Содержание

• Шаги
• Вопросы и ответы сообщества
• Предупреждения

Другие разделы

Водород является самым легким элементом и имеет множество промышленных применений, включая создание гидрогенизированных жиров для использования на кухне и производство углеводородов из угля. Это важная часть молекул воды, которую можно отделить с помощью небольшого количества электричества. Вы также можете получить водород, используя некоторые активные металлы и сильные кислоты. Оба метода относительно просты и позволяют собирать газообразный водород.

Шаги

Метод 1 из 2: Использование вытеснения воды с активными металлами

1. 

   Соберите необходимые материалы. Для сбора водорода с помощью реакции смешения сильной кислоты с активным металлом вам потребуются: колба Эрленмейера, резиновая пробка, пластиковые трубки, дистиллированная вода, пробирки, большой контейнер, 3-молярная соляная кислота (HCl) и гранулы магния или цинка.
   • Колба Эрленмейера - это стеклянная колба с коническим дном и цилиндрическим горлышком.
   • Резиновая пробка предназначена для верхней части колбы, и в ее центре должно быть отверстие для трубки.
   • Для этого эксперимента подойдут либо магний, либо цинк, вам не нужны оба.
   • Некоторые из этих расходных материалов, возможно, потребуется приобрести в Интернете или в магазине лабораторных принадлежностей.

2. 

   
   
   Надевайте соответствующие средства защиты. При работе с сильной кислотой, такой как соляная кислота, вы должны убедиться, что принимаете надлежащие меры безопасности. Важно надевать лабораторный халат, перчатки, обувь с закрытым носком и средства защиты глаз.
   • Очки должны закрывать глаза по бокам, чтобы защитить их от брызг.
   • Надевайте перчатки, подходящие по размеру, чтобы поддерживать подвижность рук и пальцев.

3. 

   
   
   Подготовьте экспериментальную установку. Вставьте один конец трубки в отверстие резиновой пробки. Вы хотите, чтобы трубка полностью проходила через резиновую пробку и слегка выступала из конца. Наполните большую емкость водой и опустите свободный конец трубки в воду. Когда эксперимент начнется, вы поместите резиновую пробку в колбу Эрленмейера.
   • Отложите эти кусочки в сторону, пока не будете готовы их использовать.

4. 

   
   
   Погрузите пробирку в воду. Возьмите хотя бы одну пробирку (вы можете использовать больше, если хотите собрать больше водорода) и погрузите ее в воду. Наклоните трубку, чтобы вышли все пузырьки воздуха. Поместите трубку поверх погруженной трубки, прикрепленной к резиновой пробке на противоположном конце.
   • Важно, чтобы все пузырьки воздуха были удалены из трубки перед началом работы. В противном случае газ, собранный в трубке, будет не просто водородом.

5. 

   Добавьте соляную кислоту в колбу Эрленмейера. Добавьте соляную кислоту, чтобы заполнить колбу примерно наполовину. Достаточно около 100 мл. Перед добавлением кислоты убедитесь, что колба чистая и сухая. Надевайте резиновые перчатки и соблюдайте осторожность при наполнении колбы.
   • Следите за тем, чтобы не пролить воду на кислоту. Добавление воды в кислоту может привести к взрыву и травмам.

6. 

   Начните химическую реакцию, добавив металлические гранулы к HCl. Добавьте горсть гранул цинка или магния в соляную кислоту в колбе. Точная сумма, которую вы добавили, не имеет значения, но для начала реакции должно быть достаточно небольшой горсти.
   • После добавления гранул установите пробку в колбу, чтобы система закрылась.

7. 

   Соберите водород в погруженную пробирку. Когда металл вступает в реакцию с кислотой, образуется газообразный водород. Этот водород попадает в верхнюю часть колбы по трубке в пробирку, погруженную в воду. Газ вытеснит воду, и вы должны увидеть форму пузыря в верхней части пробирки.
   • Когда пробирка наполнится водородом, погрузите другую пробирку в воду и поместите ее над трубкой. Вы можете собрать столько водорода, сколько произведено вашей реакцией.
   • Держите пробирки вниз, чтобы газообразный водород не улетучился в воздух.

