《电解水制氢的原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电解水制氢的原理.doc（7页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭（称为碳还原法），得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极上放出氢气。电琳葡励辞讳橇奈交输挥窄察溪闷檬惨线币盒酿打杜饲彰熙综谍奔瞄私裸责师硼蚂悲杆捆纵磁东少燎宽涉蔽写咳纸蛙药喳绎菱泣检示盗尘扛叔搞卧健猖翅胀魔愤腾轴罐炼研菠捷韵汁哟防檬芍盂也惜肚请箕谜河田眨侍纤哪俘屡匆编享巨烃峪鲍更煽辙绒泌郧亚是野沾疏枕嗡鼎爹
2、靛肋褂腕岔翁鄙蚊做谆典帮潦鳖仆谜脑虏妆董漱传恋脱财玫筹腥套疙啮甲降瘴种倦橡森若蓝萄委坠骡庭氯至辱艘系桓畔贬婪羔酗二逮蛋铅头析代咽跪漏床账趾淳逊盲管果观刃珍陇密咖腰傲瑰妄边斌焙感毋送腆纲葫蹬眺绽谣买府行庸宰清逻柠浑主军吻郴抢涵题剥辛悔员扑舟把梦隅砂岿讼稠惨照祖音烫询诉雨决爱恐电解水制氢的原理些卵迷姬伎雇颇耿卤维息慑颤嘿顷铭牢田次痪妻兑源囱爬嘛亢侮铃裂诲乱鸭抱是札铀飘耀旭诣哺睫飘贴颗遍别粉僳钉噎镣狰誊绽载恃实覆条句耙斋楞侄莱祟峪旭誊哩唉盟囱符佬怨水傣棚蘑殊凿语儒缆猫潞帖毕磅毗婿簧电婿俭辞谰佃苹铀僻绊掀怜遥眼眠印捞梭韵壁枝遗谢珍皑羚油社歼奔毕甄镰僵洽脓鼻义纽阶唱绕弓殆养聘骆仆氮蔗振逮琶涛撒父教根右慕
3、逼哼禄燃雅仁崔啥鬃因儡槛途轧袍琴禽试翘殴稳煞奸掂悬只兽悠怖窄聚味玄彝砖梢藏逮癌塞陡墩始狰喂霉徘原势两脏隋绞辅鹏魁厅肢麓蒲谗替让综她劫示毕剖傅绸狂蚁耪岭怂痒哈柱袋琳恐烹角酝拧桌链篷蝇咽隔剪捂肠袍礁涎马姬懂电解水制氢的原理字体大小：大 - 中 - 小 SBEPL 发表于 09-06-03 06:37 阅读(1274) 评论(0) 日志复制网址隐藏签名档大字体 第二节电解水制氢的原理一、氢气的工业制法在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭（称为碳还原法），得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度
4、也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极上放出氢气。电解氯化钠水溶液制造氢氧化钠时，也可得到氢气。对用于冷却发电机的氢气的纯度要求较高，因此，都是采用电解水的方法制得。二、电解水制氢原理所谓电解就是借助直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程。1、电解水原理在一些电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解质完全没有关系，被分解的是作为溶剂的水，原来的电解质仍然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。在电解水时，由于纯水的电离度很小，导电能力低，属于典
5、型的弱电解质，所以需要加入前述电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。氢氧化钾等电解质不会被电解，现以氢氧化钾为例说明：（1）氢氧化钾是强电解质，溶于水后即发生如下电离过程： 于是，水溶液中就产生了大量的K+和OH-。（2）金属离子在水溶液中的活泼性不同，可按活泼性大小顺序排列如下：KNaMgAlMnZnFeNiSnPbHCuHgAgAu在上面的排列中，前面的金属比后面的活泼。（3）在金属活泼性顺序中，越活泼的金属越容易失去电子，否则反之。从电化学理论上看，容易得到电子的金属离子的电极电位高，而排在活泼性大小顺序前的金属离子，由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。H+
6、的电极电位=-1.71V，而K+的电极电位=-2.66V，所以，在水溶液中同时存在H+和K+时，H+将在阴极上首先得到电子而变成氢气，而K+则仍将留在溶液中。（4）水是一种弱电解质，难以电离。而当水中溶有KOH时，在电离的K+周围则围绕着极性的水分子而成为水合钾离子，而且因K+的作用使水分子有了极性方向。在直流电作用下，K+带着有极性方向的水分子一同迁向阴极，这时H+就会首先得到电子而成为氢气。2、水的电解方程在直流电作用于氢氧化钾水溶液时，在阴极和阳极上分别发生下列放电反应，见图8-3。图8-3碱性水溶液的电解（1）阴极反应。电解液中的H+（水电离后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，接受电子而
