氢气(H2)燃料性质浅谈

氢气（H2）燃料性质浅谈氢气是世界上已知的密度最小的气体，是相对分子质量最小的物质，氢是宇宙中含量最多的元素，氢气的质量只有空气的1/14，即在0℃时，一个标准大气压下，氢气的密度为0.0899g/L。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）。氢气主要用作还原剂。氢气(H2)最早于16世纪初被人工合成，当时使用的方法是将金属置于强酸中。1766–1781年，亨利·卡文迪许发现氢元素，氢气燃烧生成水(2H2+O2=2H2O)，拉瓦锡根据这一性质将该元素命名为“hydrogenium”（“生成水的物质”之意，hydro是“水”，gen是“生成”，ium是元素通用后缀）。19世纪50年代英国医生合信(B.Hobson）编写《博物新编》(1855年）时，把hydrogen翻译为“轻气”，意为最轻气体。一、物理性质；氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，相同体积比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101千帕压强下，温度-252.87℃时，氢气可转变成无色的液体；-259.1℃时，变成雪状固体。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。金属钯对氢气的吸附作用最强。当空气中的体积分数为4%-75%时，遇到火源，可引起爆炸。氢气是无色无味的气体，标准状况下密度是0.09克/升(最轻的气体)，难溶于水。在-252℃,变成无色液体,-259℃时变为雪花状固体。二、化学性质；氢气常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应：①可燃性（可在氧气中或氯气中燃烧）：2H2+O2=点燃=2H2O（化合反应）(点燃不纯的氢气要发生爆炸,点燃氢气前必须验纯)H2+Cl2=点燃=2HCl（化合反应）②还原性(使某些金属氧化物还原)H2+CuOCu+H2O（置换反应）3H2+Fe2O3=高温=2Fe+3H2O（置换反应）3H2+WO3W+3H2O（置换反应）虽然氢气在通常状态下不是非常活泼，但氢气与绝大多数元素会组成化合物。碳氢化合物已知有数以百万种，但它们不会由氢气和碳直接化合形成。氢气与电负性较强的元素（如卤素）反应，在这些化合物中氢的氧化态为+1。氢与氟、氧、氮成键时，可生成一种较强的非共价的键，称为氢键。氢键对许多生物分子具有重要意义。氢也与电负性较低的元素（如活泼金属）生成化合物，这时氢的氧化态通常为-1，这样的化合物称为氢化物。三、主要应用领域；1、工业用途①氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。同时，氢也是一种理想的二次能源（二次能源是指必须由一种初级能源如太阳能、煤炭等来制取的能源）。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。由于氢的高燃料性，航天工业使用液氢作为燃料。②用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料，冶金用还原剂，石油炼制中加氢脱硫剂等；2、医学用途主要应用于治疗恶性肿瘤、中枢神经系统疾病、心脑血管疾病等；3、其它核研究、氘核加速器的轰击粒子、示踪剂、可以做气相色谱氢焰化验原料、密度小充探空气球、新型的高能燃料(驱动火箭)、冶炼金属钨、钼等，还有石油精炼、浮法玻璃、电子、食品、饮水、化工生产、航天、汽车业等行业。四、制取方法；1、实验室制取：反应原理（利用金属活动性比氢强的金属单质与酸反应，置换出氢元素）①用锌与稀硫酸反应：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑②用铝和氢氧化钠溶液反应制取：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑2、工业制作法①水煤气法(主要成分CO和H2，C+H2O=高温=CO+H2）②电解水的方法制氢气③电解饱和食盐水（2NaCl+2H2O=通电=2NaOH+H2↑+Cl2↑）五、储藏与运输；现主要以钢瓶形式保存与储藏；运输方式：氢的贮运有四种方式可供选择，即气态贮运、液态贮运、金属氢化物贮运和微球贮运。现实际应用的只有前三种，微球贮运方式尚在研究中。六、在发动机领域应用；氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水，不污染环境。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。推广氢能汽车需要解决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；解决氢气的安全储运问题；解决汽车所需的高性能、廉价的氢供给系统。常见的供给系统有三种，气管定时喷射式、低压缸内喷射式和高压缸内喷射式。随着储氢材料的研究进展，可以为氢能汽车开辟全新的途径。科学家们研制的高效率氢燃料电池，更减小了氢气损失和热量散失。用氢气作燃料有许多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。在1965年，外国的科学家们就已设计出了能在马路上行驶的氢能汽车。我国也在1980年成功地造出了第一辆氢能汽车，可乘坐12人，贮存氢材料90公斤。氢能汽车行车路远，使用的寿命长，最大的优点是不污染环境。氢内燃气和燃料电池两种氢能汽车方案都存在制氢成本高、贮存成本高等现实难题，要想达到产业化和全面普及尚有待时日。人们对于氢能汽车的追求脚步一刻也没有停息，一种车载氢氧机方案正在全球范围内的各个国家的业余爱好者在自己的工作室内进行研究实验。车载氢氧机是利用汽车上蓄电池的电力对水进行电解，所产生的氢氧混合气由进风口被吸入汽车内燃机中，和传统的汽油、柴油或是天然气混合燃烧。氢氧混合气只有加入5%左右，即可达到降低燃油消耗10%~40%,同时减少50%的污染排放。车载氢氧机节能减排的实践巳被验证，这是氢能普及道路上的一个过渡方案。虽没有完全替代传统燃料，但能达到节能减排，也是一个不错的选择，毕竟这种方案投资少，见效快，更容易被消费者所接受。120531333huohuoluo