Водород является самым легким элементом и имеет множество промышленных применений, включая создание гидрогенизированных жиров для использования на кухне и производство углеводородов из угля. Это важная часть молекул воды, и ее можно отделить с помощью небольшого количества электричества. Вы также можете производить газообразный водород, используя некоторые активные металлы и сильные кислоты. Оба метода относительно просты и позволяют собирать газообразный водород.
Шаги
Метод 1 из 2: Использование вытеснения воды с активными металлами
Шаг 1. Соберите необходимые материалы
Чтобы собрать водород с помощью реакции смешения сильной кислоты с активным металлом, вам понадобятся: колба Эрленмейера, резиновая пробка, пластиковые трубки, дистиллированная вода, пробирки, большой контейнер, 3-молярная соляная кислота (HCl) и гранулы магния или цинка.
- Колба Эрленмейера - это стеклянная колба с коническим дном и цилиндрическим горлышком.
- Резиновая пробка предназначена для верхней части колбы, и в ее центре должно быть отверстие для трубки.
- Для этого эксперимента подойдут либо магний, либо цинк, вам не нужны оба.
- Некоторые из этих принадлежностей, возможно, потребуется приобрести в Интернете или в магазине лабораторных принадлежностей.
Шаг 2. Наденьте соответствующие средства защиты
При работе с сильной кислотой, такой как соляная кислота, вы должны убедиться, что принимаете надлежащие меры безопасности. Необходимо надевать лабораторный халат, перчатки, обувь с закрытым носком и средства защиты глаз.
- Очки должны закрывать глаза по бокам, чтобы защитить их от брызг.
- Надевайте перчатки подходящего размера, чтобы сохранять подвижность рук и пальцев.
Шаг 3. Подготовьте экспериментальную установку
Вставьте один конец трубки в отверстие резиновой пробки. Вы хотите, чтобы трубка полностью проходила через резиновую пробку и слегка выступала из конца. Наполните большую емкость водой и опустите свободный конец трубки в воду. Когда эксперимент начнется, вы поместите резиновую пробку в колбу Эрленмейера.
Отложите эти кусочки в сторону, пока не будете готовы их использовать
Шаг 4. Погрузите пробирку в воду
Возьмите хотя бы одну пробирку (вы можете использовать больше, если хотите собрать больше водорода) и погрузите ее в воду. Наклоните трубку так, чтобы вышли все пузырьки воздуха. Поместите трубку поверх погруженной трубки, прикрепленной к резиновой пробке на противоположном конце.
Перед началом работы необходимо удалить из трубки все пузырьки воздуха. В противном случае газ, собранный в трубке, будет больше, чем просто водород
Шаг 5. Добавьте соляную кислоту в колбу Эрленмейера
Добавьте соляную кислоту, чтобы заполнить колбу примерно наполовину. Достаточно около 100 мл. Перед добавлением кислоты убедитесь, что колба чистая и сухая. Надевайте резиновые перчатки и соблюдайте осторожность при наполнении колбы.
Будьте осторожны, чтобы не пролить воду на кислоту. Добавление воды в кислоту может привести к взрыву и травмам
Шаг 6. Запустите химическую реакцию, добавив металлические гранулы к HCl
Добавьте горсть гранул цинка или магния в соляную кислоту в колбе. Точная сумма, которую вы добавили, не имеет значения, но для начала реакции должно быть достаточно небольшой горсти.
После добавления гранул поместите пробку в колбу, чтобы система закрылась
Шаг 7. Соберите водород в погруженную пробирку
Когда металл вступает в реакцию с кислотой, образуется газообразный водород. Этот водород попадает в верхнюю часть колбы по трубке в пробирку, погруженную в воду. Газ вытеснит воду, и вы должны увидеть форму пузыря в верхней части пробирки.
- Когда пробирка наполнится водородом, погрузите другую пробирку в воду и поместите ее над трубкой. Вы можете собрать столько водорода, сколько произведено вашей реакцией.
- Держите пробирки вниз, чтобы газообразный водород не улетучился в воздух.
Шаг 8. Убедитесь, что газ водород
Чтобы подтвердить, что газ является водородом, вы можете выполнить так называемый шинный тест. Зажгите спичку и подержите ее под трубкой. Вы услышите щелчок или скрип, указывающий на присутствие водорода.
Метод 2 из 2: Использование электролиза
Шаг 1. Соберите необходимые материалы
В этом эксперименте вы будете использовать электричество для отделения газов водорода и кислорода от молекул воды. Для сбора газообразного водорода с помощью электролиза вам понадобится 9-вольтовая батарея, карандаш, две пробирки, пластиковый контейнер, вода, пищевая сода, две большие резинки (необязательно) и зажим для аккумулятора с зажимами на конце.
