Shanxian Chemical

二十磅铝产氢记
今有二十磅铝，欲求其所产氢气之量。铝与他物作用而生氢，此乃化学之常理。

夫铝之性质活泼，遇适宜之试剂，便起反应。常见者，铝与酸液相逢，如硫酸、盐酸之类，其应如下：铝（$Al$）与盐酸（$HCl$）反应，生成氯化铝（$AlCl_{3}$）与氢气（$H_{2}$）。依化学方程式：$2Al + 6HCl = 2AlCl_{3} + 3H_{2}\uparrow$ 。

由式可知，二摩尔之铝，可产三摩尔之氢。先算二十磅铝之物质的量。一磅约为$453.592$克，二十磅则为$20\times453.592 = 9071.84$克。铝之摩尔质量约为$27$克/摩尔，故二十磅铝之物质的量为$n(Al)=\frac{9071.84g}{27g/mol}\approx336.0mol$ 。

依上述反应比例，设其所产氢气之物质的量为$n(H_{2})$，则$\frac{n(Al)}{2}=\frac{n(H_{2})}{3}$，即$n(H_{2})=\frac{3}{2}n(Al)$。将$n(Al)=336.0mol$代入，可得$n(H_{2})=\frac{3}{2}\times336.0mol = 504.0mol$ 。

氢气之摩尔质量为$2$克/摩尔，故所产氢气之质量$m(H_{2}) = n(H_{2})\times M(H_{2}) = 504.0mol\times2g/mol = 1008$克。若以升计，在标准状况下，气体摩尔体积约为$22.4$升/摩尔，则氢气体积$V(H_{2}) = n(H_{2})\times V_{m}=504.0mol\times22.4L/mol = 11289.6$升。

由此观之，二十磅铝经此反应，可得氢气之量如上所述。此于化工生产、能源研究等诸领域，皆具重要之参考价值。