Tác Giả:
Janice Evans
Ngày Sáng TạO:
3 Tháng BảY 2021
CậP NhậT Ngày Tháng:
13 Có Thể 2024
NộI Dung
Các phần khácHydro là nguyên tố nhẹ nhất và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, bao gồm việc tạo ra chất béo hydro hóa để sử dụng trong nhà bếp và sản xuất hydrocacbon từ than đá. Nó là một phần thiết yếu của các phân tử nước và có thể được tách ra bằng cách sử dụng một lượng điện nhỏ. Bạn cũng có thể sản xuất khí hydro bằng cách sử dụng một số kim loại hoạt động và axit mạnh. Cả hai phương pháp đều tương đối đơn giản và sẽ cho phép bạn thu khí hydro.
Các bước
Phương pháp 1/2: Sử dụng chuyển nước bằng kim loại hoạt động
Thu thập các vật liệu cần thiết. Để thu hydro bằng phản ứng trộn axit mạnh với một kim loại hoạt động, bạn sẽ cần: bình Erlenmeyer, nút cao su, ống nhựa, nước cất, ống nghiệm, một bình chứa lớn, axit clohydric 3 mol (HCl), và viên magiê hoặc kẽm.
- Bình Erlenmeyer là một bình thủy tinh có đáy hình nón và cổ hình trụ.
- Nút cao su dùng cho đỉnh của bình và cần có một lỗ ở giữa để ống đi qua.
- Magie hoặc kẽm sẽ có tác dụng cho thí nghiệm này, bạn không cần cả hai.
- Một số nguồn cung cấp này có thể cần được mua trực tuyến hoặc tại cửa hàng cung cấp dụng cụ thí nghiệm.
Mang thiết bị bảo hộ thích hợp. Khi làm việc với axit mạnh như axit clohydric, bạn cần đảm bảo thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn thích hợp. Mặc áo khoác phòng thí nghiệm, găng tay, giày bít mũi và bảo vệ mắt là điều cần thiết.- Kính bảo hộ nên quấn quanh hai bên mắt của bạn để bảo vệ chúng khỏi bị bắn.
- Mang găng tay vừa vặn để bạn duy trì sự khéo léo của bàn tay và ngón tay.
Chuẩn bị thiết lập thử nghiệm. Chèn một đầu của ống vào lỗ của nút cao su. Bạn muốn ống đi hết nút cao su và hơi nhô ra từ đầu. Đổ đầy nước vào thùng lớn và đặt đầu còn lại của ống vào nước. Khi thí nghiệm bắt đầu, bạn sẽ đặt nút cao su vào bình Erlenmeyer.- Đặt những phần này sang một bên cho đến khi bạn sẵn sàng sử dụng chúng.
Nhúng ngập ống nghiệm trong nước. Lấy ít nhất một ống nghiệm (có thể dùng nhiều hơn nếu muốn thu nhiều hiđro hơn) và nhúng ngập trong nước. Nghiêng ống để bọt khí thoát ra hết. Đặt ống lên trên ống ngập nước có gắn nút cao su ở đầu đối diện.- Điều cần thiết là tất cả bọt khí phải được loại bỏ khỏi ống trước khi bạn bắt đầu. Nếu không, khí thu được trong ống sẽ không chỉ là hydro.
Thêm axit clohydric vào bình Erlenmeyer. Thêm axit clohydric vừa đủ đến đầy bình khoảng nửa bình. Khoảng 100 mL là đủ. Đảm bảo bình phải sạch và khô trước khi thêm axit. Mang găng tay cao su và thận trọng khi đổ đầy bình.
- Chú ý không làm đổ nước vào axit. Nước thêm vào axit có thể dẫn đến nổ và thương tích.
Bắt đầu phản ứng hóa học bằng cách cho viên kim loại vào HCl. Thêm một ít viên kẽm hoặc magie vào dung dịch axit clohydric trong bình. Số lượng chính xác bạn đưa vào không quan trọng, nhưng một số ít là đủ để bắt đầu phản ứng.
- Sau khi thêm các viên, đặt nút vào bình để hệ thống đã được đóng lại.
Thu hiđro vào ống nghiệm ngập nước. Khi kim loại phản ứng với axit, khí hiđro được tạo ra. Hiđro này đi lên đỉnh bình, qua ống dẫn và vào ống nghiệm ngập trong nước. Khí sẽ chiếm chỗ của nước và bạn sẽ thấy bọt khí ở đầu ống nghiệm.
- Khi ống nghiệm chứa đầy hiđro, hãy nhấn ngập ống khác bằng nước rồi đặt nó lên trên ống. Bạn có thể thu thập bao nhiêu hydro được tạo ra từ phản ứng của bạn.
