登陆注册
1378400000033

第33章 氢 (1)

用炽热的铁从水中制备氢是一个缓慢又繁琐的过程,即使只是制得极少量的氢,也需要反复重复同一个操作。如果使用炽热的碳代替铁,制备的速度会加快,但是这样得到的氢并不纯,由碳产生的其他气体会混入其中,朱尔斯发现的奇怪的蓝色火焰就是因为这个原因。不过,幸好他们做这两个简单实验的目的只是证明水中含有一种易燃气体。当需要在短时间内制备大量氢时就得考虑其他方法了。

“现在,”保罗叔叔说,“我们别再用炽热的碳从水中制备氢了,因为我们得到的实际上是多种气体的混合物。如果我们要确切地了解氢,我们还需要将氢从混合物中分离出来。而如果使用炽热的铁来制备氢的话,虽然得到的氢比较纯,但是量非常小。我们想找的是一种简单快速制备大量氢的方法,而且可以避免使用火炉、熔炉或风炉等使用起来不方便的设备。我可以告诉你们,铁在硫酸的作用下同样可以分解水,而不一定非得预先加热。这两种作用结合在一起,水中的氢就可以很容易按我们的需求被释放出来。我还可以告诉你们另外一种金属,它在硫酸作用下分解水的能力比铁还要强,它就是锌。我们可以使用手上现有的这两种金属中的任意一种,当然有锌的话会更好。如果没有锌的话,我们可以使用铁屑,因为铁屑是一种微小颗粒,在这一过程中易与其他物质接触,发生化学反应。

“这里有一杯水,我在里面放了几块锌,这些锌是从一个旧喷壶上弄下来的,我前几天还用它给你们做金属燃烧实验。现在我们还看不到任何明显现象,杯子里的锌在未加热状态下无法与水发生任何作用。现在我先向其中加入一点点硫酸,并轻轻搅拌,我们就会发现反应不可抑制地发生了,杯中的水开始猛烈沸腾,产生大量气泡,并溢出水面。这些气泡就是由水分解产生的氢,它其实和铁匠铺里用炽热的铁与水反应得到的易燃气体是一样的。现在仔细看好,我用一片点燃的纸靠近水面,我们就会看到那些气泡燃烧,并发出轻微的爆炸声,即使在黑暗中也可以看到燃烧产生的苍白火焰。由于气泡一个接一个密集地冒出,因而我们会听到连续的爆裂声。”

气泡不断从水面冒出,并发出爆裂声,形成的火焰在水面上舞动,展示出一幅壮观的画面。但是对于两个认真观察的孩子来说还有一些更有趣的事情:水没有被任何火加热就开始沸腾,而且玻璃杯变得炽热,让人不敢触碰。保罗叔叔早料到他们会对这些不寻常的现象有这样的疑问。

“看看杯子里面,”他说,“你们可以看到氢泡先是在锌的表面产生,因为化学反应——即是水的分解反应——是在锌的表面发生的,这些气泡由下往上穿过杯子里的水,并产生很大波动,就像水在火上加热沸腾并形成的水气一样。实际上,杯中的水并没有沸腾,只是被上升的气泡搅动了,就像用一根吸管向水中吹起一样。你们看到水的沸腾只是表面现象,是气泡的搅动给你们造成的错觉。”

“但是玻璃杯很烫啊,”埃米尔反对说,“我都不敢用手碰它。”

“没错,但是这种热度远没有达到水的沸点。你们要是想要证明这一点的话,只要用个钳子拿出那块锌就可以了,水会立即平静下来,不会再产生氢,水也不会再被搅动。”

“可是,为什么会那么热呢,热量从哪儿来的,又没有用火加热它。”

“我发现埃米尔好像难以接受没有火也可以加热的说法。以前我们将硫磺和铁屑一起放在瓶中混合时,瓶壁非常的热,当时我们用火了吗?铁匠将冷水泼在石灰上形成一种糊状物,热得无法用手触摸,他用到火了吗?这两种情况既没有火,也没有炽热的碳或其他诱因,但还是发出了大量的热,这是由于发生了化合作用。我们这里的玻璃杯子就是一个例子。在水被分解的同时,酸和金属之间正发生着与其相对立的化合作用,而且这一作用可以产生热。我们稍后再回到这个有趣的话题上,到时你们会发现玻璃杯中液体的发热是意料之中的,因为锌其实也在燃烧,只是燃烧得很慢而已。

