Ничего не найдено :(
    В гостях у Самоделкина! » Для детей » Получение водорода из алюминия и водного раствора щелочи, реактор, простые эксперименты

    Получение водорода из алюминия и водного раствора щелочи, реактор, простые эксперименты




    Лабораторные работы - этакое таинство позволяющее прочувствовать полезность и практичность теории из учебников и тетрадок. Живые опыты производят изрядное впечатление наглядно демонстрируя как интересен и удивителен мир вокруг. Это хороший дополнительный фактор, чтобы заинтриговать наукой юных обормотов. К превеликому сожалению современные школы все более манкируют натурными экспериментами при изучении естественных наук. Демонстрацию фото-видео, презентаций предпочитают возне с пробирками и настоящими реактивами. Это проще и дешевле для школы и преподавателя, однако и меньше вовлекает учеников. И если в школах больших городов еще существуют лаборатории при кабинетах физики и химии, то в школах сельских, дела обстоят из рук вон плохо.

    Поскольку спасение утопающих, дело сами-знаете-чьих рук, мы стараемся хоть иногда организовывать для своего ребенка интересные работы в разных областях. Чтобы если не привить любовь к исследованиям, то по крайней мере продемонстрировать. Эта работа была посвящена водороду - его простому получению и выяснению некоторых зрелищных особенностей. Заодно можно коснуться и истории (воздухоплавания - аппараты легче воздуха, Шарльеры).

    Итак. Наиболее простым и безопасным способом получения Н2 можно признать сугубо химический - из водного раствора щелочи и алюминия. Реактивы просты и относительно безопасны, водорода выделяется много - даже нетерпеливый вьюнош соскучится не успеет. Попутно мы сделали небольшой настольный (напольный) реактор позволяющий получать достаточно газа и меньше заботиться о безопасности (опрокидывании).

    Чтобы не было конфуза, первым делом попробовал сделать эксперимент самостоятельно. Взял несколько алюминиевых обрезков от работы с лампой и залил их раствором щелочи.


    Эксперимент №1


    Чистой щелочи не нашлось, применил сухой (гранулы) очиститель для труб в состав которого она входит. Надо сказать, что не все химикаты подобного рода работают в нужном качестве, например "Крот" жидкий в бутылке с носиком уточкой, на алюминий никакого впечатления не произвел - в его состав кроме щелочи входит и ингибитор коррозии.

    Мой первый эксперимент проходил ни шатко ни валко - реактивы брал на глазок, щелочи положил мало. Шарик на фото образовывался почти за двое суток. Для эксперимента №2 отмерил реактивы на весах, залил избытком воды (реакция экзотермическая, раствор разогревается), алюминий измельчил, применил катализатор - кальцинированную соду. Дело пошло существенно веселее, несколько литров газа получалось за минуты, однако, одноразовая 1.5 л ПЭТ бутылка оказалась не лучшим реактором - разогрев алюминиевой засыпки на дне деформировал и проплавил емкость, она стала протекать.


    Эксперимент №2


    Тогда было решено сделать реактор из имеющегося 2 л. порошкового огнетушителя в толстом пластиковом корпусе. Основательный корпус вселял надежду на прочность и относительную термостойкость, однако прибор узковысок и неустойчив. Гулять так гулять - мы его снабдили хорошим устойчивым подстаканником. К посильным работам привлекалась и жертва неуемной родительской педагогики.


    Итак, что нам понадобилось для изготовления и опытов.

    Б/у огнетушитель ОП-2, набор инструментов для столярных работ, ЛКМ, посуда, мелочи. Реактивы - алюминий, щелочь, вода, мыльный раствор.

    Подстаканник.

    В хороший солнечный денек подобрал подходящие обрезки сосновых досок, в основном попорченные древоточцами, не пригодные для других столярных или плотницких работ. Предварительно прострогал их, опилил в размер и прострогал еще разок до нужной толщины (12...13 мм). При этом удачно удалились все внутренние паршивцы портящие деревяшки, вместе со своими следами ходами. Чудненько.



    На пиле маятниковой (торцевой) обрезал заготовки в размер, опилил углы.



