[实验展示] [原创] 不用稀硫酸(或者盐酸)制取氢气的实验——使用硫酸氢钠溶液代替稀硫酸
TBsoft 2015-3-28化学
联合国禁毒公约管制的22种易制毒化学品中,硫酸和盐酸也列入易制毒化学品,我国参照联合国禁毒公约,将硫酸和盐酸列入第三类易制毒化学品进行管制。对于第三类易制毒化学品,虽然个人可以使用现金购买,但除了个人自用购买少量高锰酸钾之外,均需要在购买前向公安机关备案,未经备案随意购买硫酸和盐酸涉嫌违法。近年来国内很多城市加强了对硫酸和盐酸销售的管制,化学爱好者购买硫酸和盐酸试剂有一定困难,但硫酸或者盐酸是最基本的化学试剂之一,缺少则大部分化学实验按照常规方法很难进行,是否可以寻找代用品呢?

目前市场上有一些“家庭化学实验箱”销售,其中适合儿童或者小学初中学生的版本,为了避免涉嫌违法,加之在实验箱中提供硫酸、盐酸等有较强腐蚀性的试剂对儿童存在潜在危险,多用柠檬酸等危险性较小的较弱有机酸代替硫酸、盐酸等,例如使用柠檬酸溶液和镁条反应,进行制取氢气的实验,但相对硫酸、盐酸等强酸,柠檬酸等有机酸酸性太弱,即使和活泼金属镁反应制取氢气,往往也只能观察到有氢气气泡逸出的现象,没有太大实用价值。

笔者经过实验,使用硫酸氢钠溶液代替稀硫酸,在绝大多数使用稀硫酸的中学化学实验中都是可行的,甚至在一些大学无机化学和有机化学实验中,仍然可以用硫酸氢钠代替硫酸,这样既可以避开管制药品,危险性也相对小一些。下面介绍一个笔者实验通过,使用硫酸氢钠溶液代替稀硫酸制取氢气的实验。

硫酸氢钠(NaHSO4)或者焦硫酸钠(Na2S2O7)常在分析化学中作为熔解某些矿石的一种酸性熔剂,其中焦硫酸钠更为常用,焦硫酸钠溶于水亦生成硫酸氢钠:

Na2S2O7+H2O=2NaHSO4

因此二者的水溶液均可作为硫酸氢钠水溶液看待,硫酸氢钠在水溶液中电离出硫酸氢根离子(HSO4-),硫酸氢根离子可继续电离为氢离子和硫酸根离子,因此可看作一元酸。硫酸氢根离子并非完全电离的强电解质,其酸性比磷酸略强,为中强酸,但中学化学课程中认为硫酸是二元强酸,硫酸氢根离子也看作完全电离,因此可认为水溶液中的硫酸氢钠相当于一元强酸,等物质的量硫酸钠和硫酸的混合水溶液,即相当于硫酸氢钠水溶液,或者说硫酸氢钠水溶液的性质与硫酸钠—硫酸混合水溶液的性质相同,在硫酸钠对反应没有干扰的情况下,硫酸氢钠水溶液即可代替稀硫酸使用。

作为熔矿剂,焦硫酸钠试剂更容易买到,笔者购买了焦硫酸钠试剂,为打碎的大块熔块,将较大的熔块进一步研碎,称取33g—44g焦硫酸钠置于小烧杯中,倒入约60ml水,微热并充分搅拌,直到焦硫酸钠完全溶解(焦硫酸钠易溶于水,但大块熔块溶解较慢,因此需要较长的时间才能完全溶解),将溶液稀释到100ml,即配制成相当于约3mol/L—4mol/L的硫酸氢钠溶液,或者也可认为相当于约1.5mol/L—2mol/L的稀硫酸。

用大具支试管装配一个简易氢气发生器,在具支试管中装入适量锌粒(杂锌更好),在小烧杯中倒入前面配制好的硫酸氢钠溶液约30ml,加入一药匙左右的食盐(NaCl)作为催化剂,搅拌待食盐溶解后,将混合溶液倒入具支试管,反应立即开始,塞好橡皮塞,随着锌粒表面活化,加之反应放热导致升温,反应速度会逐渐加快,数分钟内达到较为剧烈的程度,氢气大量发生,验纯后即可进行氢气性质的实验,反应如下:

Zn+2NaHSO4=Na2SO4+ZnSO4+H2↑

实验证明使用硫酸氢钠溶液代替稀硫酸,与锌反应制取氢气,效果较为满意。如果在“家庭化学实验箱”中提供固体硫酸氢钠或者焦硫酸钠试剂,用于代替柠檬酸等有机酸,可以明显提升实验的实用价值。固体硫酸氢钠或者焦硫酸钠试剂的潜在危险性,相对硫酸、盐酸等强酸液体试剂也要小一些。

注意:

