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氢的可逆反应和用途


化学家 / 2018-06-04

    当将氢气通过热的磁性氧化铁Fe3O4时铁就被还原,生成了铁和水(水蒸气)。

       Fe3O4+4h2→MNO+H2O     (1)

这个反应正是所述反应的逆反应,即用水蒸气通过加热的铁产生氢。

       3FE+4H2o→FE3O4+4H2     (2)

在实验室中使用这些反应时,在一根管子中使氢气流通过加熱的固体。在反应(1)中,使用过量的氢,并用氢气流将水蒸气吹出反应管。这样反应(1)就能进行到底。在反应(2)中用水蒸气把氢气吹出管子,因而这个反应同样也能够进行到底。如果把铁和水蒸气的混合物放在密闭管中加热,生成的水蒸气和氢气都不能逸出。在最初将只发生反应(2),因为只有铁和水蒸气,但是随着此反应的进行,铁和水蒸气将被用掉掉,而而同时生成了Fe3O4和氢。随之而来的是反应(2)的速度减小而反应(1)的度速增大,在一定时间以后,这两个反应速度将相等。这两个反应将达到化学平衡状态。在平衡时密闭管中四种物质每一种的量保持不变,因为每种物质在被消耗的同时又以同样的度速在不断地生成。这种类型的反应叫做可逆反应。习惯上用双箭头符号来表示可逆性,如在下式中有

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

   虽然氢气在比空气轻的工艺如飞艇和飞船中曾经一度广泛应用为提升剂,但它已大部分被氨气所代替。由于它的惰性,氨远比有高度燃烧性的氢安全。氢广泛应用于氢化过程中,在这一过程中将植物油由液体变为固体。在压力和催化剂镍的存在下用氢气处理植物油,氢同油化合生成烹调用的固体脂肪。大量的氢用于直接同氮结合生成氨以及同氯化合产生氯化氢。氢的一种日益增长的重要用途是把煤粉催化转化为液态烃,它补充了石油而作为液体燃料的一种来源。氢同一氧化碳的催化反应生成了合成甲醇。

2H2+C→催化剂→CH3OH

氢同一氧化碳的混合物即水煤气,是一种重要的工业燃料。氢用于还原某些金属氧化物以制备单质金属。


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