    Из дефектов на деревяшках осталась большая дырка от выпавшего сухого сучка, ничего, сойдет за люк для контроля температуры (пальцем пробовать корпус реактора), опять же - вентиляция. Зашкуриванием занимался загрустивший от трудностей научной работы ребенок.



    В дне подстаканника просверлил ряд отверстий, как в мыльнице, чтобы стекало ежели чего прольется. Заготовки скрепил клеем (столярный ПВА) с некрупными гвоздиками.





    Чтобы наш подстаканник не размокал и не пачкался грязными пальцами покрасили его в зеленый цвет засыхающими остатками эмали ПФ-115. Для работ снова был привлечен практикант, уже повеселевший - красить мы любим. Для покраски было выделено рабочее место в проветриваемом дровнике, выданы материалы, доведена техника безопасности. Деревяшки обмели и продули от пыли, для первого слоя краску слегка разбавили растворителем. Перед нанесением слоя второго, первый слегка зашкурили некрупной затертой наждачкой - чтобы удалить встопорщившиеся волокна древесины.



    Крышка реактора.

    Огнетушитель нам достался со сломанной верхней частью, но все что нужно для запирания емкости было в наличии. Большую накидную металлическую гайку удалось отвернуть зажав ее в слесарных тисках. Внутри обнаружилась соломинка с раструбом на дне (для правильного забора рабочего тела - порошка) и небольшой баллончик для сжатого газа.



    Баллончик удалось отвернуть не без труда (фиксатор или герметик на резьбе). Применили разводной ключ и тиски. Соломинку укоротили и привинтили навыворот - снаружи, получился удобный патрубок для наполнения шарика. Для присоединения нетолстого силиконового шланга сделали еще один патрубок, поменьше. Из оставшейся соломинки с раструбом получилась хорошая воронка для наполнения реактора химикатами.




    Патрубок для шланга сделали из кусочка сменной ампулы шариковой ручки. Вклеили ее термоклеем. Действовали так - полностью залили отрезок толстого красного патрубка термоклеем с одной стороны, после его застывания, залили и с другой. Чтобы расплавленный клей не выливался с обратной стороны, заткнули ее гладким металлическим (не прилипает клей) цилиндриком походящим по диаметру (гальванический элемент типоразмера ААА). Дали клею полностью остыть и отвердеть и просверлили сквозное отверстие. Получился этакий тройник.

    Сборку пластиковых частей сделали с применением силиконового герметика, залили термоклеем и несколько ненужных отверстий в крышке. Осталась только загрузочная горловина с резьбовой пробкой.


    Реактор в сборе с подстаканником.




    Транспортное положение воронки - соломинки.



    Собственно опыты.

    Первым делом не худо будет напомнить (объяснить) ребенку что происходит внутри реактора и почему оттуда выходит газ - водород. Дескать, происходит химическая реакция между водой, щелочью и алюминием. Интересно, что алюминий, паче чаяний, метал очень активный (в электрохимическом ряду металлов стоит между магнием и цинком). Он вполне способен самостоятельно вступать в реакцию с водой, но на поверхности Аl очень быстро образуется прочная пленка окисла предохраняющего металл. Щелочь удаляет оксидную пленку, происходит хим.реакция, выделяется водород.

    2Al + 2KOH + 6H2O = 2 K[Al(OH)4] + 3H2↑

    Мы решили сделать с водородом два простых опыта - наполнять им мыльные пузыри (взлетают вверх - видим что водород легче воздуха) и поджечь мыльную пену наполненную водородом (продемонстрировать горючесть). В обоих случаях нужны мыльные пузыри.

    Их мы сделали из непижонского шампуня немного разбавив его водой и добавив капельку глицерина для прочности. Попробовали что получилось, кстати пришлась и соломинка от огнетушителя.




    Ничего, все работает, можно приступать.

    К толстому патрубку реактора прикрепили ресивер - воздушный шарик. Засыпали алюминиевые гранулы, залили щелочь. Реактивы остались от предыдущих опытов, несколько изношенные, но работали.


