一种金属铜制H₂的方法

专利名称：一种金属铜制H₂的方法
技术领域：
本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种金属铜制H2的方法。

背景技术：
众所周知，根据化学理论知识，金属铜Cu是不活泼金属，在金属活动性顺序表中它排在氢元素之后，也就是铜Cu与非氧化性酸液混合不能产生氢气，或者说Cu不能还原H+成H2。进一步从电极电势知识的角度考虑，也会得出同样结论，因为


都高于

因此长期以来金属铜被普遍认为不能与酸反应产生氢气。


发明内容
然而，尽管电极电势数据显示金属铜Cu属于不活泼金属，但本发明认为通过选择适宜添加剂的方法是可以提高金属铜的还原性的。
本发明的目的就是通过选择适宜的添加剂来提高金属铜的还原性，从而提供一种金属铜制H2的方法。
本发明的方法包括如下的步骤 (1)在容器中依次加入硫脲和稀硫酸，充分混合；并使混合液中硫脲浓度大于0.1mol/L，硫酸浓度小于4mol/L。
(2)将铜屑或铜片充分浸入到步骤(1)所得的混合溶液中； (3)将前述浸有铜屑或铜片的混合溶液加热，有气体产生，收集所产生的气体并验纯； (4)做气体的验证试验，结果表明所产生的气体是氢气。
本发明方法更具体地说 步骤(1)包括向具支试管中依次加入3g硫脲和4mol/L硫酸10mL后充分振动试管，再把大试管固定在铁架台上； 步骤(2)包括用头发丝或细线的一端捆住铜屑或铜片，另一端捆在硬铁棒的一端；将硬铁棒的另一端自试管塞小面插穿试管塞并固定在试管塞中；盖好试管塞，推拉硬铁棒调节高度，以使铜屑或铜片浸入在混合液下的一定位置； 步骤(3)包括在大试管下点燃酒精灯，有气体产生，用排水法收集所产生的气体并验纯； 步骤(4)包括做气体的验证实验，当该气体与适当空气混合后点燃能发出爆鸣声；经验纯后的气体在空气中能安稳燃烧，进一步检验其产物只含水；经上述检验，结果表明实验中所产生的气体是氢气。
本发明的方法，所用仪器、装置简单，操作便捷、安全；药品、材料易得，耗时短；可靠性强，成功率高，现象明显；可用于化学化工、基础理论研究和应用基础研究。
本发明还具有如下的积极效果 (1)有效地克服了传统的偏见。
(2)有助于从理论上和实验中充分认识金属铜的化学性质，深刻理解金属铜活泼性的调变规律，对如何准确掌握和灵活运用这些规律更好地为生产和生活服务提供新的实验依据。
(3)开创了新的制氢方法。
(4)为如何将课堂教学与科学研究有机地结合起来发挥积极的促进作用，也是对学生进行个性化教育，拓展良好个性和创造思维的有效方法。



图1是本发明实施例的实验装置图。

具体实施例方式 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
参见图1，是本实施例的实验装置图，其中，1是硬铁棒，2是头发丝，3是铜屑，4是硫脲和稀硫酸的混合液，5是碱石灰，6是水。
本发明的具体操作步骤如下 (1)用头发丝2的一端捆住铜屑3，另一端捆在硬铁棒1的一端。
(2)将硬铁棒1的另一端自试管塞小面插穿试管塞并固定在试管塞中。
(3)向具支试管中依次加入3g硫脲和4mol/L硫酸10mL后充分振动试管，再把大试管固定在铁架台上。
(4)盖好试管塞，推拉硬铁棒1调节高度，以使铜屑3浸入在混合液4下的一定位置。
(5)点燃酒精灯。
(6)用排水法收集产生的气体并验纯。
(7)做气体的验证实验。
(8)实验完毕，首先将硬铁棒1往上提，使铜屑脱离酸液面，再熄灭酒精灯。
该气体的检验结果表明(1)该气体具有爆鸣性与适当空气混合后点燃能发出爆鸣声；(2)该气体具有可燃性经验纯后的气体在空气中能安稳燃烧，进一步检验其产物只含水。
经上述检验，结果表明实验中所产生的气体确实是氢气。
本发明原理的化学反应式是


本发明的理论依据是由于溶液中

较大，相应H+的氧化性有所增强，即

更为重要的是因为亚铜离子Cu+易与硫脲S＝C(NH2)2结合生成在酸性溶液中稳定的配离子[Cu(S＝C(NH2)2)4]+，实质上也就是大大地降低了

的Cu+的浓度，使金属铜Cu的还原性显著提高，因而导致本实验能够顺利进行。
我们还能运用计算的方法，进一步说明本发明成功的必然性。
首先计算正极电对的电极电势

(1)式中由于

现设


代入其中计算得
再计算负极电对的电极电势

为
由于

K稳＝2.51×1015 因此，
把K稳＝2.51×1015，并令c([Cu(S＝C(NH2)2)4]+)＝0.1mol/L，c(S＝C(NH2)2)＝0.1mol/L代入(3)式计算得
再把


代入(2)式计算得
最后计算反应(c)式的电动势
上述理论分析和计算结果充分表明，创造合适的反应条件，是可以用金属铜置换稀硫酸中的氢的。
权利要求
1.一种金属铜制H2的方法，其特征在于包括如下步骤
(1)在容器中依次加入硫脲和稀硫酸，充分混合；并使混合液中硫脲浓度大于0.1mol/L，硫酸浓度小于4mol/L。
(2)将铜屑或铜片充分浸入到步骤(1)所得的混合溶液中；
(3)将前述浸有铜屑或铜片的混合溶液加热，有气体产生，收集所产生的气体并验纯；
(4)做气体的验证试验，结果表明所产生的气体是氢气。
2.根据权利要求1所述的金属铜制H2的方法，其特征在于
步骤(1)包括向具支试管中依次加入3g硫脲和4mol/L硫酸10mL后充分振动试管，再把大试管固定在铁架台上；
步骤(2)包括用头发丝或细线的一端捆住铜屑或铜片，另一端捆在硬铁棒的一端；将硬铁棒的另一端自试管塞小面插穿试管塞并固定在试管塞中；盖好试管塞，推拉硬铁棒调节高度，以使铜屑或铜片浸入在混合液下的一定位置；
步骤(3)包括在大试管下点燃酒精灯，有气体产生，用排水法收集所产生的气体并验纯；
步骤(4)包括做气体的验证实验，当该气体与适当空气混合后点燃能发出爆鸣声；经验纯后的气体在空气中能安稳燃烧，进一步检验其产物只含水；经上述检验，结果表明实验中所产生的气体是氢气。
全文摘要
本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种金属铜制H2的方法。本发明的方法包括如下的步骤(1)在容器中依次加入硫脲和稀硫酸，充分混合；(2)将铜屑或铜片充分浸入到步骤(1)所得的混合溶液中；(3)将前述浸有铜屑或铜片的混合溶液加热，有气体产生，收集所产生的气体并验纯；(4)做气体的验证试验，结果表明所产生的气体是氢气。本发明的方法，所用仪器、装置简单，操作便捷、安全；药品、材料易得，耗时短；可靠性强，成功率高，现象明显；开创了新的制氢方法，可用于化学化工、基础理论研究和应用基础研究。
文档编号C01B3/08GK101798062SQ20101014977
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者李大塘, 李攀硕 申请人:湖南科技大学