使用炽热的铁从水中制取氢气是一种缓慢而烦琐的方法:想要制得少量的氢气,也必须把同样的操作方法反复进行好几次才行。而如果用炽热的炭来代替,虽然能比较快速地得到结果,但所制的氢气却并不纯净,其中还混杂着由炭生成的其他气体,约尔发现的蓝色火焰便由此产生。幸亏他们做这个实验的目的只是证明水里含有可燃的氢。要想在短时间内制取大量的氢气,就需要另想办法了。
保罗叔叔说:“现在,我们不能再用炽炭从水中制取氢气了。我们用这个方法收集的氢气,其实是好几种气体的混合物,要明确氢气的性质,必须制取纯净的氢气才行。而用炽热的铁制取的方法也不必再试了,因为这样制取的氢气虽然纯净,但分量却太少了。
“现在,我们需要进行一种极简单的操作就能制取大量氢气,而不必购置工具,比如,熔炉、风炉等,都可以不使用。你们已经了解非金属氧化物遇水会变成酸,又由刚刚的实验知道水含有氢,从此可以推知:只要是酸就必然含有氢。我可以告诉你们,铁不但能分解水,还能分解用水稀释过的硫酸,并且无须加热。铁和硫酸反应,硫酸中的氢就会很容易地分解出来。我还想告诉你们,另一种普通金属锌分解硫酸比铁更容易,不过也需借助水。所以铁、锌都可以用来制取氢气。不过,有锌的话还是用锌最好。如果没有锌,则最好使用铁屑,因为铁屑的颗粒小,有着较大的表面积,与其他物质接触易发生化学反应。
“我在这个杯子里盛了一些水和从用旧的干电池上拆下的几片锌。此刻,杯子里并没有发生什么化学反应,一切都维持原样。但我倒入了一些硫酸,再将它们搅匀,杯中的水就开始猛烈沸腾起来,放出大量气泡升到水面上,一一破裂。这些气泡是硫酸分解出的,它们就是氢气,与铁匠铺里用炽热的铁和水制取的可燃气体完全相同。你们仔细观察!我将一张燃烧的纸接近水面,那些破裂的气泡就立即着火并发出爆鸣声,它的火焰非常暗淡,只有在黑暗中才能看见。气泡持续上升,爆鸣声也噗噗响个不停。”
这种像射击一般的声响和水面上跳跃的火焰已经十分有趣了,但让这两位少年观察家更感兴趣的是:杯中的水并没有在火上加热就已经自己沸腾了,而且杯壁很热,几乎无法用手握住。保罗叔叔早就猜到他们会提出这样的疑问,于是说道:“注意看这个杯子!氢气气泡最初在锌片上生成,因为这就是发生硫酸分解化学反应的地方。这些气泡从液体中上升就引起了很大骚动,就像是火上的沸水被气泡所骚动一样。其实,就整体而言,杯子中的液体并没有运动,只是被突然上升的气泡搅乱了,如果你们用一根麦秆向水中吹气,也会有相同的情况发生。所以液体外观上虽然像是沸腾了,实际上却是一种错觉。”
爱弥儿不相信地说:“可是杯壁很热呀,我根本无法用手握住。”
“杯壁固然很热,但热度还远远没有达到水的沸点。如果你希望我证明一下这一点,我只要用钳子将锌片取出来。这样,液体就不会再产生气泡了,而会立刻平静下来。”
“可是,液体还是很热。请问杯子底下没有点火,热量是从哪儿来的呢?”
“我懂了,原来爱弥儿对于无火而产生热还有一些疑惑。现在,我来
问你,从前我们做硫黄和铁屑的混合物实验时,其瓶壁也十分热,当时我们有没有用到火?泥水匠向石灰中注冷水,其温度也会升高,他用到火了吗?以上的两个例子都是无火而产生热。其中的原因很简单:
只要是发生化合反应必定会释放热量。
“这个杯子的热是另外一个实例:硫酸被分解了,硫酸中的氢被分解出,但同时硫酸中的其他元素却与金属发生相反的反应——化合。产生的热便是由于这个反应导致的。”