    Гранулирование алюминия.




    Реактор не следует заливать под пробку, около 5 см лучше оставить пустыми иначе в наружу лезет щелочная пена.

    Водород - самый легкий из газов, весит он в 14.5 раз легче воздуха. Мыльный пузырь наполняемый водородом, дивным образом взлетает вверх.

    Опыт следует проводить в закрытом помещении без сквозняков, вдали от открытого пламени. Некоторое время нужно дать реактору поработать "на помещение" или выпустить на улице первую порцию накопленного газа - водород здесь с примесью воздуха. Иногда на конце соломинки (шланга) скапливается избыток мыльной жидкости, при надувании пузыря она висит капелькой на его дне как корзина аэростата и мешает взлету - после макания в мыльный раствор конец шланга лучше слегка стряхнуть. Следует помнить и о влажности полученного водорода - вместе с газом из реактора увлекается и щелочная взвесь (лопающиеся на поверхности пузырьки водорода) и испаряется вода (реакция экзотермична - раствор щелочи разогревается). Однако легкости даже влажного водорода вполне хватает для всплывания мыльных пузырей. Можно попробовать несколько осушить его, пропуская через простые фильтры.







    При надувании пузырей из тонкого шланга, довольно было и тока водорода образующегося при реакции. Регулировали мы его пережимая мягкий шланг в удобном месте. Для выдувания пузырей поосновательней, применили всю ту же соломинку сделав к ней переходник. Водород в этом случае приходилось накапливать в ресивере.




    Потренировавшись, пришли к выводу, что лучше всего запускать небольшие, не больше 3...4 см. пузырики, ведут они себя не в пример благонадежнее, поведение их вполне очевидно.

    Горение водорода.

    Водород горюч и воспламеняется чрезвычайно легко. Смесь водорода с кислородом или воздухом взрывается. Наиболее взрывчата смесь, состоящая из двух объемов водорода и одного кислорода, - гремучий газ. Такая смесь получается естественным образом при электролизе водного раствора (чаще всего щелочи) и весьма опасна в неумелых руках. Сила взрыва гремучего газа велика, скорость горения очень высока (большой риск обратного удара при использовании в горелках). Не следует собирать сколь ни будь значительное количество (наполнять объем) гремучего газа, тем более в стеклянную посуду. По возможности, сосуды для работы с гремучим газом следует делать с избыточной прочностью.

    Массовая доля водорода в воздухе, более 18 % уже грозит взрывом. Перед опытами связанными с поджиганием водорода, следует проверить его на чистоту - собрать (способом вытеснения воздуха или воды) в небольшую емкость (обычно это пробирка) водород и поджечь его поднеся к пламени. Чистый водород сгорает относительно спокойно, с легким хлопком. Наличие примеси воздуха приводит к взрыву - это короткий резкий ДАХ! бьющий по ушам. Разница слышна очень хорошо.

    В качестве проверки на чистоту мы поджигали небольшой пузырек (мыльный) с водородом.

    Основной эксперимент - получение мыльной пены с водородом внутри, поджигание её. Мыльный раствор использовали из предыдущего опыта, накапливали в шарике-ресивере газ, погружали конец шланга в мыльный раствор и открывали кран. Плошку с водородной пеной относили подальше от реактора и поджигали. Удобно использовать зажигалку для газовой плиты с длинным носиком или горящую лучинку. Мы бросали в пену горящую спичку.






    Ресивер с водородом мы отсоединили от реактора и презентовали учащемуся для развлечения. Заслужил, молодец.




