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1、實(shí)用文檔電解水制氫的原理字體大?。捍?中-小SBEPL?發(fā)表于09-06-0306:37??閱讀(1274)?評(píng)論(0)日志復(fù)制網(wǎng)址隱藏簽名檔大字體第二節(jié)??電解水制氫的原理一、氫氣的工業(yè)制法在工業(yè)上通常采用如下幾種方法制取氫氣：一是將水蒸氣通過(guò)灼熱的焦炭（稱(chēng)為碳還原法），得到純度為75%左右的氫氣；二是將水蒸氣通過(guò)灼熱的鐵，得到純度在97%以下的氫氣；三是由水煤氣中提取氫氣，得到的氫氣純度也較低；第四種方法就是電解水法，制得的氫氣純度可高達(dá)99%以上，這是工業(yè)上制備氫氣的一種重要方法。在電解氫氧化鈉（鉀）溶液時(shí)，陽(yáng)極上放
2、出氧氣，陰極上放出氫氣。電解氯化鈉水溶液制造氫氧化鈉時(shí)，也可得到氫氣。對(duì)用于冷卻發(fā)電機(jī)的氫氣的純度要求較高，因此，都是采用電解水的方法制得。二、電解水制氫原理所謂電解就是借助直流電的作用，將溶解在水中的電解質(zhì)分解成新物質(zhì)的過(guò)程。1、電解水原理在一些電解質(zhì)水溶液中通入直流電時(shí)，分解出的物質(zhì)與原來(lái)的電解質(zhì)完全沒(méi)有關(guān)系，被分解的是作為溶劑的水，原來(lái)的電解質(zhì)仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類(lèi)電解質(zhì)。在電解水時(shí)，由于純水的電離度很小，導(dǎo)電能力低，屬于典型的弱電解質(zhì)，所以需要加入前述電解質(zhì)，以增加溶液的導(dǎo)電能力，使
3、水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。氫氧化鉀等電解質(zhì)不會(huì)被電解，現(xiàn)以氫氧化鉀為例說(shuō)明：（1）氫氧化鉀是強(qiáng)電解質(zhì)，溶于水后即發(fā)生如下電離過(guò)程：????????????????????????文案大全實(shí)用文檔于是，水溶液中就產(chǎn)生了大量的K+和OH-。（2）金屬離子在水溶液中的活潑性不同，可按活潑性大小順序排列如下：K＞Na＞Mg＞Al＞Mn＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H＞Cu＞Hg＞Ag＞Au在上面的排列中，前面的金屬比后面的活潑。（3）在金屬活潑性順序中，越活潑的金屬越容易失去電子，否則反之。從電化學(xué)理論上看，容易得到電子的
4、金屬離子的電極電位高，而排在活潑性大小順序前的金屬離子，由于其電極電位低而難以得到電子變成原子。H+的電極電位=-1.71V，而K+的電極電位=-2.66V，所以，在水溶液中同時(shí)存在H+和K+時(shí)，H+將在陰極上首先得到電子而變成氫氣，而K+則仍將留在溶液中。（4）水是一種弱電解質(zhì)，難以電離。而當(dāng)水中溶有KOH時(shí)，在電離的K+周?chē)鷦t圍繞著極性的水分子而成為水合鉀離子，而且因K+的作用使水分子有了極性方向。在直流電作用下，K+帶著有極性方向的水分子一同遷向陰極，這時(shí)H+就會(huì)首先得到電子而成為氫氣。2、水的電解方程在直流電作用于
5、氫氧化鉀水溶液時(shí)，在陰極和陽(yáng)極上分別發(fā)生下列放電反應(yīng)，見(jiàn)圖8-3。??圖8-3??堿性水溶液的電解（1）陰極反應(yīng)。電解液中的H+（水電離后產(chǎn)生的）受陰極的吸引而移向陰極，接受電子而析出氫氣，其放電反應(yīng)為：??????????????????文案大全實(shí)用文檔（2）陽(yáng)極反應(yīng)。電解液中的OH-受陽(yáng)極的吸引而移向陽(yáng)極，最后放出電子而成為水和氧氣，其放電反應(yīng)為：????????????????????陰陽(yáng)極合起來(lái)的總反應(yīng)式為：電解????????????????????所以，在以KOH為電解質(zhì)的電解過(guò)程中，實(shí)際上是水被電解，產(chǎn)生氫氣
6、和氧氣，而KOH只起運(yùn)載電荷的作用。三、電解電壓在電解水時(shí)，加在電解池上的直流電壓必須大于水的理論分解電壓，以便能克服電解池中的各種電阻電壓降和電極極化電動(dòng)勢(shì)。電極極化電動(dòng)勢(shì)是陰極氫析出時(shí)的超電位與陽(yáng)極氧極出時(shí)的超電位之和。因此，水電解電壓U可表示為：????????????????????式中U0——水的理論分解電壓，V；????I——電解電流，A；????R——電解池的總電阻，Ω；??——?dú)涑娢唬琕；??——氧超電位，V。從能量消耗的角度看，應(yīng)該盡可能地降低電解電壓。下面討論影響電解電壓的幾個(gè)因素：（1）水的理論分解
7、電壓UO。熱力學(xué)的研究得出：原電池所做的最大電功等于反應(yīng)處由能變的減少，即：??????????????????式中????——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電池反應(yīng)的吉布斯自由能變，J/mol；??????????n——反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)；??????????F——法拉第常數(shù)，96500C/mol；????????E0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)，V。文案大全實(shí)用文檔在生成水的化學(xué)反應(yīng)中，自由能變?yōu)?474.4kJ/mol，即????2H2（g）+O2（g）=2H2O(1)????這是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，在兩個(gè)電極上的半反應(yīng)分別為：????
8、??????????????????O2+4H++4e=2H2O??????????????????????2H2=4H++4e電子轉(zhuǎn)移數(shù)n=4，由=-NFE0得????????????????????????-474.4×103=--4×96500E0?????????????????????????