1、硫酸氢钠较浓溶液与锌的反应可以达到较为剧烈的程度,如果用镁等更活泼金属代替锌,氢气发生速度会更快,但反应也会更加剧烈,要防止反应失控。

2、氯离子(Cl-)对很多金属表面的氧化膜都有较强的穿透和破坏作用,因此可以活化金属表面加快反应速度,加之氯离子对很多金属离子有较强的配位能力,能进一步加快反应速度,这就是为什么盐酸与锌反应比稀硫酸与锌反应更剧烈的原因,也是为什么本实验中加入NaCl作为催化剂的原因,如果使用含杂质较多的杂锌,也可不加。

3、硫酸氢钠溶液浓度不宜太高,否则反应一段时间后容易析出较多的硫酸钠晶体,反而影响锌粒与硫酸氢钠溶液的接触,进而影响反应速度。

附:实验效果照片(氢气性质实验已经做完,反应后期反应速度有所下降)

反应效果.JPG 实验装置和药品.JPG
来自:数理化 / 化学
 
helium
6年8个月前
1楼
曾用过氢氧化钠+铝箔的方法,虽然可以快速产生氢气,这个很剧烈,会有碱雾产生,而且强碱腐蚀性确实很强
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阿飘先生
6年8个月前
2楼
引用 helium:
曾用过氢氧化钠+铝箔的方法,虽然可以快速产生氢气,这个很剧烈,会有碱雾产生,而且强碱腐蚀性确实很强
街边那种小氢气球贩最喜欢用的方法~
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富二代创始人
6年8个月前
3楼
用氢氧化钠 硅铁粉 水  更容易获得氢气哦
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Johnny-Wei
6年8个月前
4楼
强碱溶液跟锌反应液可以产氢气,但是楼主的主要意思是代替硫酸。
NND,居然稀硫酸也管制(蓄电池液,我买个电池倒出电池液怎么说),但是方法很多,电解、复分解,但是浓硫酸怎么代替?只有自制三氧化硫这一条路了吗?
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chenhello
6年8个月前
5楼
加油!!!
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xiayan6a
6年8个月前
6楼
N年前,家中用硫磺熏金银花的时候,我曾用高浓度的高锰酸钾溶液制取过硫酸!只是硫酸中含有硫酸钾而已。
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唐上尉
6年8个月前
7楼
双氧水与二氧化硫
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adj1202
6年8个月前
8楼
街边小贩是用氢氧化钠和硅铁粉制的氢气吧
其中,氢氧化钠称为白料,硅铁粉为黑料
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zy207047586
6年7个月前
9楼
氢氧化钠加铝粉,生成偏铝酸钠和氢气。
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邪神
6年6个月前
10楼
水电解,一石两鸟,有氢又有氧
彷佛望见焦硫酸钠,这玩意可弄出发烟硫酸呀
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邪神
6年6个月前
11楼
还有既然有焦硫酸钠了可以搞出浓硫酸以至于发烟硫酸,
那盐酸当然可以轻而易举地搞出来,
弄些盐吧加些硫酸HCL便波波的冒出来
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新黑火药
6年6个月前
12楼
引用 helium:
曾用过氢氧化钠+铝箔的方法,虽然可以快速产生氢气,这个很剧烈,会有碱雾产生,而且强碱腐蚀性确实很强
用铝箔反应速度太快 会冒料的  应该用铝条 小铝块  以控制反应速度   另外 也可以用降低反应液温度的方法老控制反应速度  有碱雾水汽的话  可以用冰水洗气  总之,碱铝法制氢气不失为一个简便廉价的好方法
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mould
6年6个月前
13楼
引用 阿飘先生:
街边那种小氢气球贩最喜欢用的方法~
街边小贩比较常用 氢氧化钠溶液加 四氧化三铁
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helium
6年6个月前
14楼
引用 新黑火药:
用铝箔反应速度太快 会冒料的  应该用铝条 小铝块  以控制反应速度   另外 也可以用降低反应液温度的方法老控制反应速度  有碱雾水汽的话  可以用冰水洗气  总之,碱铝法制氢气不失为一个简便廉价的好方法
镁和柠檬酸也不错的说
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新黑火药
6年6个月前
15楼
引用 helium:
镁和柠檬酸也不错的说
成本啊  氢氧化钠8元500克  铝的话  可以到做铝合金门窗店铺买一些边角料和粉末 4元一斤  反应容器可以用大号的雪碧瓶 推荐1.25升大小的 洗气瓶就用600毫升的可乐瓶  用2.5升的可乐瓶剪开后  做控温容器  用完的中性笔笔芯和自行车用橡皮管(弹弓用的皮筋也行)做连接  这个实验成本很低  出来的氢气可以充氢气球  也可以做氢气焰  还可以玩玩氢氧爆炸瓶  不过这个实验也有一定危险性  氢气易燃易爆  且爆炸极限很广 尤其要小心静电等危险因素
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Stewart
3年3个月前
16楼
引用新黑火药发表于12楼的内容
引用 helium:曾用过氢氧化钠+铝箔的方法,虽然可以快速产生氢气,这个很剧烈,会有碱雾产生,而且...

用过这种方法,碱溶液不能太稀,不然反应速率捉急。铝箔和铝条反应速率差太多了……

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