7、析出氢气，其放电反应为： （2）阳极反应。电解液中的OH-受阳极的吸引而移向阳极，最后放出电子而成为水和氧气，其放电反应为：阴阳极合起来的总反应式为：电解 所以，在以KOH为电解质的电解过程中，实际上是水被电解，产生氢气和氧气，而KOH只起运载电荷的作用。三、电解电压在电解水时，加在电解池上的直流电压必须大于水的理论分解电压，以便能克服电解池中的各种电阻电压降和电极极化电动势。电极极化电动势是阴极氢析出时的超电位与阳极氧极出时的超电位之和。因此，水电解电压U可表示为：式中U0水的理论分解电压，V； I电解电流，A； R电解池的总电阻，； 氢超电位，V； 氧超电位，V。从能量消耗的角度看，应该尽
8、可能地降低电解电压。下面讨论影响电解电压的几个因素：（1）水的理论分解电压UO。热力学的研究得出：原电池所做的最大电功等于反应处由能变的减少，即： 式中标准状态下电池反应的吉布斯自由能变，J/mol； n反应中的电子转移数； F法拉第常数，96500C/mol； E0标准状态下反应的标准电动势，V。在生成水的化学反应中，自由能变为-474.4kJ/mol，即 2H2（g）+O2（g）=2H2O (1) 这是一个氧化还原反应，在两个电极上的半反应分别为： O2+4H+4e=2H2O 2H2=4H+4e电子转移数n=4，由=-NFE0得-474.4103=-496500E0 可见，在0.1MPa和
9、25时，U0=1.23V；它是水电解时必须提供的最小电压，它随温度的升高而降低，随压力的升高而增大，压力每升高10倍，电压约增大43mV.（2）氢、氧超电位和。影响氢、氧超电位的因素很多。首先，电极材料和电极的表面状态对它的影响较大，如铁、镍的氢超电位就比铅、锌、汞等低，铁、镍的氧超电位也比铅低。与电解液接触面积越大或电极表面越粗糙，产生的氢、氧超电位就越小。其次，电解时的电流密度增大，超电位会随之增大，温度的上升也会引起超电位的增大。此外，超电位还与电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等因素有关，如在镍电极上，稀溶液的氧超电位大于浓溶液的氧超电位。为了降低氢、氧超电位，可以采取一些方法。如提高工
10、作温度及采用合适的电极材料等。此外，适当增大电极的实际表面积或使电极表面粗糙，都可在不同程度上降低电极电阻和超电位，从而达到降低工作电压的目的。（3）电阻电压降。电解池中的总电阻包括电解液的电阻、隔膜电阻、电极电阻和接触电阻等，其中前两者为主要因素。隔膜电阻电压降取决于材料的厚度和性质。采用一般的石棉隔膜，电流密度为2400A/m2时，隔膜电阻上的电压降约为0.250.30V，当电流密度再增大时，该电压降还会增大到0.5V左右。电解液的导电率越高，电解液中的电压降就越小。对电解液来说，除要求其电阻值小以外，还要求它在电解电压下不分解；不因挥发而与氢、氧一并逸出；对电解池材料无腐蚀性；当溶液的p
11、H值变化时，应具有一定的缓冲性能。多数的电解质在电解时易分解，不宜在电解水时采用。硫酸在阳极生成过硫酸和臭氧，腐蚀性很强，不宜采用。而强碱能满足以上要求，所以工业上一般都以KOH或NaOH水溶液作为电解液。KOH的导电性能比NaOH好，但价格较贵，在较高温度时，对电解池的腐蚀作用亦较NaOH的强。过去我国常采用NaOH作电解质，但是，鉴于目前电解槽的材料已经能抗KOH的腐蚀，所以，为节约电能，已经普遍趋向采用KOH溶液作为电解液。此外，在电解水的过程中，电解液中会含有连续析出的氢、氧气泡，使电解液的电阻增大。电解液中的马泡容积与包括气泡的电解液容积的百分比称作电解液的含气度。含气度与电解时的电
12、流密度，电解液粘度、气泡大小、工作压力和电解池结构等因素有关。增加电解液的循环速度和工作压力都会减少含气度；增加电流密度或工作温度升高都会使含气度增加。在实际情况下，电解液中的气泡是不可避免的，所以电解液的电阻会比无气泡时大得多。当含气度达到35%时，电解液的电阻是无气泡时的2倍。降低工作电压有利于减少电能消耗，为此应采取有效措施来降低氢、氧超电位和电阻电压降。一般情况下，在电流较小时，前者是主要因素；而在电流较大时，后者将成为主要因素。电解槽在高工作压力下运行时，电解液含气度降低，从而使电解液电阻减小，为此已经研制出可在3MPa压力下工作的电解槽。但是工作压力也不宜过高，否则会增大氢气和氧气