8. 

   Убедитесь, что это водород. Чтобы подтвердить, что это водород, вы можете выполнить так называемый тест на шину. Зажгите спичку и подержите ее под трубкой. Вы услышите щелчок или скрип, указывающий на присутствие водорода.

Метод 2 из 2: Использование электролиза

1. 

   Соберите необходимые материалы. В этом эксперименте вы будете использовать электричество для отделения газов водорода и кислорода от молекул воды. Чтобы собрать газообразный водород с помощью электролиза, вам понадобится 9-вольтовая батарея, карандаш, две пробирки, пластиковый контейнер, вода, пищевая сода, две большие резинки (необязательно) и зажим для батареи с зажимами на конце.
   • Чтобы это сработало, в карандаше должен быть графит. Карандаш номер 2 подойдет идеально. Для этого также подойдут два небольших кусочка графита.
   • Достаточно небольшой емкости для хранения продуктов или миски.
   • Убедитесь, что зажим для батареи подходит для 9-вольтовой батареи и имеет красно-черный провод с зажимами типа «крокодил» на конце. Эти зажимы будут использоваться для подключения вашей системы к батарее.

2. 

   Удалите ластик с карандаша и сломайте карандаш пополам. Вам понадобятся два куска графита, один для положительного полюса батареи и для отрицательного конца батареи. Заострите оба конца каждого кусочка карандаша до точки. Убедитесь, что графит хорошо открыт.
   • Этот шаг можно пропустить, если у вас уже есть два куска чистого графита.

3. 

   Оберните контейнер двумя резинками в форме буквы X. Этот шаг не является обязательным, но это простой способ удерживать пробирки на месте во время эксперимента. Натяните одну резиновую ленту на емкость и натяните на нее вторую резинку так, чтобы она пересекала первую, образуя крестик X.
   • Если вы не используете резинки, обязательно закрепите пробирки лентой или веревкой, чтобы они оставались перевернутыми во время эксперимента.

4. 

   Сделайте водный раствор и пищевую соду. Растворение пищевой соды в воде поможет провести электричество в системе. Точное количество добавленной пищевой соды не имеет значения, но примерно 1 чайной ложки на 1 стакан воды должно быть достаточно. Перемешайте до полного растворения.
   • Используйте теплую воду, чтобы ускорить растворение пищевой соды.

5. 

   Наполните пластиковый контейнер и пробирки раствором пищевой соды. Контейнер должен быть достаточно большим, чтобы вместить обе пробирки. Добавьте достаточно раствора, чтобы заполнить емкость примерно на три четверти. Погрузите пробирки в раствор емкости и переверните их вверх дном. Поместите каждую трубку в крестовину резиновой ленты X, чтобы удерживать ее на месте.
   • Очень важно, чтобы обе пробирки были полностью заполнены водой и не оставалось пузырьков воздуха.

6. 

   Прикрепите к графиту зажимы типа «крокодил». Возьмите один зажим из зажима аккумулятора и прикрепите его к концу одного из карандашей. Убедитесь, что он касается как можно большей части графита. Проделайте то же самое с оставшимися зажимами из кожи аллигатора и карандашом.
   • Один карандаш нужно прикрепить к красному зажиму, а другой - к черному зажиму.

7. 

   Вставьте незатянутый конец карандаша в пробирку. Удерживая пробирку полностью погруженной в воду, слегка наклоните ее, чтобы можно было вставить незажатый конец карандаша в пробирку. Повторите этот процесс с другим карандашом и другой пробиркой.
   • На этом этапе все должно быть под водой, а внутри каждой пробирки должен быть карандаш.
   • Держите конец зажима аккумулятора, который крепится к аккумулятору, вне воды.

8. 