- Чтобы это сработало, в карандаше должен быть графит. Карандаш номер 2 подойдет идеально. Для этого также подойдут два небольших кусочка графита.
- Достаточно небольшого контейнера для хранения продуктов или миски.
- Убедитесь, что зажим для батареи подходит для 9-вольтовой батареи и что у него есть красно-черный провод с зажимами типа «крокодил» на конце. Эти зажимы будут использоваться для подключения вашей системы к батарее.
Шаг 2. Снимите ластик с карандаша и сломайте карандаш пополам
Вам понадобятся два куска графита: один для положительного конца батареи и для отрицательного конца батареи. Заострите оба конца каждого кусочка карандаша до точки. Убедитесь, что графит хорошо открыт.
Этот шаг можно пропустить, если у вас уже есть два куска чистого графита
Шаг 3. Оберните контейнер двумя резинками в форме буквы Х
Этот шаг не является обязательным, но это простой способ удерживать пробирки на месте во время эксперимента. Натяните одну резиновую ленту на контейнер и натяните на нее вторую резиновую ленту так, чтобы она пересекала первую, образуя крестик.
Если вы не используете резинки, обязательно закрепите пробирки лентой или веревкой, чтобы они оставались перевернутыми во время эксперимента
Шаг 4. Сделайте водный раствор и пищевую соду
Растворение пищевой соды в воде поможет провести электричество в системе. Точное количество добавленной пищевой соды не имеет значения, но примерно 1 чайной ложки на 1 стакан воды должно быть достаточно. Перемешайте до полного растворения.
Используйте теплую воду, чтобы ускорить растворение пищевой соды
Шаг 5. Наполните пластиковый контейнер и пробирки раствором пищевой соды
Контейнер должен быть достаточно большим, чтобы вместить обе пробирки. Добавьте столько раствора, чтобы емкость была заполнена примерно на три четверти. Погрузите пробирки в раствор емкости и переверните их вверх дном. Поместите каждую трубку в крестовину резинки X, чтобы удерживать ее на месте.
Очень важно, чтобы обе пробирки были полностью заполнены водой и не оставалось пузырьков воздуха
Шаг 6. Прикрепите к графиту зажимы типа «крокодил»
Возьмите один зажим из зажима аккумулятора и прикрепите его к концу одного из карандашей. Убедитесь, что он касается как можно большей части графита. Проделайте то же самое с оставшимися зажимами из кожи аллигатора и карандашом.
Один карандаш нужно прикрепить к красному зажиму, а другой - к черному зажиму
Шаг 7. Вставьте незажатый конец карандаша в пробирку
Удерживая пробирку полностью погруженной в воду, слегка наклоните ее, чтобы можно было вставить незажатый конец карандаша в пробирку. Повторите этот процесс с другим карандашом и другой пробиркой.
- На этом этапе все должно быть под водой, а внутри каждой пробирки должен быть карандаш.
- Держите конец зажима аккумулятора, который крепится к аккумулятору, вне воды.
Шаг 8. Присоедините зажим к 9-вольтовой батарее
Теперь, когда все настроено, вы готовы подавать электричество, обеспечиваемое 9-вольтовой батареей. Конец зажима аккумулятора должен выступать из контейнера, поэтому просто защелкните аккумулятор на месте. После установки батареи вы должны заметить пузырьки, поднимающиеся с конца графита и плавающие в верхней части каждой пробирки.
- Если вы не видите образовавшихся пузырей, убедитесь, что зажимы из крокодиловой кожи надежно прикреплены к графиту карандаша. Также убедитесь, что ваша батарея полностью заряжена.
- Пробирка с отрицательным проводом, прикрепленным к карандашу, будет производить водород, а пробирка, прикрепленная к положительному проводу батареи, будет производить кислород.
Шаг 9. Собирайте водород и кислород в две пробирки, пока в каждой пробирке не будет несколько дюймов газа
Помните, что трубка, подключенная к отрицательному концу батареи, будет иметь водород, а кислород будет находиться в трубке, подключенной к положительному концу. По одной извлекайте пробирки из банки. Держите их вверх дном и дайте стечь воде. Газ в трубках останется, даже если вы его не увидите.
Шаг 10. Проверьте наличие водорода
Вы можете проверить наличие водорода, чиркнув спичкой и поднося пламя к газу. Если это водород, он издаст очень отчетливый «скрипучий хлопок». Вы также можете использовать зажженную свечу вместо спички.