- Để ống nghiệm úp xuống để tránh khí hiđro thoát ra ngoài không khí.
Xác nhận khí là hydro. Để xác nhận rằng khí đó là hydro, bạn có thể thực hiện bước được gọi là thử nghiệm nẹp. Đốt một que diêm và giữ nó bên dưới ống. Bạn sẽ nghe thấy âm thanh “bốp” hoặc tiếng rít, cho biết có hydro.
Phương pháp 2/2: Sử dụng điện phân
Thu thập các vật liệu cần thiết. Trong thí nghiệm này, bạn sẽ sử dụng điện để tách khí hydro và khí oxy ra khỏi các phân tử nước. Để thu khí hydro bằng phương pháp điện phân, bạn sẽ cần một pin 9 volt, một chiếc bút chì, hai ống nghiệm, một hộp nhựa, nước, muối nở, hai dây chun lớn (tùy chọn) và một chiếc kẹp pin có kẹp ở cuối.
- Bút chì phải có than chì trong đó để làm việc. Bút chì số 2 là hoàn hảo. Hai miếng than chì nhỏ cũng sẽ làm việc này.
- Một hộp hoặc bát đựng thức ăn nhỏ là đủ.
- Đảm bảo kẹp pin có thể vừa với pin 9 volt và có dây màu đỏ và đen với kẹp cá sấu ở cuối. Những chiếc kẹp này sẽ được sử dụng để kết nối hệ thống của bạn với pin.
Lấy tẩy ra khỏi bút chì và bẻ đôi bút chì. Bạn cần hai miếng than chì, một miếng cho đầu dương của pin và cho đầu âm của pin. Chuốt cả hai đầu của mỗi đoạn bút chì cho đến một điểm. Đảm bảo than chì được tiếp xúc tốt.
- Có thể bỏ qua bước này nếu bạn đã có hai miếng than chì nguyên chất.
Quấn 2 dây chun quanh hộp đựng theo hình chữ X. Bước này là tùy chọn, nhưng là một cách dễ dàng để giữ các ống nghiệm ở vị trí trong khi thí nghiệm đang chạy. Kéo một sợi dây cao su trên thùng chứa và căng một sợi dây cao su thứ hai trên nó sao cho nó cắt qua cái thứ nhất, tạo thành một chữ X.
- Nếu bạn không sử dụng dây cao su, hãy đảm bảo cố định các ống nghiệm bằng băng hoặc dây để chúng lộn ngược trong quá trình thử nghiệm.
Pha dung dịch muối nở và nước. Hòa tan baking soda vào nước sẽ giúp dẫn điện trong hệ thống. Lượng muối nở chính xác được thêm vào không quan trọng, nhưng khoảng 1 thìa cà phê trên 1 cốc nước là đủ. Khuấy đều cho đến khi tan hoàn toàn.
- Sử dụng nước ấm để tăng tốc độ hòa tan muối nở.
Đổ đầy dung dịch muối nở vào hộp nhựa và ống nghiệm. Vật chứa cần đủ rộng để chứa cả hai ống nghiệm. Thêm đủ dung dịch để làm đầy bình chứa khoảng 3/4. Nhúng các ống nghiệm vào dung dịch của vật chứa và lật ngược chúng. Đặt mỗi ống vào chữ thập của sợi dây chun X để giữ cố định.
- Điều rất quan trọng là cả hai ống nghiệm đều chứa hoàn toàn nước và không còn bọt khí.
Gắn các kẹp cá sấu vào than chì. Lấy một chiếc kẹp từ kẹp pin và gắn nó vào đầu của một trong những chiếc bút chì. Đảm bảo rằng nó chạm vào càng nhiều than chì càng tốt. Làm tương tự với kẹp cá sấu còn lại và miếng bút chì.
- Một bút chì nên được gắn vào kẹp màu đỏ và một bút chì vào kẹp đen.
Trượt đầu bút chì không tráng men vào ống nghiệm. Để ống nghiệm ngập hoàn toàn, nghiêng nhẹ để có thể trượt đầu bút chì không bị ngập vào trong ống. Lặp lại quá trình này với bút chì khác và ống nghiệm kia.
- Tại thời điểm này, mọi thứ nên ở dưới nước và phải có một mẩu bút chì bên trong mỗi ống nghiệm.
- Giữ phần cuối của kẹp pin gắn với pin không bị dính nước.
Gắn kẹp pin vào pin 9 volt. Với mọi thứ đã được thiết lập, bây giờ bạn đã sẵn sàng sử dụng điện năng do pin 9 volt cung cấp. Phần cuối của kẹp pin sẽ nhô ra khỏi hộp đựng, vì vậy bạn chỉ cần kẹp pin vào đúng vị trí. Khi pin đã được gắn vào, bạn sẽ thấy có bọt nổi lên từ đầu than chì và nổi lên đầu mỗi ống nghiệm.
