōu)點(diǎn);液氧支持燃燒,本身不能燃燒。4.下列關(guān)于氫氣的說法中,正確的是()A.與空氣混合點(diǎn)燃有爆鳴聲的氣體一定是氫氣B.混有氧氣的氫氣點(diǎn)燃時,一定發(fā)生爆炸C.點(diǎn)燃?xì)錃馇?,一定要檢驗(yàn)其純度D.由于氫氣的密度比空氣小,所以可用向上排空氣法收集氫氣【思路】可燃性氣體與空氣混合點(diǎn)燃,都可能產(chǎn)生爆鳴聲,不一定只有氫氣,如煤氣、液化石油氣等,A錯誤;混有氧氣的氫氣不一定處于爆炸極限范圍內(nèi),所以點(diǎn)燃不一定發(fā)生爆炸,B錯誤;氫氣是一種可燃性氣體,與空氣混合點(diǎn)燃可能發(fā)生爆炸,所以點(diǎn)燃前一定要檢驗(yàn)其純度,C正確;氫氣的密度比空氣小,應(yīng)利用向下排空氣法收集,D錯誤。【規(guī)范解答】C5.“低碳經(jīng)濟(jì)”已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要模式,實(shí)現(xiàn)“低碳經(jīng)濟(jì)”的一種策略是節(jié)能。下列制備氫氣的方法最節(jié)能的是()【思路】電解需要消耗電能,高溫加熱需要消耗化學(xué)能源,不屬于節(jié)能的方法。催化劑在化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變,可以反復(fù)使用,利用取之不盡、用之不竭的無污染的太陽能也是當(dāng)今能源利用的發(fā)展趨勢?!疽?guī)范解答】C【規(guī)律總結(jié)】利用太陽能分解水或利用催化劑使水常溫分解制取
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