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氫的可逆反應和用途


化學家 / 2018-06-04

    當將氫氣通過熱的磁性氧化鐵Fe3O4時鐵就被還原,生成了鐵和水(水蒸氣)。

       Fe3O4+4h2→MNO+H2O     (1)

這個反應正是所述反應的逆反應,即用水蒸氣通過加熱的鐵產生氫。

       3FE+4H2o→FE3O4+4H2     (2)

在實驗室中使用這些反應時,在一根管子中使氫氣流通過加熱的固體。在反應(1)中,使用過量的氫,并用氫氣流將水蒸氣吹出反應管。這樣反應(1)就能進行到底。在反應(2)中用水蒸氣把氫氣吹出管子,因而這個反應同樣也能夠進行到底。如果把鐵和水蒸氣的混合物放在密閉管中加熱,生成的水蒸氣和氫氣都不能逸出。在最初將只發(fā)生反應(2),因為只有鐵和水蒸氣,但是隨著此反應的進行,鐵和水蒸氣將被用掉掉,而而同時生成了Fe3O4和氫。隨之而來的是反應(2)的速度減小而反應(1)的度速增大,在一定時間以后,這兩個反應速度將相等。這兩個反應將達到化學平衡狀態(tài)。在平衡時密閉管中四種物質每一種的量保持不變,因為每種物質在被消耗的同時又以同樣的度速在不斷地生成。這種類型的反應叫做可逆反應。習慣上用雙箭頭符號來表示可逆性,如在下式中有

3Fe+4H2O<=>Fe3O4+4H2

   雖然氫氣在比空氣輕的工藝如飛艇和飛船中曾經一度廣泛應用為提升劑,但它已大部分被氨氣所代替。由于它的惰性,氨遠比有高度燃燒性的氫安全。氫廣泛應用于氫化過程中,在這一過程中將植物油由液體變?yōu)楣腆w。在壓力和催化劑鎳的存在下用氫氣處理植物油,氫同油化合生成烹調用的固體脂肪。大量的氫用于直接同氮結合生成氨以及同氯化合產生氯化氫。氫的一種日益增長的重要用途是把煤粉催化轉化為液態(tài)烴,它補充了石油而作為液體燃料的一種來源。氫同一氧化碳的催化反應生成了合成甲醇。

2H2+C→催化劑→CH3OH

氫同一氧化碳的混合物即水煤氣,是一種重要的工業(yè)燃料。氫用于還原某些金屬氧化物以制備單質金屬。


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