Autor:
Janice Evans
Erstelldatum:
3 Juli 2021
Aktualisierungsdatum:
13 Kann 2024
Inhalt
Andere AbschnitteWasserstoff ist das leichteste Element und hat viele industrielle Verwendungszwecke, einschließlich der Herstellung von hydrierten Fetten für die Verwendung in der Küche und der Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Kohle. Es ist ein wesentlicher Bestandteil von Wassermolekülen und kann mit wenig Strom abgetrennt werden. Sie können auch Wasserstoffgas mit einigen aktiven Metallen und starken Säuren erzeugen. Beide Methoden sind relativ einfach und ermöglichen das Sammeln von Wasserstoffgas.
Schritte
Methode 1 von 2: Verwendung der Wasserverdrängung mit aktiven Metallen
Sammeln Sie die notwendigen Materialien. Um Wasserstoff durch Mischen einer starken Säure mit einem aktiven Metall zu sammeln, benötigen Sie: einen Erlenmeyerkolben, einen Gummistopfen, einen Kunststoffschlauch, destilliertes Wasser, Reagenzgläser, einen großen Behälter, 3 molare Salzsäure (HCl) und Magnesium- oder Zinkpellets.
- Ein Erlenmeyerkolben ist ein Glaskolben mit konischem Boden und zylindrischem Hals.
- Der Gummistopfen befindet sich oben am Kolben und muss in der Mitte ein Loch haben, damit der Schlauch hindurchgeht.
- Für dieses Experiment funktioniert entweder Magnesium oder Zink, Sie benötigen nicht beide.
- Einige dieser Verbrauchsmaterialien müssen möglicherweise online oder in einem Laborbedarfsgeschäft gekauft werden.
Tragen Sie eine geeignete Schutzausrüstung. Wenn Sie mit einer starken Säure wie Salzsäure arbeiten, sollten Sie sicherstellen, dass Sie die richtigen Sicherheitsvorkehrungen treffen. Das Tragen eines Laborkleides, von Handschuhen, geschlossenen Schuhen und Augenschutz ist unerlässlich.- Eine Schutzbrille sollte sich um die Seiten Ihrer Augen wickeln, um sie vor Spritzern zu schützen.
- Tragen Sie Handschuhe, die richtig passen, damit Sie Ihre Hände und Finger gut trainieren können.
Bereiten Sie den Versuchsaufbau vor. Führen Sie ein Ende des Schlauchs in das Loch des Gummistopfens ein. Sie möchten, dass der Schlauch vollständig durch den Gummistopfen verläuft und am Ende leicht herausragt. Füllen Sie den großen Behälter mit Wasser und legen Sie das freie Ende des Schlauchs ins Wasser. Wenn das Experiment beginnt, setzen Sie den Gummistopfen in den Erlenmeyerkolben.- Legen Sie diese Teile beiseite, bis Sie bereit sind, sie zu verwenden.
Tauchen Sie das Reagenzglas in das Wasser. Nehmen Sie mindestens ein Reagenzglas (Sie können mehr verwenden, wenn Sie mehr Wasserstoff sammeln möchten) und tauchen Sie es in das Wasser. Kippen Sie das Rohr so, dass alle Luftblasen entweichen können. Legen Sie den Schlauch auf den am Gummistopfen am gegenüberliegenden Ende befestigten Unterwasserschlauch.- Es ist wichtig, dass alle Luftblasen aus dem Rohr entfernt werden, bevor Sie beginnen. Ist dies nicht der Fall, ist das in der Röhre gesammelte Gas mehr als nur Wasserstoff.
Salzsäure in den Erlenmeyerkolben geben. Fügen Sie genügend Salzsäure hinzu, um den Kolben etwa zur Hälfte zu füllen. Etwa 100 ml sollten ausreichen. Stellen Sie sicher, dass der Kolben sauber und trocken ist, bevor Sie die Säure hinzufügen. Tragen Sie Gummihandschuhe und seien Sie vorsichtig, wenn Sie den Kolben füllen.
