著者:
Janice Evans
作成日:
3 J 2021
更新日:
13 5月 2024
コンテンツ
その他のセクション水素は最も軽い元素であり、厨房で使用するための水素化脂肪の生成や石炭からの炭化水素の製造など、多くの産業用途があります。それは水分子の本質的な部分であり、少量の電気を使用して分離することができます。いくつかの活性金属と強酸を使用して水素ガスを生成することもできます。どちらの方法も比較的簡単で、水素ガスを集めることができます。
ステップ
方法1/2：活性金属による水置換の使用
必要な資料を集めてください。 強酸と活性金属の混合反応で水素を集めるには、三角フラスコ、ゴム栓、プラスチックチューブ、蒸留水、試験管、大型容器、3モル塩酸（HCl）、マグネシウムまたは亜鉛ペレット。
- 三角フラスコは、底が円錐形で首が円筒形のガラス製フラスコです。
- ゴム栓はフラスコの上部用であり、チューブを通すために中央に穴が必要です。
- この実験ではマグネシウムまたは亜鉛のいずれかが機能します。両方は必要ありません。
- これらの消耗品の一部は、オンラインまたは実験用品店で購入する必要がある場合があります。
適切な保護具を着用してください。 塩酸などの強酸を使用する場合は、適切な安全対策を講じる必要があります。白衣、手袋、つま先の閉じた靴、目の保護具の着用は不可欠です。- ゴーグルは、水しぶきから保護するために目の側面を包む必要があります。
- 手や指の器用さを維持できるように、適切にフィットする手袋を着用してください。
実験装置を準備します。 チューブの一端をゴム栓の穴に挿入します。チューブをゴム栓に完全に通し、端から少し突き出させます。大きな容器に水を入れ、チューブの自由端を水に入れます。実験が始まると、三角フラスコにゴム栓を入れます。- 使用する準備ができるまで、これらの部品を脇に置いておきます。
試験管を水に沈めます。 少なくとも1本の試験管（より多くの水素を集めたい場合はもっと使用できます）を取り、それを水に沈めます。すべての気泡が逃げられるようにチューブを傾けます。反対側のゴム栓に取り付けられた水中チューブの上にチューブを置きます。- 開始する前に、すべての気泡をチューブから取り除くことが重要です。そうでない場合、チューブに収集されるガスは単なる水素以上のものになります。
三角フラスコに塩酸を加えます。 フラスコを半分ほど満たすのに十分な塩酸を加えます。約100mLで十分です。酸を加える前に、フラスコが清潔で乾燥していることを確認してください。ゴム手袋を着用し、フラスコに充填するときは注意してください。
- 酸に水をこぼさないように注意してください。酸に水を加えると、爆発や怪我につながる可能性があります。
HClに金属ペレットを追加して化学反応を開始します。 フラスコ内の塩酸に一握りの亜鉛またはマグネシウムペレットを追加します。正確な量は重要ではありませんが、反応を開始するにはほんの一握りで十分です。
- ペレットを追加した後、ストッパーをフラスコに入れて、システムを閉じます。
水中の試験管に水素を集めます。 金属が酸と反応すると、水素ガスが発生します。この水素は、フラスコの上部に移動し、チューブを通って水に沈められた試験管に入ります。ガスが水を押しのけ、試験管の上部に泡の形が見えるはずです。
- 試験管が水素で満たされたら、別の試験管を水に浸し、試験管の上に置きます。あなたはあなたの反応によって生成されるのと同じくらい多くの水素を集めることができます。
- 水素ガスが空気中に漏れないように、試験管を下に向けたままにします。
ガスが水素であることを確認します。 ガスが水素であることを確認するために、いわゆるスプリントテストを行うことができます。マッチに火をつけ、チューブの下に置きます。水素が存在することを示す「ポップ」またはきしむ音が聞こえます。
方法2/2：電気分解の使用
必要な資料を集めてください。 この実験では、電気を使用して水素ガスと酸素ガスを水の分子から分離します。電気分解を使用して水素ガスを収集するには、9ボルトのバッテリー、鉛筆、2つの試験管、プラスチックコンテナー、水、重曹、2つの大きな輪ゴム（オプション）、および端にクランプ付きのバッテリークリップが必要です。
- これが機能するためには、鉛筆にグラファイトが含まれている必要があります。 2番の鉛筆は完璧です。これには、2つの小さなグラファイト片も使用できます。
- 小さな食品保存容器またはボウルで十分です。
- バッテリークリップが9ボルトのバッテリーに適合すること、および端にワニ口クランプが付いた赤と黒のワイヤーがあることを確認してください。これらのクランプは、システムをバッテリーに接続するために使用されます。
鉛筆から消しゴムを取り除き、鉛筆を半分に壊します。 バッテリーのプラス側とマイナス側に1つずつ、合計2つのグラファイトが必要です。鉛筆の各部分の両端をポイントまで研ぎます。グラファイトが十分に露出していることを確認してください。
- 純粋なグラファイトがすでに2つある場合は、この手順をスキップできます。
容器の周りに2本の輪ゴムをX字型に巻き付けます。 このステップはオプションですが、実験の実行中に試験管を所定の位置に維持する簡単な方法です。コンテナの上に1つの輪ゴムを伸ばし、2つ目の輪ゴムを伸ばして、最初の輪ゴムと交差するようにしてXを形成します。
