氢的生产和应用

最重要的工业生产氢的方法是催化蒸汽-烃过程，其中气态或汽化碳氢化合物用蒸汽在a的高压下镍催化剂在650°-950°C生产碳氧化物和氢:C_nH_{2n+ 2}+nH₂O→nCo + (2)nH + 1)₂；C_nH_{2n+ 2}+ 2nH₂O→n有限公司₂+ (3nH + 1)₂．初级反应产物根据所需氢的应用，以各种方式进一步处理。另一个重要的制氢过程是非催化部分氧化碳氢化合物在高压下的含量:C_nH_{2n+ 2}+ (n/ 2) O₂→nCo + (nH + 1)₂．这个过程需要一个供料系统来精确地输送燃料和氧气，特殊设计的燃烧器来快速地混合反应物，一个耐火材料衬里的反应器和一个冷却系统从废气中回收热量。后一种过程是放热的(产热)，与吸热的(吸热)蒸汽-烃过程相反。

在第三种工艺中，称为压力催化部分氧化法，前两种工艺相结合，以保持所需的反应温度，而无需外部加热催化剂床上。过热蒸汽和碳氢化合物混合，预热，并在催化反应器顶部的扩散器中与加热的氧气混合。氧与碳氢化合物在催化剂上方的空间发生反应。然后，反应物通过镍催化剂层，蒸汽-碳氢化合物反应几乎进行到平衡．

在1940年以前，世界上大部分的氢生产是通过煤或焦炭的工艺生产的，主要的一种是氢水煤气蒸汽与红热焦炭之间的反应:H₂O + c→co + h₂．然而，到1970年，通过这种工艺生产的氢气相对较少。多年来，相对少量的氢是由电解溶液的浓度盐或氢氧化钠时，电极反应为H₂O +e⁻→¹/₂H₂+哦⁻．硫酸或硫酸之间的反应盐酸一个积极的金属就像锌是用来释放氢气在实验室，但这种氢通常含有微量的挥发性氢化物，如胂(灰_3.),磷化氢(PH值_3.)，由金属中的杂质产生。这些易挥发的杂质可以通过使混合气体通过强氧化剂溶液(如钾高锰酸盐。

开发了一种分离氢的商业方法一氧化碳合成气体通过扩散．气体在压力下流过一束束细小的中空聚酯纤维，氢气穿过纤维壁。

世界上最大的一次氢的使用是在氨制造业，消耗了世界上三分之二的氢气产量。氨是由所谓的Haber-Bosch过程，其中氢和氮在催化剂的存在下，在约1,000个大气压和约500°C的温度下反应₂+ 3 h₂→2 nh_3.．的制备过程中使用大量的氢甲醇通过CO + 2H反应₂→CH_3.哦。这个过程是在一定的混合物存在的情况下进行的催化剂含有氧化锌铬在300°至375°C的温度和275至350个大气压的压力下氧化。

氢的另一个主要应用是催化加氢的有机化合物．不饱和的植物油和动物油和脂肪被氢化制成人造黄油和蔬菜起酥油。氢被用来将醛、脂肪酸和酯还原为相应的醇。芳香化合物可以还原为相应的饱和化合物，如在转化苯变成环己烷和苯酚变成环己醇。硝基化合物很容易还原为胺。

氢被用作火箭的主要燃料燃烧用氧气或氟它被认为是核动力火箭和太空飞行器的推进剂。氢的另一个日益增加的用途是直接还原铁矿石,金属铁和氧化物的还原钨而且钼到金属。氢(还原)气氛用于特殊铸件的浇注，在制造镁用于金属的退火，以及大型电动机的冷却。氢曾经被用来给轻于空气的容器充气，比如飞船和气球，但现在氦通常使用，因为它是不易燃的。的接二连三在英国使用的气球二战期间然而，它们都充满了氢气。液氢在实验室中被用来产生低温。

分析

当原子被激发时，就像在放电中一样，它们辐射出离散波长的光，这些光在原子表面上表现为线条光谱．由于原子的波长谱线是该元素的特征，原子光谱可用于识别该元素。所有这些光谱中最简单的是氢的光谱。约翰·雅各布·巴尔默1885年，瑞士数学家、中学教师约翰·路德·金发现了一个表示氢光谱线波长的方程，其中9个已在实验室中观测到，另外5个已在光谱中拍摄到明星小天狼星。波长λ (λ)，单位为埃，用公式表示:λ = 3645.6 [米²/（米²−4)),米取连续的值3,4,5，等等。直到1913年，才有了理论基础经验这个关系式是丹麦物理学家给出的尼尔斯·玻尔在他的原子辐射理论中。

旋转的运动质子给它磁属性，并使其在应用程序中进行处理磁场，就像旋转的陀螺在引力场中进动。一个特定质子进动的频率是由它的局部电决定的环境外加磁场的强度。当氢化合物用特定频率的电磁波照射时，会出现共振吸收发生在磁场强度不同的每个结构(磁)可区分质子在复合．因此,质子核磁共振使我们有可能区分氢原子的结构类型;此外，吸收峰强度与每种氢原子的数量成正比。然而，由于质子磁矩之间的磁相互作用，吸收峰经常被分裂。质子磁共振测量为研究化学结构提供了数据。

测定一种物质中总氢含量的一种方法是将该物质在纯氧流中完全氧化，纯氧与氢反应生成水蒸汽。产生的蒸汽经过一种强力的脱水剂，如高氯酸镁，它能吸收水分。从含有干燥剂的吸收管重量的增加，可以计算出氧化氢的量。气态氢或氢化合物经过高温可被氧化铜氧化物，由此产生的水可以被收集和称重，并计算出氢的量;为了测量氢气本身，氧化产生的水蒸气可以通过加热还原成氢气铀金属-氢然后被测量在一个简单的装置称为气体滴定管。

强酸性的氢原子(如在化合物如HCl, HNO_3.H₂所以₄等)可以在溶液中加入测量量的强碱，如氢氧化钠、NaOH，直到酸是中和，用指示剂来确定终点。净反应是H⁺+哦⁻→H₂弱酸性氢原子(如附在氧原子上的)乙醇C₂H₅羟基，还有乙酰胺中连在氮上的CH_3.CONH₂)可以是转换来甲烷(用气体滴定管测量)与甲基反应格氏试剂, CH_3.MgI。氢化氢原子(如NaBH)₄， LiH等)可通过与水溶液酸反应转化为分子氢(用气体滴定管测量)。