少年说‖元宝(133):如何在家制备氢气?
氢是宇宙中含量最多的元素。未来,氢能源将会成为主要的环保能源之一。而氢能源环保的原因是,氢气与氧气反应燃烧时,只产生水。由于没有碳、硫元素,所以不会排放二氧化碳、二氧化硫等大气污染物以及除水蒸汽外的其他温室气体。氢能源中最需要的就是氢气,如何使用简易方法在家中制取氢气呢?
在家制备氢气,最简易的方法就是使用电解法,即通过电解将水分解为氢气和氧气。其原理用化学反应式表示如下图,即两个水分子H2O通过电解,生成一个氧气分子(O2)和两个氢气分子(H2)。
需要准备的材料:9V方形电池、电池盒或电池帽、一根双头鳄鱼夹导线、保鲜盒、两个玻璃杯、水。
步骤如下:先将导线剪成两段,然后把两段导线没有夹子的一端去皮,露出一厘米的铜线,分别接到电池帽的两个线上。这样我们的两个电极就算做好了。然后把在保鲜盒中灌入1/3的水,再将两个水杯浸入水中,灌满水,不要留有气泡,将水杯口朝下立起。然后将两个电极分别插入水杯下。然后把电池帽扣在电池扣上。
等待几分钟,观察杯中的现象。可见在负极上出现了一层气泡,这就是氢气。而在正极产生的气泡就是氧气。
说完实验,再说回氢能源汽车。氢能源汽车不是用氢气代替汽油在气缸中燃爆、推动活塞、再转化成旋转的动力。而是用氢气发电,传动原理和电动汽车一样。氢气发电方法,不是用氢气来替代火力发电里的煤,不是热电转化,而是燃料电池。液态氢被存储在一个700个大气压的储氢罐里。氢气在经过电解质薄膜时,一个氢气中的电子被剥离形成两个电子和两个氢离子,氢离子穿过质子交换膜,与空气中的被剥离的一个氧离子结合形成水。被剥离的电子通过外部电路就形成了电流。通过变压器升高电压,就可以驱动电机。
氢燃料电池其实就是电解水的一个相反过程。电解水很容易,不知道我能不能做出氢能源电池来?
作者简介:金元宝,男,2007年10月生,五年级“求知少年”。『小小少年说』公号创建者,周五专栏小作者。自2016年4月1日起,每周一篇,纪录成长。
元宝爸的话: 元宝和我提起,国外有个少年在厨房里搞出了一个核反应堆来。和这个比起来,在家电解氢气实在是太简易了。9V电池电力有限,只制造出了很少的氢气。当它被收集在玻璃杯里,我无法点燃以验正身。于是,元宝特意用离心管制备了0.1毫升的氢气,用胶枪封装后送给了我,以换取他艳羡以久的学生实验电源。下完单后我就睡觉了,然后我做了个梦,这颗子弹一样,元宝自制的第一管氢气在若干年被摆在了拍卖台上……