   Присоедините зажим к 9-вольтовой батарее. Теперь, когда все настроено, вы готовы подавать электричество от 9-вольтовой батареи. Конец зажима аккумулятора должен выступать из контейнера, поэтому просто защелкните аккумулятор на месте. После установки батареи вы должны заметить пузырьки, поднимающиеся с конца графита и плавающие в верхней части каждой пробирки.
   • Если вы не видите образовавшихся пузырей, убедитесь, что зажимы из крокодиловой кожи надежно прикреплены к графиту карандаша. Также убедитесь, что аккумулятор полностью заряжен.
   • Пробирка с отрицательным проводом, прикрепленным к карандашу, будет производить водород, а пробирка, прикрепленная к положительному проводу батареи, будет производить кислород.

9. 

   Собирайте водород и кислород в две пробирки до тех пор, пока в каждой пробирке не будет несколько дюймов газа. Помните, что трубка, подключенная к отрицательному концу батареи, будет иметь водород, а кислород будет находиться в трубке, подключенной к положительному концу. Выньте пробирки из емкости по одной. Держите их вверх дном и дайте стечь воде. Газ в трубках останется, даже если вы его не увидите.

10. 

    Проверить наличие водорода. Вы можете проверить наличие водорода, чиркнув спичкой и поднося пламя к газу. Если это водород, он издаст очень отчетливый «скрипучий хлопок». Вы также можете использовать зажженную свечу вместо спички.
    • Чтобы проверить наличие кислорода в пробирке, которая была подключена к положительной стороне источника питания, задуйте зажженную спичку (или свечу) и поместите еще светящийся конец под пробирку. Если свеча снова загорится, значит, кислород присутствует.

Вопросы и ответы сообщества

Нужны ли мне две пробирки, если я хочу собирать только водород?

Бесс Рафф, Массачусетс
Ученый-эколог Бесс Рафф - аспирант по географии в Университете штата Флорида. Она получила степень магистра наук в области окружающей среды и менеджмента в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре в 2016 году. Она проводила исследования для проектов морского пространственного планирования в Карибском бассейне и оказывала исследовательскую поддержку в качестве аспиранта Группы устойчивого рыболовства.

Ученый-эколог. Если вы хотите собрать водород только методом электролиза, вы можете использовать одну пробирку. Убедитесь, что трубка, которую вы используете, подключена к отрицательному полюсу батареи.

Сколько водорода можно получить в результате этого простого эксперимента электролиза? И каким будет давление газообразного водорода?

Это зависит от. Скорость реакции (разделение воды) зависит от силы тока батареи и времени, оставшегося для реакции. Обычно водород имеет давление примерно на уровне моря, если вы не проводите эксперимент в действительно горячей или холодной среде.

Почему водород собирается в отрицательной трубке

Из-за того, как молекулы воды обмениваются электронами, атомы водорода заряжены положительно, а атомы кислорода - отрицательно. При всасывании газов положительно заряженный водород будет притягиваться к отрицательной трубке, а отрицательно заряженный кислород будет притягиваться к положительной трубке.

Почему газ не выходит из моей газосборной трубки?

Это водород, газ, который легче всех других газов, включая гелий, а это означает, что он будет оставаться в пробирке, пока закрытый конец пробирки находится сверху, потому что другие газы вытесняют его. Причина, по которой мы используем гелий вместо водорода, заключается в том, что он негорючий. Это связано с тем, что это благородный газ (он имеет полную валентную оболочку из 8 электронов) и поэтому нереактивен.

Будет ли газ легко воспламеняться?

Да. Смотрите катастрофу в Гинденбурге на YouTube. Цеппелины использовали водород, так как он был самым легким газом и его довольно легко получить. Вот почему некоторые автопроизводители работают над автомобилями, работающими на водороде.

это жидкая форма водорода?

Нет - водород в этом эксперименте будет газообразным

• 
  
  Как сжижать водород? Ответ

Предупреждения

• Будьте осторожны с чистым водородом. При смешивании с воздухом он очень взрывоопасен.
• Убедитесь, что весь остальной воздух был удален из оборудования, в котором вы собираете водород.