Электрохимический метод получения водорода

 

Метод заключается в электролизе водный растворов кислот или щелочей с целью получения H2 и O2. Этот метод разработан в 1789 году и развит в тех странах, где дешёвая электроэнергия. Производство энергоёмкое, но сам способ самый дешёвый и простой.

Чистая вода имеет очень малую электропроводность вследствие того, что только ничтожное количество молекул воды диссоциирует на ионы

H2O H+ + OH-

Константа диссоциации воды KW = 10-14 (при 25°C). Удельная электропроводность воды также мала æ = 10-8 Ом-1∙см-1. Поэтому электролиз ведут не чистой воды, а растворов кислот или щелочей.

Например:

1. Раствор H2SO4.

Диссоциация в растворе

H2SO4 2H+ + SO полностью

H2O H+ + OH- очень мало

на К (–) 2H+ + 2ē = H2

на А (+) Возможны реакции:

2OH- – 2ē = H2O + ½O2 E = 0,41 В

SO – 2ē + H2O = H2SO4 + ½O2 E = 1,96 В

H2O – 2ē = 2H+ + ½O2 E = 1,23 В

Отсюда должны разряжаться ионы OH-, но их очень мало, и идёт реакция 3.

2. Раствор NaOH.

Диссоциация в растворе

NaOH Na+ + OH- полностью

H2O H+ + OH- очень мало

на А (+) 2OH- – 2ē = H2O + ½O2

на К (–) Возможны реакции:

2H+ + 2ē = H2↑ E = 0,41 В

Na+ + ē = Na E = –2,7 В

H2O + 2ē = H2 + 2OH- E = 1,23 В

Также как и в случае раствора кислоты здесь идёт в основном реакция 3.

Но суммарная реакция в обоих случаях одна:

H2O H2 + ½O2

– идёт разложение воды, а ионы кислоты или щёлочи служат переносчиками электричества.

Характерной особенностью электролиза воды является также то, что разлагается только лёгкая вода – H2O, в то время как тяжёлая вода – D2O остаётся в растворе. В обычной воде содержание D2O – 0,02%. В процессе электролиза происходит накопление тяжёлой воды в растворе, затем её выделяют ректификацией (tкип = 101,4°C). Электролитическая установка мощностью 1 МВт может дать до 80-100 кг D2O в год.

Количество полученных H2 и O2 определяется количеством пропущенного электричества. По закону Фарадея для разложения 1 г-экв любого вещества необходимо затратить 96500 Кл электричества. По уравнению электролиза

2F H2O = H2 + ½O2

для разложения 1 г-моля H2O необходимо затратить

96500∙2 = 193000 Кл (А∙сек) или А∙ч

При затрате 1 А∙ч выделяется

V(H2) = = 418 см3 и V(O2) = = 209 см3

Производительность ванный по водороду составляет

W = 418Iτ

I – сила тока, τ – время электролиза.

Отсюда, для получения 1 м3 (106 см3) H2 и 0,5 м3 O2 необходимо теоретические затратить электроэнергии

Iτ = = 2390 А∙ч

Теоретическая ЭДС ванны по уравнению Гиббса-Гельмгольца

Q – тепловой эффект для 1 г-моля H2O, n – число г-экв разлагающегося вещества, 0,239 – тепловой коэффициент электрической энергии, – температурный коэффициент ЭДС.

Получаем E = 1,23 В. На практике E ~ 3 В.

Электролитами для электролиза воды могут служить H2SO4, NaOH, KOH, Na2CO3, но обычно KOH.

Выбор в качестве электролита KOH обусловлен тем, что в условиях электролиза электроды можно изготовлять из простой конструкционной стали. Концентрация электролита 29% KOH или 17% NaOH, так как у этих растворов максимальная æ.

Для получения 1 м3 H2 и 0,5 м3 O2 необходимо затратить

H2O

Практически же расходуется больше воды, так как при высоких температурах происходит испарение и унос воды с газом.

 








Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 1519;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.