“这还不足以让我们了解怎样用锌和硫酸制备氢,还得使用某些东西来收集和保存产生的气体。刚开始可能有点难。我们得处理好三种物质:制备氢的水、用来分解水的硫酸和锌、还有释放出的氢。实验中所用的水和锌都得立即放到水中,但是硫酸却得一点一点地加入。如果把大量硫酸一下子加到水中,会发生十分剧烈的反应,而且这样的迅速加入会使操作者有被滚烫的液体溅到的危险。因此,硫酸需要缓慢加入,每次都得等气体释放完之后再加入新的硫酸。同时,在持续加入硫酸的过程中,不可打开或扰动产生氢的容器,以免空气进入其中,否则会使空气与氢结合,形成一种危险的混合物。

“这一实验所用的容器一般需要有两个瓶口,一个在容器中间的位置,另一个在容器侧面。在瓶中放入一撮切成小片的锌,或是有锌箔的话更好,可以卷成柱状从瓶颈放入瓶中。然后向其中放入足够的水,完全淹没锌。然后用插有长柄漏斗和曲形玻璃管的软木塞塞紧瓶口,玻璃管与木塞之间需要密封连接。硫酸可以通过玻璃管从另一个瓶口流入,而且玻璃管要同前一根一样,与瓶子相连。这样整个装置就组装完毕,只差向其中加入硫酸了。玻璃管的上部需要有一个玻璃漏斗,硫酸可以通过漏斗缓慢加入到瓶中。当氢开始正常制备的时候就不必再特别注意装置了,只需要在反应变慢的时候加入少许硫酸即可。这一装置十分简单也十分巧妙,深入到水中的长玻璃管可以避免空气与氢接触而造成危险,但又能让硫酸随时进入瓶中。同时,生产的氢由于水封无法溢出,只能通过曲形玻璃管进入另一个瓶子的水面上方。换句话说,这一制氢设备在运行并产氢的过程中有两扇门,一个是只能进不能出的长形玻璃管,另一个是只能出不能进的曲形玻璃管。

“此外,假如曲形玻璃管管口被某些东西堵住,或者管子太细产生的氢无法通过,会怎样呢?气体聚集在瓶子里无法溢出,会对其中的液体产生压力,并将其通长型玻璃管推至玻璃漏斗,最终溢出。如果长型玻璃管中的液位上升,那就是警告我们装置出现故障,气体无法溢出。不过除非我们一次性放入太多硫酸,否则不必一直观察长型玻璃管,看是否有发出故障的信号。

“这就是实验室中用的制氢装置,很遗憾我无法给你们演示我刚刚所描述的操作,因为在我们村这样的地方很难得到有两个口的瓶子。”

“的确是这样,”埃米尔插话道,“我从来没在附近看到过那种东西,一个两口瓶——一个用来进气一个用来出气——这可不像是在垃圾堆里就可以随便找到的东西,所以我们是无法做成一套制氢装置了。”他的语气有点悲伤。

“可是假如我之前不知道我能否做成的话,我是不是就不应该在铁匠铺里给你们希望?是不是只有一个旧泡菜坛子和一点点智慧就得对成功感到绝望?我可不这样认为。难道我们的瓶子就不能做成那套设备吗?我们现在就来试试看。”

说着,他从一个坛子上找来一个很大的软木塞,用锉子将它锉成适合那个泡菜坛子坛口的大小,然后又在上面挖了两个孔,其中一个插进了曲形玻璃管,另一个孔插进了长型玻璃管并将其推至瓶底。随后,他往坛子里放入了一点锌,并用水将其淹没,然后用塞子塞进坛口,并用粘土抹在边缘以防漏气。埃米尔十分兴奋地等待着将要发生的事:他将如愿看到很多很多氢。所有东西都像保罗叔叔之前说得那样井然有序地准备好了。

“这里是长型玻璃管,”他热心地对叔叔说,“到时候你会把酸加到里面去,那根是用来溢出氢的曲形玻璃管。旧泡菜坛子看起来很好,现在它有两个口了,都在木塞上。但是还有一样东西没有,就是用来倒酸的小漏斗。”

“我没有。”叔叔回答道。

“那我们该怎么办呢?那根管子那么细,没漏斗的话我们什么也倒不进去。”

“我们问问朱尔斯,看看他有没有什么方法可以解决这一难题。”

“你们听了我的主意一定会笑我的,”被这样问及时朱尔斯说道,“我们能不能用一片纸卷成锥形,在锥顶留一个小孔?”