    Бабай Мазай, май, 2020 г.
    Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
    8
    Идея
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    10
    Описание
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    10
    Исполнение
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    Итоговая оценка: 9.33 из 10 (голосов: 1 / История оценок)

    Добавить комментарий

    10 комментариев
    Бабай_Мазай Автор
    Новий Стандарт,
    Конечно, здесь как в бочке дегтя, вроде бы где то непременно есть капля меда, да поди ее отыщи. А про тестовую угадайку на экзаменах и говорить нечего. Не раз попадались экзаменаторы с большим понятием - даже если формального ответа они не получали, то были вполне удовлетворены общим впечатлением от беседы со студентом и тот получал приличную оценку или зачет. Кроме того, надо полагать, во внимание принимались, усердие, заинтересованность и прилежание в течении семестра. Теперь, такой учащийся должен отсеиваться. Тестовая система конечно удручает - иногда приходится помогать дочери разбираться с домашкой или непонятной темой - прочувствовал. Удручает, да. Кроме прочего, теряется и способность рассуждать, связно и ясно формулировать мысли.
    Новий Стандарт
    Бабай_Мазай,
    "информации сейчас даже переизбыток"

    Раньше на вступительных экзаменах в институт давали вопросы и чистые листы-на них писать и если надо рисовать правильний ответ. А сейчас нет, после школы тесты, угадал не угадал, в тестах некоторые могут и не понимать о чем вопрос и просто играют как в лоторею.
    Мне кажется что переизбыток информации в том числе и не правдивой в современном обществе есть проблемой
    Понял квантовую механику - гений
    Бабай_Мазай Автор
    Korolev,
    Да уж, всегда найдутся понимающие превратно. Как говАривал тов.Мерфи - все что может быть понято неправильно, будет понято неправильно. Кстати, учебники на экзаменах не такая уж и помощь - длинно, мудрено, сложно искать нужное. Другое дело конспекты, но ведь их нужно тщательно и аккуратно вести... У нас рядом с институтом был платный ксерокс, за малую мзду делал копии почти с любого печатного источника и любого практически применимого формата. Золотое дно кстати сказать - студиозусов всегда очереди стояли. Так не раз видел как тетушка-оператор чей то конспект превращала в шпаргалку - как то мудрено копировала его с уменьшением на несколько страниц с обеих сторон и вуаля. Никаких ночей без сна. И ловкость, с какой она это проделывала, говорила о немалой практике. Мораль выводить не буду, хотя и хочется. Хм, в целом, неоднозначно все. Вроде бы прогресс и дополнительные возможности, но применять их нужно только с умом и скрепив сердце печатью стойкости и выработанных принципов. Иначе он расхолаживает и развращает. Да только где она эта стойкость и принципы в юном возрасте. Нет, все таки вывел...
    Korolev
    Бабай_Мазай,
    Мой преподаватель по электронике (техникум) разрешал особенным обалдуям на экзамене пользоваться учебниками
    У нас в институте, преподаватель по дискретной математике тоже разрешил пользоваться любой литературой. Когда староста группы (дюймовочка, ростиком 1,5 м, "сложенная из лучинок"), вошла в аудиторию на подгибающихся ножках, с двумя огромными портфелями, набитыми книгами ...
    Бабай_Мазай Автор
    Новий Стандарт,
    Очень хорошо, спасибо. Не детям так их родителям. Глядишь, где-то чего-то прибавится или некий вопрос обретет ясность. Мой преподаватель по электронике (техникум) разрешал особенным обалдуям на экзамене пользоваться учебниками и это был не просто жест отчаяния - отмахнуться, отделаться. Если человек узнает что-то в этой области хотя бы на экзамене, говорил он, это уже неплохо (а в состоянии стресса информация врезается в память надолго). Да и то сказать - обучение в ВУЗах ценно не полученной в этих стенах информацией, а в первую очередь развитием личности студиозусов, например, тот же техникум - почти как школа. Наименьшая учетная единица - группа, классный преподаватель как наседка над цыплятами, хотя на последних курсах было посвободнее - спецпредметы как-то хорошо разделяли на заинтересованных и не особенно. А вот институт совсем другое дело - тут каждый сам по себе и никто за руку не водит. В моем институтском наборе впервые стали брать после школы (раньше, до поступления в институт нужно было обязательно закончить техникум) и помню их растерянные лица во время первых сессий. Потом ничего, пообвыклись. То есть главная ценность в полученном навыке самостоятельной, хм, можно сказать научной работы.

