5.1 氢气（教学课件）2025-2026学年科粤版化学九年级上册

(课件网) 氢气（H ）：性质、制备与应用全解析 氢气（Hydrogen，化学式H ）是元素周期表中原子序数为 1 的元素，也是宇宙中含量最丰富的物质（约占宇宙总质量的 75%），同时是已知密度最小的气体。其独特的物理化学性质使其在能源、工业、医疗等多个领域具有重要应用价值，以下从核心维度展开详细介绍。 一、基本物理与化学性质 氢气的特性是其应用的基础，核心性质可通过下表清晰梳理： 类别 具体性质 关键说明 物理性质 状态与颜色 标准状况下（0℃、101kPa）为无色、无味、无臭的气体，肉眼不可见 密度 约 0.0899g/L，仅为空气密度（1.293g/L）的 1/14，是目前已知密度最小的气体 溶解性 极难溶于水（20℃时溶解度约为 0.0182mL/100mL 水），也难溶于多数有机溶剂 沸点与熔点 沸点 - 252.87℃（液态氢），熔点 - 259.14℃（固态氢），需极低温度才能液化 / 固化 导热性 导热系数（0℃时约 0.187W/(m K)）远高于空气，是优良的导热介质 化学性质 可燃性 具有强可燃性，燃烧时产生淡蓝色火焰，唯一产物为水（2H + O 点燃→ 2H O），无任何污染物排放；但氢气与空气混合时，体积分数在 4.0%~75.6% 范围内会形成爆炸性混合气体，遇明火或高温易引发爆炸，需严格控制使用环境 还原性 常温下化学性质稳定，但在高温、高压或催化剂（如铂、钯）作用下，能还原金属氧化物（如 CuO + H △→ Cu + H O），是工业冶炼高纯金属的重要还原剂 反应活性 不易与多数物质发生反应，但可与非金属（如 Cl ，点燃生成 HCl）、金属（如 Na，加热生成 NaH）结合，形成氢化物；在特殊条件下（如高温高压、催化剂）可参与合成氨反应（N + 3H 2NH ） 二、氢气的制备方法 氢气的制备需根据原料、成本、纯度需求选择不同技术，目前主流方法可分为 “工业级制备” 和 “实验室制备” 两大类，核心差异在于规模与纯度： 1. 工业级制备（大规模、低成本，纯度多为 99.9%~99.999%） 工业上 95% 以上的氢气来自 “化石燃料制氢”，其余为可再生能源制氢（绿氢），具体方法如下： 蒸汽甲烷重整法（SMR）：最主流的制氢方式（占全球氢气产量的 70% 以上）。 原理：以天然气（主要成分 CH ）为原料，在 800~900℃、催化剂（镍基）作用下，与水蒸气反应生成 CO 和 H （CH + H O CO + 3H ），再通过 “水煤气变换反应” 将 CO 转化为 CO 和额外 H ，最终分离提纯得到氢气。 特点：原料易得（天然气储量丰富）、成本低，但会排放 CO （每生产 1 吨氢气约排放 8~10 吨 CO ），属于 “灰氢”，若结合碳捕获技术（CCUS）可转化为 “蓝氢”。 煤制氢：在我国（煤炭资源丰富）应用广泛，占国内氢气产量的 60% 左右。 原理：通过 “煤气化” 将煤转化为合成气（CO、H 、CO ），再经水煤气变换反应、脱硫、脱碳等步骤提纯氢气。 特点：成本低、原料保障度高，但碳排放极高（每吨氢气排放 12~18 吨 CO ），需依赖 CCUS 技术降低环境影响。 可再生能源电解水制氢（绿氢）：未来清洁能源转型的核心方向。 原理：利用太阳能、风能、水能等可再生能源发电，通过 “电解水装置” 将水分解为 H 和 O （2H O 电解→ 2H ↑ + O ↑），根据电解质不同可分为 “碱性电解槽（AEL）”“质子交换膜电解槽（PEM）”“固体氧化物电解槽（SOEC）”。 特点：零碳排放（仅消耗水和可再生电能），氢气纯度极高（99.999% 以上），但目前受限于可再生能源成本和电解槽设备价格，成本较高，适合对环保要求高的场景（如氢能汽车、绿氨合成）。 2. 实验室制备（小规模、高纯度，纯度可达 99.999% 以上） 实验室制备氢气以 “安全、便捷” 为核心，常用方法有： 锌与稀硫酸反应：最经典的方法（Zn + H SO （稀）→ ZnSO + H ↑）。 特点： ... ...