- Achten Sie darauf, dass kein Wasser in die Säure gelangt. Der Säure zugesetztes Wasser kann zu einer Explosion und zu Verletzungen führen.
Starten Sie die chemische Reaktion durch Zugabe von Metallpellets zu HCl. Fügen Sie der Salzsäure im Kolben eine Handvoll Zink- oder Magnesiumpellets hinzu. Die genaue Menge, die Sie eingeben, ist nicht wichtig, aber eine kleine Handvoll sollte ausreichen, um die Reaktion zu starten.
- Setzen Sie nach dem Hinzufügen der Pellets den Stopfen in den Kolben, so dass das System jetzt geschlossen ist.
Sammeln Sie den Wasserstoff in einem untergetauchten Reagenzglas. Während das Metall mit der Säure reagiert, entsteht Wasserstoffgas. Dieser Wasserstoff wandert durch den Schlauch zur Oberseite des Kolbens und in das im Wasser eingetauchte Reagenzglas. Das Gas verdrängt das Wasser und Sie sollten eine Blasenform oben im Reagenzglas sehen.
- Wenn sich das Reagenzglas mit Wasserstoff füllt, tauchen Sie ein anderes Röhrchen in Wasser und legen Sie es über das Röhrchen. Sie können so viel Wasserstoff sammeln, wie durch Ihre Reaktion erzeugt wird.
- Halten Sie die Reagenzgläser nach unten, um zu verhindern, dass Wasserstoffgas in die Luft entweicht.
Stellen Sie sicher, dass das Gas Wasserstoff ist. Um zu bestätigen, dass das Gas Wasserstoff ist, können Sie den sogenannten Schienentest durchführen. Zünde ein Streichholz an und halte es unter die Röhre. Sie hören ein "Knallen" oder Quietschen, das anzeigt, dass Wasserstoff vorhanden ist.
Methode 2 von 2: Verwendung der Elektrolyse
Sammeln Sie die notwendigen Materialien. In diesem Experiment verwenden Sie Elektrizität, um Wasserstoff- und Sauerstoffgase von Wassermolekülen zu trennen. Um Wasserstoffgas mittels Elektrolyse zu sammeln, benötigen Sie eine 9-Volt-Batterie, einen Bleistift, zwei Reagenzgläser, einen Plastikbehälter, Wasser, Backpulver, zwei große Gummibänder (optional) und einen Batterieclip mit Klammern am Ende.
- Der Stift muss Graphit enthalten, damit dies funktioniert. Ein Bleistift Nummer 2 ist perfekt. Hierfür eignen sich auch zwei kleine Graphitstücke.
- Ein kleiner Vorratsbehälter oder eine Schüssel für Lebensmittel ist ausreichend.
- Stellen Sie sicher, dass der Batterieclip in eine 9-Volt-Batterie passt und dass er ein rotes und schwarzes Kabel mit Krokodilklemmen am Ende hat. Diese Klemmen werden verwendet, um Ihr System an die Batterie anzuschließen.
Entfernen Sie den Radiergummi vom Stift und brechen Sie den Stift in zwei Hälften. Sie benötigen zwei Graphitstücke, eines für das positive Ende der Batterie und eines für das negative Ende der Batterie. Schärfen Sie beide Enden jedes Stücks des Bleistifts bis zu einem Punkt. Stellen Sie sicher, dass der Graphit gut belichtet ist.
- Dieser Schritt kann übersprungen werden, wenn Sie bereits zwei Stücke reinen Graphits haben.
Wickeln Sie 2 Gummibänder in X-Form um den Behälter. Dieser Schritt ist optional, bietet jedoch eine einfache Möglichkeit, die Reagenzgläser während des laufenden Experiments an Ort und Stelle zu halten. Dehnen Sie ein Gummiband über den Behälter und ein zweites Gummiband darüber, so dass es das erste kreuzt und ein X bildet.