- 輪ゴムを使用しない場合は、実験中に逆さまになるように、必ず試験管をテープまたは紐で固定してください。
重曹と水溶液を作ります。 重曹を水に溶かすと、システム内の電気が伝導しやすくなります。重曹の正確な添加量は重要ではありませんが、水1カップあたり小さじ1杯程度で十分です。完全に溶解するまでかき混ぜます。
- 重曹の溶解を早めるために温水を使用してください。
プラスチック容器と試験管に重曹溶液を入れます。 容器は、両方の試験管を保持するのに十分な大きさである必要があります。容器を約4分の3満たすのに十分な量の溶液を追加します。試験管を容器の溶液に浸し、逆さまにします。各チューブを輪ゴムXの十字に配置して、所定の位置に保持します。
- 両方の試験管が完全に水で満たされ、気泡が残っていないことが非常に重要です。
ワニ口クランプをグラファイトに取り付けます。 バッテリークリップからクランプを1つ取り出し、鉛筆の1つの端に取り付けます。できるだけ多くのグラファイトに触れていることを確認してください。残りのワニ口クランプと鉛筆片についても同じようにします。
- 1本の鉛筆を赤いクランプに取り付け、1本の鉛筆を黒いクランプに取り付ける必要があります。
鉛筆のクランプされていない端を試験管にスライドさせます。 試験管を完全に沈めたまま、鉛筆のクランプされていない端を試験管にスライドできるように少し傾けます。他の鉛筆と他の試験管でこのプロセスを繰り返します。
- この時点で、すべてが水中にあり、各試験管の中に鉛筆が1本あるはずです。
- バッテリーに取り付けられているバッテリークリップの端を水から離してください。
バッテリークリップを9ボルトバッテリーに取り付けます。 すべての設定が完了したら、9ボルト電池から供給される電気を適用する準備が整いました。バッテリークリップの端がコンテナから突き出ているはずなので、バッテリーを所定の位置にクリップするだけです。バッテリーを取り付けると、気泡がグラファイトの端から上昇し、各試験管の上部に浮かんでいるのに気付くはずです。
- 気泡が発生しない場合は、ワニ口クランプが鉛筆のグラファイトにしっかりと取り付けられていることを確認してください。また、バッテリーが完全に充電されていることを確認してください。
- 鉛筆にマイナス線が付いた試験管は水素を生成し、バッテリーのプラス線に接続された試験管は酸素を生成します。
各試験管に数インチのガスが入るまで、2つの試験管に水素と酸素を集めます。 バッテリーのマイナス側に接続されているチューブには水素が含まれており、プラス側に接続されているチューブには酸素が含まれていることを忘れないでください。試験管を一度に1つずつジャーから取り出します。それらを逆さまにして、水を排出させます。チューブ内のガスは見えなくても残ります。
水素の存在をテストします。 マッチを打ち、炎をガスにかざすことで、水素の存在をテストできます。水素の場合、非常にはっきりとした「きしむようなポップ」な音になります。マッチの代わりに火のともったろうそくを使うこともできます。
- 電源のプラス側に接続された試験管内の酸素をテストするには、点灯しているマッチ（またはキャンドル）を吹き消し、まだ光っている端を試験管の下に置きます。ろうそくが再点火する場合、酸素が存在します。
コミュニティの質問と回答
水素のみを収集したい場合、2本の試験管が必要ですか？
環境科学者のBessRuffは、フロリダ州立大学の地理学博士課程の学生です。彼女は2016年にカリフォルニア大学サンタバーバラ校で環境科学と管理の修士号を取得しました。彼女はカリブ海の海洋空間計画プロジェクトの調査作業を実施し、持続可能な水産グループの大学院生として研究支援を提供しました。
この簡単な電気分解実験からどれだけの水素を集めることができますか？そして、水素ガスの圧力はどうなるでしょうか？
場合によります。反応（水分解）の速度は、バッテリーのアンペアと反応するまでの残り時間に基づいています。本当に暑いまたは寒い環境で実験を行わない限り、通常、水素はほぼ海面気圧になります。
なぜ水素が負極に集まるのですか
水分子が電子を共有する方法により、水素原子は正に帯電し、酸素原子は負に帯電します。ガスを引き出すとき、正に帯電した水素は負の管に引き付けられ、負に帯電した酸素は正の管に引き付けられます。
ガス収集チューブからガスが漏れなかったのはなぜですか？
それは水素であり、ヘリウムを含む他のすべてのガスよりも軽いガスです。つまり、他のガスが試験管を押しのけるため、試験管の閉じた端が上にある限り、試験管内に留まります。水素の代わりにヘリウムを使用する理由は、それが可燃性ではないからです。これは、希ガス（8電子の完全な原子価殻を持っている）であり、したがって非反応性であるという事実によるものです。
ガスは非常に可燃性ですか？
はい。 YouTubeでヒンデンブルクの災害をご覧ください。ツェッペリンは水素を使用しました。水素は最も軽いガスであり、入手がかなり簡単だからです。一部の自動車メーカーが水素自動車に取り組んでいるのもそのためです。
これは液体の水素ですか？
いいえ-この実験の水素は気体になります
水素を液化するにはどうすればよいですか？ 回答
警告
- 純粋な水素に注意してください。空気と混合すると爆発性が高くなります。
- 水素を収集している機器から他のすべての空気が除去されていることを確認してください。
