氢气是氢元素形成的一种单质,化学式H2,分子量为2.01588。常温常压下氢气是一种无色无味极易燃烧且难溶于水的气体。氢气的密度为0.089g/L(101.325kpa,0°C),只有空气的1/14,是世界上已知的密度最小的气体。所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体(由于氢气具有可燃性,安全性不高,飞艇现多用氦气填充)。氢气与电负性大的非金属反应显示还原性,与活泼金属反应显示氧化性。
工业上一般从天然气或水煤气制氢气,而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中,造成“氢脆”现象,使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料(如蒙乃尔合金),设计也更加复杂。
物理性质:
密度:氢气的密度非常小,是所有气体中最小的,因此在标准状况下,1升氢气的质量仅为0.0899克,约为空气质量的1/14。这使得氢气可以用排水法或向下排空气法收集。
溶解性:氢气难溶于水,这一性质使得实验室中可以用排水法收集氢气。
熔沸点:在标准大气压下,氢气的熔点为-259.2℃,沸点为-252.77℃。
状态:在标准温度和压力下,氢气是一种气态物质。
化学性质:
可燃性:纯净的氢气可以在空气中安静地燃烧,生成水。不纯净的氢气点燃时可能会发生爆炸。
还原性:氢气可以夺取某些金属氧化物中的氧,使金属还原。这种性质使得氢气在工业上用于金属冶炼。
稳定性:在常温下,氢气的化学性质相对稳定,不容易与其他物质发生化学反应。但在特定条件下,如点燃、加热或使用催化剂时,氢气的反应性会增强。
1、氢气是一种良好的化工原料,耗用氢气量最大的是合成氨,世界上约百分之六十的氢气用于合成氨,中国的比例更高。其次是经合成气(H2/CO2)制甲醇。氢与氯可合成氯化氢而制得盐酸。除能制氨和合成盐酸外,氢气还能还原有机物的硝基为氨基,如硝基苯氢化还原可制苯胺。用酮或醛和氢气还原烷化能制各种有机产品,例N-烷基-N苯基对苯二胺、防老剂4010,防老剂4020等。
2、由于氢气具有良好的还原性,且无污染,因此氢可代替碳作还原剂用于金属冶炼;此外,氢气还可用于光导纤维生产,金属的切割焊接,氢燃料电池汽车,分布式发电等。
3、在一般情况下,氢极易与氧结合。这种特性使其成为天然的还原剂使用于防止出现氧化的生产中。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中,在氮气保护气中加入氢以去除残余的氧。在石化工业中,需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。