- Wenn Sie keine Gummibänder verwenden, sichern Sie die Reagenzgläser unbedingt mit Klebeband oder Schnur, damit sie während des Experiments auf dem Kopf bleiben.
Machen Sie eine Backpulver-Wasser-Lösung. Das Auflösen von Backpulver in Wasser hilft dabei, den Strom im System zu leiten. Die genaue Menge des zugesetzten Backpulvers ist nicht wichtig, aber etwa 1 Teelöffel pro 1 Tasse Wasser sollte ausreichen. Rühren, bis sich alles vollständig aufgelöst hat.
- Verwenden Sie warmes Wasser, um das Auflösen des Backpulvers zu beschleunigen.
Füllen Sie den Plastikbehälter und die Reagenzgläser mit der Backpulverlösung. Der Behälter muss groß genug sein, um beide Reagenzgläser aufzunehmen. Fügen Sie genug der Lösung hinzu, um den Behälter zu etwa drei Vierteln zu füllen. Tauchen Sie die Reagenzgläser in die Lösung des Behälters und drehen Sie sie um. Platzieren Sie jedes Rohr im Kreuz des Gummibands X, um es an Ort und Stelle zu halten.
- Es ist sehr wichtig, dass beide Reagenzgläser vollständig mit Wasser gefüllt sind und keine Luftblasen zurückbleiben.
Befestigen Sie die Krokodilklemmen am Graphit. Nehmen Sie eine Klammer aus dem Batterieclip und befestigen Sie sie am Ende eines der Stifte. Stellen Sie sicher, dass es so viel Graphit wie möglich berührt. Machen Sie dasselbe mit der restlichen Krokodilklemme und dem Bleistiftstück.
- Ein Bleistift sollte an der roten Klammer und ein Bleistift an der schwarzen Klammer angebracht werden.
Schieben Sie das nicht geklemmte Ende des Stifts in das Reagenzglas. Halten Sie das Reagenzglas vollständig eingetaucht und kippen Sie es leicht, damit Sie das nicht geklemmte Ende des Stifts in das Röhrchen schieben können. Wiederholen Sie diesen Vorgang mit dem anderen Stift und dem anderen Reagenzglas.
- Zu diesem Zeitpunkt sollte sich alles unter Wasser befinden und in jedem Reagenzglas sollte ein Stück Bleistift sein.
- Halten Sie das Ende des Batterieclips, der an der Batterie befestigt ist, vom Wasser fern.
Befestigen Sie den Batterieclip an der 9-Volt-Batterie. Nachdem alles eingerichtet ist, können Sie jetzt den von der 9-Volt-Batterie bereitgestellten Strom anlegen. Das Ende des Batterieclips sollte aus dem Behälter herausragen. Befestigen Sie die Batterie einfach. Sobald die Batterie angeschlossen ist, sollten Sie feststellen, dass Blasen vom Ende des Graphits aufsteigen und auf die Oberseite jedes Reagenzglases schweben.
- Wenn keine Blasen entstehen, stellen Sie sicher, dass die Krokodilklemmen fest mit dem Graphit des Stifts verbunden sind. Überprüfen Sie außerdem, ob der Akku vollständig aufgeladen ist.
- Das Reagenzglas mit dem am Bleistift befestigten Minusdraht erzeugt Wasserstoff, während das am Plusdraht der Batterie angebrachte Reagenzglas Sauerstoff erzeugt.
Sammeln Sie Wasserstoff und Sauerstoff in den beiden Reagenzgläsern, bis sich in jedem Röhrchen ein paar Zentimeter Gas befinden. Denken Sie daran, dass die Röhre, die mit dem negativen Ende der Batterie verbunden ist, Wasserstoff enthält und der Sauerstoff in der Röhre, die mit dem positiven Ende verbunden ist. Nehmen Sie die Reagenzgläser einzeln aus dem Glas. Halten Sie sie verkehrt herum und lassen Sie das Wasser ablaufen. Das Gas in den Rohren bleibt bestehen, obwohl Sie es nicht sehen können.