“你的建议非常可行。没有化学家们常用的漏斗,我们也可以做好,就用你所说的纸漏斗代替玻璃漏斗。但是我得警告你们,纸漏斗会很快腐烂的,因为硫酸具有极强的腐蚀性。不过这对于我们来说没有关系,因为我们可以经常更换纸漏斗。现在就不用过多考虑经济问题了。”

说到做到。将纸漏斗插入直玻璃管的顶端可以很轻易地向其中导入硫酸,表面上看,坛子里的水立即沸腾起来,氢从曲形玻璃管中逸出,曲形玻璃管已经预先放入一碗水中。孩子们迫不及待地要看看用点燃的纸与冒出的气泡接触会发生的现象。气体从泡菜坛子中逸出之后被点燃,迅速发出光芒,产生苍白的火光并伴有轻微的爆裂声。这的的确确就是氢,即使是一个真正的实验装置也只能做到这样。

“现在你们对这种小水泡已经很熟悉了,”保罗叔叔说,“我们将较大量的氢点燃,看看会发生其他什么现象。我在通入氢的水中溶解一点点肥皂,并将玻璃管深入到肥皂水的下面。假如用一根吸管吹的话就会产生大量泡沫,瓶中冒出的气泡比较奇特:在肥皂泡的中间还有一点点气体组成的小气泡,小气泡里面充满了氢。这样我们就得到大量的可燃的氢,它们贮存在薄薄的肥皂泡里。用一张烧着的纸可以将气体点燃,产生的火焰更大,爆裂声也更响,只是易燃的火焰是苍白色的。”

孩子们对这一展示充满兴趣,在他们的请求下,实验重新开始,并生成了更多氢,这些氢在稍后的实验中将产生很好的效果。

“我们从这一实验学到的就是这些了,”保罗叔叔总结道,“实验告诉我们,氢极易燃烧,即使是用点燃的纸片接近肥皂泡也能使里面的氢燃烧。现在,我们继续进行另一个实验,它会告诉我们,氢这一极易燃烧的气体也可以用来灭火。它可以肆无忌惮地燃烧,也可以将进入其中的火焰扑灭。它可以像氮那样迅速扑灭燃烧的蜡烛。我来证明给你们看。将我们装置中的曲形玻璃管伸入碗里的水面下方,使放出来的空气聚集在广口瓶或玻璃筒里,就像制氧时那样。”

广口瓶中装满了气体之后,保罗叔叔继续道:

“这是一个装满了氢的广口瓶,现在我把它从水里拿出来。”

说着他就从底部托住广口瓶,然后把它从碗里拿出来,同时使瓶子保持倒立,就像是往外倒水一样。这一举动让孩子们以为他们的叔叔犯了个粗心的错误。

“你那样拿着它,气体会全部跑出来的,

同类推荐
  • 团圆奇遇(人猿泰山系列)

    团圆奇遇(人猿泰山系列)

    人猿泰山系列是一部让中小学生开阔眼界、丰富想象力的书,是一部教给孩子动物是朋友、大自然是家园的温情冒险小说,是一部中小学图书馆和孩子的书架上不得不放的书,是父母与孩子共同阅读的睡前故事。小说情节奇谲精彩,主人公强悍而无畏,为孩子们打开了一扇充满着浪漫英雄主义的丛林世界大门。译者的话:上世纪四十年代,我们在读初中时,《人猿泰山》作为世界名著,曾经风靡一时。每逢课间十分钟,同学们几乎满教室争说泰山。当时,这部奇趣曼妙的小说,已经在我们心里扎根了。1988年,我俩六十岁退休后,曾到各地旅游,顺便到各省大图书馆、大学图书馆查询此书,不但译本遍寻不得,连原文本也没有了。
  • 不可不读的最伟大的发明故事

    不可不读的最伟大的发明故事

    在成长的道路上,最快乐的体验是求知;在探索的过程中,最需要的帮助是引导。希望这套书能引导小朋友们在知识的海洋里快乐遨游,成为小朋友们的良师益友!
  • 天花板上的水

    天花板上的水

    本书是作家余雷的校园长篇小说,讲述了一个因为耳环引出的关于友谊的故事。孙犇垚离家出走,请伊塔替他保守秘密。然而伊塔却偶然发现,孙犇垚离家出走后误入贼窝,和一帮小偷混在了一起。一方面,孙犇垚前途堪忧,他的家人也心急如焚;另一方面,自己答应替他保密。究竟要不要把孙犇垚的行踪透露给大人呢?伊塔到底该如何取舍,这是一场有关友谊和信任的考验。
  • 星使降临(兽王系列)

    星使降临(兽王系列)

    兰虎找回小犬狼,在海岛上与神鹰城城主凌九霄恶战,最终两败俱伤。兰虎回到了桃花源养伤,并去拜见神兽贪狼。兰虎从贪狼那里看到当日贪狼与鲲鹏大战以及火鸦逃离地球时的影像,他震惊于神兽的强大,心中十分向往,但是以人类的血肉之躯难以达到神兽的程度。贪狼给了兰虎一个选择——守护者联盟……应罗吉校长邀请,兰虎离开桃花源,和风柔一起去古亚洲大陆宠兽学校参加毕业典礼。在宠兽学校,他受到了年少轻狂的新生代蝴蝶宠兽战士挑战。兰虎完成了毕业任务,力量全部恢复……兰虎回到桃花源后收到消息,凌九霄受伤回神鹰城后……
  • 走进科学·艺术走廊

