你知道嗎？ 目前氫氣是熱值最大的能源 燃燒後的產物只有潔淨的水 為了減緩溫室效應及增加新能源 許多國家正積極地進行氫能源的開發 若是能有效提升氫氣儲存的安全與便利性 未來也許有一天 氫氣會變成大家普遍使用的能源之一喔 現在 讓我們來探索「氫」的世界吧 氫是太陽等恆星的主要成分 也是宇宙中含量最多的元素 在地球上大多是以化合物的方式存在 例如 水、蛋白質、石油、碳水化合物等有機化合物中 都可以找到氫的存在 氫是唯一沒有中子的原子 其原子核中僅有一個質子 核外有一個電子 氫有三種同位素 其中 氚具有放射性 自然界中 少數的氫以氫氣的方式存在 氫氣本身無色、無臭、無味 為地球上分子量最小的氣體 它是雙原子分子 密度很小 分子間引力極弱 因此很難液化、也很難溶於水 而氫氣的化學性質 氫氣可以與非金屬元素起反應 生成分子化合物 例如 氫氣與氟可以在室溫下產生氟化氫氣體 氫氣與氯氣在高溫下產生氯化氫 也可以利用鐵粉當催化劑 在高溫高壓的條件下使氫氣與氮氣反應產生氨氣 此即為哈柏法製氨 氫氣也可以與活潑金屬 IA、IIA族反應生成離子化合物 例如 氫氣與鈉產生氫化鈉 氫氣與鈣產生氫化鈣 氫氣易燃 可以與氧氣燃燒生成水並放出能量 因此 若不討論製造氫氣的方法 氫氣應可以當做乾淨的能源 想想看 下列哪些是氫氣的物理或化學性質？ 在實驗室中 可以用「排水集氣法」收集到純度高的氫氣 但是通常製備的量不多 而且容易發生危險 我們會選用活性較大 安全性較高的金屬 例如 鋅、鋁、鐵 來與稀鹽酸或稀硫酸進行反應以產生氫氣 例如 將鋅粉置於有側管的錐形瓶中 再由分液漏斗中緩緩滴入稀鹽酸使其反應產生氫氣 檢驗的方式為 以點燃的火柴靠近集氣瓶瓶口 可以看到淡藍色火焰及聽到爆鳴聲 方法二 將兩性金屬 加入強酸或強鹼 皆可反應產生氫氣 例如 金屬鋁與強酸、強鹼的反應 方法三 電解水 在水中加入稀硫酸或少量氫氧化鈉 以惰性金屬為電極 並通入直流電來電解水 可以在陰極得到氫氣 同時在陽極得到氧氣 不過其缺點為電解需要耗費較多的能源 注意在實驗室中 1A族活性大的金屬若不小心遇到冷水 即可劇烈反應產生氫氣 並放出大量的熱量 此時通常容易爆炸 因此絕對不能以這種方式來製備氫氣 在工業上 為了降低成本 同時製得大量的氫氣 會採用下面的方法 方法一 先使水蒸氣通過灼熱煤焦 製得水煤氣 再將水煤氣通入水蒸氣 使一氧化碳在鎳的催化下氧化成二氧化碳 最後 使二氧化碳與氫氣的混合氣體加壓通過鹼液去除二氧化碳 溢出的氣體便是高純度的氫氣 方法二 使甲烷在高溫下以鎳為催化劑與水蒸氣反應 同樣地 將生成的一氧化碳 氫氣混合氣體通入水蒸氣 使一氧化碳在鎳的催化下氧化成二氧化碳 最後 一樣使二氧化碳與氫氣的混合氣體加壓通過鹼液 就同樣可以將二氧化碳去除 得到高純度的氫氣 方法三 使高溫水蒸氣通過赤熱的鐵屑 也可以得到氫氣 方法四、有時為了得到很純的氫氣 工業上也會用大量的電能 以電解水的方法來製得氫氣 想想看 下列哪些方法可以製得氫氣？ 氫氣可以有哪些用途呢？ 第一、可以作為製作甲醇的原料 第二、可以作為氫氣燃料電池的陽極反應物 第三、氫氣是熱值最高的燃料 且高溫的氫氣焰可用來焊接金屬 第四、氫氣可作為烯類、炔類物質 進行氫化以達飽和所需的原料 第五、可以作為還原劑 例如將氫氣與氧化銅共熱 可使金屬銅還原出來 此外 2022年瑞典開發綠氫煉鋼技術 以氫氣作為還原劑 產物為鐵和水蒸氣 與傳統使用煤炭作為還原劑相較 不會產生二氧化碳 可以減少溫室氣體的排放 潛力無窮 所以當然會變成世界各國想要開發的新能源之一囉 讓我們來整理一下這個單元學到的觀念 第一、氫氣是雙原子分子 分子間引力極弱 難液化、難溶於水 第二、氫氣可以與非金屬元素反應產生分子化合物 與金屬元素反應產生離子化合物 有易燃的特性 燃燒放出熱量後僅生成潔淨的水 第三、在實驗室中以「排水集氣法」收集製備所得的氫氣 可以用鋅、鋁、鐵 來與稀鹽酸或稀硫酸反應 或是以兩性金屬與強酸或強鹼反應 也可以使用電解水的方法來製造氫氣 第四、在工業上 會以水蒸氣通過灼熱的煤焦 或是使甲烷在高溫下以鎳為催化劑與水蒸氣反應 生成一氧化碳與氫氣的混合氣體 第五、氫氣的用途有 可以作為製作甲醇的原料 氫氧燃料電池的陽極反應物 乾淨且最高熱值的燃料 氫氧焰可用來焊接金屬 也可作為金屬氧化物還原劑 同學們 看完本單元你是否已經認識「氫」的相關知識了呢？ 歡迎到留言區與我們分享你的學習心得喔 我們下次再見