Auf Wasserstoff prüfen. Sie können das Vorhandensein von Wasserstoff testen, indem Sie ein Streichholz schlagen und die Flamme gegen das Gas halten. Wenn es sich um Wasserstoff handelt, wird ein sehr deutliches "Quietschen" erzeugt. Sie können auch eine brennende Kerze anstelle eines Streichholzes verwenden.
- Um das mit der positiven Seite der Stromquelle verbundene Reagenzglas auf Sauerstoff zu testen, blasen Sie ein brennendes Streichholz (oder eine Kerze) aus und platzieren Sie das noch leuchtende Ende unter dem Reagenzglas. Wenn sich die Kerze wieder entzündet, ist Sauerstoff vorhanden.
Community Fragen und Antworten
Benötige ich zwei Reagenzgläser, wenn ich nur Wasserstoff sammeln möchte?
Die Umweltwissenschaftlerin Bess Ruff ist Doktorandin der Geographie an der Florida State University. Sie erhielt 2016 ihren MA in Umweltwissenschaften und -management von der University of California in Santa Barbara. Sie hat Vermessungsarbeiten für Projekte zur Meeresraumplanung in der Karibik durchgeführt und als Absolventin der Sustainable Fisheries Group Forschungsunterstützung geleistet.
Wie viel Wasserstoff kann aus diesem einfachen Elektrolyseexperiment gewonnen werden? Und wie hoch wäre der Druck des Wasserstoffgases?
Das hängt davon ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit (Wasserspaltung) basiert auf den Ampere der Batterie und der verbleibenden Reaktionszeit. Normalerweise befindet sich der Wasserstoff auf einem Meeresspiegeldruck, es sei denn, Sie führen das Experiment in einer wirklich heißen oder kalten Umgebung durch.
Warum sammelt sich der Wasserstoff im negativen Rohr
Aufgrund der Art und Weise, wie die Wassermoleküle Elektronen teilen, sind die Wasserstoffatome positiv und die Sauerstoffatome negativ geladen. Beim Herausziehen der Gase wird der positiv geladene Wasserstoff von der negativen Röhre angezogen, während der negativ geladene Sauerstoff von der positiven Röhre angezogen wird.
Warum ist das Gas nicht aus meinem Gassammelrohr ausgetreten?
Es ist Wasserstoff, ein Gas, das leichter ist als alle anderen, einschließlich Helium, was bedeutet, dass es im Reagenzglas verbleibt, solange sich das geschlossene Ende des Röhrchens oben befindet, weil die anderen Gase es verdrängen. Der Grund, warum wir Helium anstelle von Wasserstoff verwenden, ist, dass es nicht brennbar ist. Dies liegt an der Tatsache, dass es sich um ein Edelgas handelt (es hat eine volle Valenzschale von 8 Elektronen) und daher nicht reaktiv ist.
Wäre das Gas sehr brennbar?
Ja. Sehen Sie die Hindenburg-Katastrophe auf YouTube. Die Zeppeline verwendeten Wasserstoff, weil es das leichteste Gas ist und ziemlich leicht zu erhalten ist. Dies ist auch der Grund, warum einige Autohersteller an wasserstoffbetriebenen Autos arbeiten.
Ist das die flüssige Form von Wasserstoff?
Nein - der Wasserstoff in diesem Experiment ist gasförmig
Wie verflüssige ich Wasserstoff? Antworten
Warnungen
- Seien Sie vorsichtig mit reinem Wasserstoff. Es ist hochexplosiv, wenn es mit Luft gemischt wird.
- Stellen Sie sicher, dass die gesamte andere Luft aus dem Gerät entfernt wurde, in dem Sie Wasserstoff sammeln.