- Nếu bạn không thấy bong bóng được tạo ra, hãy kiểm tra để đảm bảo rằng các kẹp cá sấu được gắn chặt vào than chì của bút chì. Ngoài ra, hãy kiểm tra xem pin của bạn đã được sạc đầy chưa.
- Ống nghiệm có dây âm gắn với bút chì sẽ tạo ra hiđro, còn ống nghiệm gắn với dây dương của pin sẽ tạo ra oxi.
Thu khí hiđro và oxi vào hai ống nghiệm cho đến khi trong ống còn lại vài inch khí. Hãy nhớ rằng, ống nối với đầu âm của pin sẽ có hydro và oxy sẽ nằm trong ống nối với đầu dương. Lấy từng ống nghiệm ra khỏi lọ. Úp ngược chúng xuống và để nước thoát ra ngoài. Khí trong các ống sẽ vẫn còn mặc dù bạn không thể nhìn thấy nó.
Kiểm tra sự hiện diện của hydro. Bạn có thể kiểm tra sự có mặt của hydro bằng cách đập một que diêm và giữ ngọn lửa cho khí bốc lên. Nó sẽ tạo ra một âm thanh rất rõ ràng "bốp" nếu đó là hydro. Bạn cũng có thể sử dụng nến thắp sáng thay vì que diêm.
- Để thử oxi trong ống nghiệm được nối với cực dương của nguồn điện, thổi một que diêm (hoặc nến) đang cháy và đặt đầu vẫn còn phát sáng dưới ống nghiệm. Nếu ngọn nến cháy lại chứng tỏ có oxy.
Câu hỏi và câu trả lời của cộng đồng
Nếu muốn chỉ thu hiđro thì có cần hai ống nghiệm không?
Nhà Khoa học Môi trường Bess Ruff là một nghiên cứu sinh Địa lý tại Đại học Bang Florida. Cô nhận bằng Thạc sĩ Khoa học Môi trường và Quản lý tại Đại học California, Santa Barbara vào năm 2016. Cô đã thực hiện công việc khảo sát cho các dự án quy hoạch không gian biển ở Caribê và hỗ trợ nghiên cứu với tư cách là nghiên cứu viên tốt nghiệp cho Nhóm Thủy sản Bền vững.
Có thể thu được bao nhiêu hiđro từ thí nghiệm điện phân đơn giản này? Và áp suất của khí hydro sẽ là bao nhiêu?
Mà phụ thuộc. Tốc độ của phản ứng (tách nước) dựa trên ampe của pin và thời gian còn lại để phản ứng. Thông thường, hydro sẽ ở mức áp suất ngang bằng mực nước biển trừ khi bạn thực hiện thí nghiệm trong môi trường thực sự nóng hoặc lạnh.
Tại sao hiđro thu được trong ống âm
Do cách các phân tử nước chia sẻ electron, nguyên tử Hydro mang điện tích dương và nguyên tử Oxy mang điện tích âm. Khi hút các khí ra, Hydro mang điện tích dương sẽ bị hút vào ống âm, còn Oxy mang điện tích âm sẽ bị hút vào ống dương.
Tại sao khí không thoát ra khỏi ống thu khí của tôi?
Nó là hydro, một loại khí nhẹ hơn tất cả các khí khác, kể cả heli, có nghĩa là nó sẽ ở trong ống nghiệm chừng nào đầu kín của ống ở trên vì các khí khác thay thế nó. Lý do chúng tôi sử dụng heli thay vì hydro là nó không dễ cháy. Điều này là do thực tế nó là một chất khí cao quý (nó có vỏ hóa trị đầy đủ là 8 electron) và do đó không phản ứng.
Khí đốt sẽ rất dễ cháy?
Đúng. Xem thảm họa Hindenburg trên YouTube. Các zeppelin sử dụng hydro vì nó là khí nhẹ nhất và khá dễ kiếm. Đó cũng là lý do tại sao một số nhà sản xuất ô tô đang nghiên cứu những chiếc ô tô chạy bằng khí hydro.
Đây có phải là dạng lỏng của hydro không?
Không - hydro trong thí nghiệm này sẽ ở dạng khí
Làm cách nào để tôi hóa hydro? Câu trả lời
Cảnh báo
- Hãy cẩn thận với hydro nguyên chất. Nó rất dễ nổ khi trộn lẫn với không khí.
- Đảm bảo rằng tất cả không khí khác đã được loại bỏ khỏi thiết bị mà bạn đang thu thập hydro.