    К чему я это все? Ах да - учиться всегда интересно (шепотом - особенно, когда никто не заставляет), информации сейчас даже переизбыток. Энтузиазма только не наблюдается, особенно у тех кому он положен по уставу. А так повторюсь - глядишь и попадется на глаза кому следует. Он это запомнит и выложит на уроке химии в школе, его похвалит учительница, он проникнется уважением к самообразованию и в конце концов станет видным ученым и изобретет нуль-транспортировку или холодный термоядерный синтез!
    Новий Стандарт
    Бабай_Мазай,
    Наверное следовало бы розьяснить от куда я взял 72 обьема воздуха и 28 водорода (гримучая смесь).
    Могу пояснить, если учашиеся дети читают вашу статтью, им думаю будет полезно это знать, пригодится на экзамене.
    Водород реагирует с кислородом по формуле:
    2Н2+02=2Н2О, то есть 2 обьема водорода с 1 обьемом кислорода, тут все понятно, но в воздухе кислорода около 20% (воздух-кислородосодержащая смесь), это значит что воздуха надо (100%\20%=5) в 5 раз больше чем чистого кислорода. А значит формула будет такой:
    2Н2+5Воздуха=2Н2о, тут можно сократить ее и записать так:
    Н2+2,5Воздуха=Н2о. С этого следует что общий обьем который по формуле с воздухом вступает в реакцию будет 1+2,5=3,5 (обьема). С 3,5 обьема которые соответствует 100% общей смеси 2,5 будет принадлежать некому проценту- около 72 %, а 1 (обьем), остальному проценту, то есть 28 %
    Понял квантовую механику - гений
    Бабай_Мазай Автор
    Новий Стандарт,
    Пожалуй Вы правы. Тоже давеча думал об этом и пришел к похожим выводам. Надо думать ошибка. Вот так слепо доверять авторитетам. Спасибо.
    Новий Стандарт
    Бабай_Мазай,
    "Так же считают и тов. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - "Химия. Учебник для 8 класса средней школы". Москва, Просвещение, 1993 г. стр. 65, на полях. "

    О масовой доле я не согласен с ними тогда,там всетаки обьемная доля.

    Вот поясню на пальцах, водород имеет плотность 0,09 кг/м3. Воздух 1,29 кг/м3, что бы вытеснить 18 % веса с куба воздуха надо от него отнять 0,23 кг/м3 (18% по массе), при этом тот водород будет иметь обьем 0,23/0,09= 2,59 м3 ! Выходит просто при нормальном атмосферном давлении невозможно получить такую смесь газов по массе. А по обьему можно: 72 обьема воздуха и 28 водорода (гримучая смесь).

    Когда-то делал эксперимент с хлопком водорода, потом в ушах был звон 2 дня, надо пробки в уши ставить на всякий влучай. Даже если водород в маленькой колбе, он может ее рознести вдребезги,тут надо осторожно, очки также использовать
    Понял квантовую механику - гений
    Бабай_Мазай Автор
    Боюсь, что именно массовая. Так же считают и тов. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - "Химия. Учебник для 8 класса средней школы". Москва, Просвещение, 1993 г. стр. 65, на полях. Очень симпатичный учебник, не чета нынешним. Держу для дочери, но иногда приходится заглядывать и самому.

    И да, гремучка - опасная штука, легкомысленность, с которой орудуют созидатели электролизеров-на-скорую-руку, удручает.
    Новий Стандарт
    "Массовая доля водорода в воздухе, более 18 % уже грозит взрывом"

    Наверное вы имели в виду обьемная доля,ведь водород очень легкий, там насколько помню 28 % водорода в воздухе по обьему дает гримучую смесь. Причем от небольшого хлопка можна оглохнуть, тут надо осторожно он еще может грохнуть даже от УФ-излучения солнца. Большинство веществ его долго не держут, он проникает сквозь стенки, поэтому его тяжело сохранять в сосудах
    Понял квантовую механику - гений

    Привет, Гость!


    Зарегистрируйтесь

    Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы...

    Войти

    Добавьте самоделку

    Добавьте тему

    Онлайн чат

    Опрос
    А Вы знаете, что на сайте оплачиваются отчеты о создании самоделок?

    Последние комментарии

    Все комментарии