    走进科学·艺术走廊

    本套书全面而系统地介绍了当今世界各种各样的难解之谜和科学技术,集知识性、趣味性、新奇性、疑问性与科普性于一体,深入浅出,生动可读,通俗易懂,目的是使广大读者在兴味盎然地领略世界难解之谜和科学技术的同时,能够加深思考,启迪智慧,开阔视野,增加知识,能够正确了解和认识这个世界,激发求知的欲望和探索的精神,激起热爱科学和追求科学的热情,不断掌握开启人类世界的金钥匙,不断推动人类社会向前发展,使我们真正成为人类社会的主人。
热门推荐
  • 大牌娇妻

    大牌娇妻

    为了让爷爷开心,楚千芳随手从大街上拉个女人见楚老爷子。本以为探望结束,分道扬镳,谁知把自己的婚姻也赔进去了。
  • 异变之日

    异变之日

    为什么我就不能像其他的穿越小说中的主角一样,喝喝酒泡泡妞数数钱打打怪呢?
  • 异界腹黑养成记

    异界腹黑养成记

    她是二十一世纪臭名昭着的恐怖组织领导人;在别人眼中,她冷血无情,凶狠恶毒;而在他眼中,她只是一个被宠坏的孩子。她被暗害而死,他以身相随;重活一世,她再也不想活在所谓父亲的阴影中,再也不想被他支配;这一世,她为他而活,为她所珍爱的人们而活!
  • 航空母舰基础科技知识(下)(青少年必知的舰艇航母科技)

    航空母舰基础科技知识(下)(青少年必知的舰艇航母科技)

    军事科学是一门范围广博、内容丰富的综合性科学,它涉及自然科学、社会科学和技术科学等众多学科,而军事科学则围绕高科技战争进行,学习现代军事高技术知识,使我们能够了解现代科技前沿,了解武器发展的形势,开阔视野,增长知识,并培养我们的忧患意识与爱国意识,使我们不断学习科学文化知识,用以建设我们强大的国家,用以作为我们强大的精神力量。
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 努尔的黄狗进宫了

    努尔的黄狗进宫了

    相传努尔哈赤大汗当初在辽东总兵李成梁手下做事,一天辽东总兵李成梁与老罕王说自己脚上有三颗红痣,所以才在上天的保佑下做成了总兵,这个时候老罕王顺嘴就说:“李大人啊!我的脚上有七颗红痣呢。”李成梁一听颇为震惊并在内心里产生了强烈的忌讳心理,并酝酿暗中诸杀老罕王以除后患。不过李成梁的小妾从小就疼爱老罕王,当得知李成梁有此计划的时候就先前一步搭救努尔哈赤。当时努尔哈赤在李成梁小妾的帮助下骑着大青马带着大黄狗连夜出逃,李成梁得知后派大批明兵随后追来,先射杀大青马,努尔哈赤急中生智逃入河边芦苇中,因过度疲劳而睡去。明兵找不到努尔哈赤,就放火烧荒,大黄狗见老罕王不醒,就跳到河中浸透全身,再跑到他身边,把苇草淋湿,大黄狗反复这样做,老罕王才以得救,而大黄狗却劳累至死。从此老罕王发誓,再不食狗肉。于是满族的老百姓也追随效仿,便有了今日之“忌服狗皮,忌食狗肉”的满族传统习俗。公元某年,李成梁河边芦苇那里的黄狗其实是装死,它可不一般,常年陪努尔还哈赤征战沙场狡诈得很。那一夜,是个不眠的夜,小罕子成功逃走了。
  • 聘夫

    聘夫

    大龄剩女许芸,相亲路上被一条蛇吓得坠了涯,意外赶上了穿越大军,买下了冷夫君,从此过上甜宠生活
  • 莫如不相逢

    莫如不相逢

    周浩阳带木易生看了全世界,木易生却只想看一个周浩阳。
  • 龙门界

    龙门界

    龙门界,唯一通往神界的大陆,众人为了成仙封神不断地苦修期望使自己变得更强。一个拥有特殊体质的小子因为三角恋不慎被人拖进绝地,他又有什么样的机遇?他又依靠什么走向大陆的巅峰?
  • 玄天九界

    玄天九界

    一位苦逼的高三学生高考落榜,来到网吧上网消愁,却无意猝死,灵魂被带到了名叫玄天九界的异界大陆,重生在一位与他同名同姓的废柴少爷身上。为了给母亲报仇,他走上一条复仇的道路,权利,美女,一切尽握手中......