氢气制备新原料

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  研究目的:
  
  一谈到制取氢气的原料,我们就会习惯地想到用金属和非氧化性强酸的稀溶液来反应。这种用来还原溶液中氢离子的金属必须满足以下要求:
  该金属的标准电极电势要比氢低,即比氢活泼;该金属与非氧化性稀强酸反应产生的盐在水中的溶解度要大;该金属与非氧化性稀强酸反应的速率适中,产生的氢气流平稳;该金属与非氧化性稀强酸反应后表现的相对原子质量与化合价的比值要小(相对原子质量与化合价的比值越小,单位质量的金属与非氧化性稀强酸反应得到氢气越多);价格低廉,容易得到,毒性小,污染少。
  长期以来,金属锌(Zn)由于满足以上要求,一直是制氢的首选金属。然而最近几年来,金属锌的价格由12 元/500克上升到21 元/500 克!这迫使我们去寻找一种更适合的金属来代替锌。
  
  原料的选择:
  
  这时作者想到了金属活动性顺序表:
  K,Ca,Na,Mg,Al,Mn,Zn,Cr,Fe,Ni,Sn,Pb,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Au
  经过对每种金属的研究发现,只有锰(Mn)的相关数据比较符合要求。作者还了解到2006年,中国医药上海化学试剂公司(SCRC)出售的电解锰(化学纯)价格为13元/500克,是同期金属锌价格的61.9%。
  
  它与非氧化性稀强酸发生反应放出氢气的离子方程式是:Mn 2H =Mn2 H2
  
  实验比较:
  
  1.物理性质:
  
  2.化学性质:
  1)定性试验。
  将质量、粒度大致相等的锌、锰同时加入相同浓度的稀盐酸中,观察现象(图中左边也是锌,右边是锰)。
  a)反应刚开始:锌、锰都能够平稳地反应产生气体,锰的反应速率明显快于锌。
  b)片刻后可以观察到锰离子(Mn2 )特有的肉红色。
  c)锰在锌之前溶解,留下粉红色溶液。
  2)定量试验。
  将质量相等的锌和锰与等浓度的稀盐酸反应,排水法收集产生氢气,测定产生相同体积氢气的所需时间,计算平均反应速率。反应在上页图中左边的锥形瓶里进行,气体通过导管输送到事先装满水并倒置在水中的50mL量筒里,测量体积。
  
  
  
  研究结论:
  
  化学实验课上,假设2 个学生为一小组,每组做关于氢气的实验消耗氢气以2 升计;一个班级以50个学生计,那么一个班一次实验需要花费5.8 元购买锌;如果使用锰花费为3.2 元,相比之下节省了2.6元。一所拥有50 个开设化学实验课程班级的学校,一次实验下来就要节省约130 元。全江苏省乃至全国呢?节省的费用真是惊人!
  由此可见,锰是制取氢气的理想金属,在实验成本、反应速率方面要优于锌。
  
  参考文献:
  [1]司徒杰生《无机化工产品》.北京:化学工业出版社,2001
  [2]《国药集团上海化学试剂有限公司(SCRC)试剂价格表》
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