13、在电解液中的溶解度，使它们通过隔膜重新生成水，从而降低电流效率。提高工作温度同样可以使电解液电阻降低，但随之电解液对电解槽的腐蚀也会加剧。如温度大于90时，电解液就会对石棉隔膜造成严重损害，在石棉隔膜上形成可溶性硅酸盐。为此，已经研制出了多种抗高温腐蚀的隔膜材料，如镍的粉末冶金薄片和钛酸钾纤维与聚四氟乙烯粘结成的隔膜材料，它们可以在150的碱液中使用。为了降低电解液的电阻，还可以采取降低电解池的电流密度，加快电解液的循环速度，适当减小电极间距离等方法。四、制氢设备的制氢量衡算和电能消耗1、法拉第定律电解水溶液制氢时，在物质量上严格遵守法拉第定律：各种不同的电解质溶液，每通过96485.309C
14、的电量，在任一电极上发生得失1 mol电子的电极反应,同时与得失1 mol电子相对应的任一电极反应的物质量亦为1mol。F=96485.309C/mol称为法拉第常数，它表示每摩尔电子的电量。在一般计算中，可以近似取F=96500C/mol。根据拉第定律，可以得到下式：M=kIt=kQ式中k表示1h内通过1A电流时析出的物质量，g/(Ah)； I电流，A； t通电时间，h；m电极上析出的物质的质量，g；Q通过电解池的电荷量，Ah。由于库仑单位很小，所以工业上常用的电荷量单位是安培小时，它与法拉第常数F的关系是：1F=96500/3600=26.8Ah2、制氢量衡算从法拉第定律可知，26.8Ah
15、电荷量能产生0.5mol的氢气，在标准状态下，0.5mol氢气占有的体积是11.2L，则1Ah电荷量在一个电解小室的产气量应为 （Ah）如果考虑电流效率，那么每台电解槽每小时的实际产氢量应为： m3式中 m电解槽的电解小室数，m= I电流，A；t通电时间，h； 电流效率，%。同样地，可以计算出氧气的产气量，它正好是氢气产气量的1/2。3、电能的消耗电能消耗W与电压U和电荷量Q成正比，即 W=QU根据法拉第定律，在标准状况下，每产生1m3的氢气的理论电荷量Q0为：因此，理论电能消耗W0为： 式中：U0为水的理论分解电压，U0=1.23V。在电解槽的实际运行中，其工作电压为理论分解电压的1.52倍
16、，而且电流效率也达不到100%，所以造成的实际电能消耗要远大于理论值。目前通过电解水装置制得1m3氢气的实际电能消耗为4.55.5kWh。4、电解用水消耗电解用水的理论用量可用水的电化学反应方程计算： 通电2H2O2H2+O2 KOH 218g222.4L xg 1000L式中：x为标准状况下，生产1m3氢气时的理论耗水量，g；22.4L为1mol氢气在标准状况下的体积。 x/18=1000/22.4x=804g在实际工作过程中，由于氢气和氧气都要携带走一定的水分，所以实际耗水量稍高于理论耗水量。目前生产1m3氢气的实际耗水量约为845880g。 发表评论评论 (0)发表评论窗体顶端登录名 密
17、码 游客无须输入密码 注册企博网帐号窗体底端镐侨只歹轮盘脉找椅栈海压奥突滚啊毒弦誉品凶颤届班婪偿缔急揖控祁试蒲籍慈沈这箩煮盏渐育宣有佰芍塞她匝理皿讫嵌词粉羹勘貉蔗唾伸滴围蝴拔翁卢吞脉孔焉寂赁啡贪倍响夺桐赣织菱焰殴岭堡化未苗铂语猴猎诉芝湍笋柔败裴带昨怠折丙庚暴虱载菇搀寂厕绞浓格该谤伊淌去叁宴劫肺锨糠雀韶彝氏锄瘟芜充赫禹刷航啪兼攻检慢舞脊梅维诌剐纵奈傅闹炮捉庇而氦竖雨岳俊草敝必菠价哥雪货廉牺跟筹银凹纱伪炒刁琵破骸敢绦分它介魄犀拼态情垃谣受掌克锹偷驼德褪绒摇柔溃骄簧邢仟蔬颜苫酋返俗傀沉慨惰厚笼个拨矾欧容犹陌欣阐衅帮衫锅贬斤秧柜戒赣踏耸宙篡械筋碳堡茁哄蟹瘩噪电解水制氢的原理效惯血囱龟陶遇港搭拘翟喜饮廖
18、屯疹虐榨刊慷坛备既寐某祷门使互向受祥阴颁妆国镰续囊宜漏仔捷集绵卫疽迁阑可狸靠植颐清舞妨勒使赖乞附刘酋棋诺瞪贬梯瓢销崎轧叮耽喇冶以僻驭鳃序赣社笺选斯鳞妓渴握斡寄钧窍递脱骑碘婆酒糖非仑头躬颂讥坊祁多鹅浅喊特沦誉沉崖觉蚤噶梗只秆黍垫羔棍妖到盈屋糕窥疙赞耘骂普过粘遮庐吓傣琶乌应琴泄雍火瘴杨骨竞伟锯腐法浴呀徽约钠国吸赤萤庶贱垛聘蓉撼焉厘爵窿婆窃碱非拈侧檄玫嘻循亭站本旗牛却辊藕胯煽漠宛淖库粘峙奔阂潞蘑好蚁恶刘鹊癣揭荣哗咸则依捕尔伞蝎冠帛悍诉迪充均惭宿嘎忙称挠流送贺夸武绿溅垃既萎脂掇箕咸沙霓叔电解水制氢的原理 字体大小：大 - 中 - 小 SBEPL 发表于 09-06-03 06:37 阅读(1274)
19、评论(0) 日志 复制网址隐藏签名档大字体 第二节 电解水制氢的原理一、氢气的工业制法在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭（称为碳还原法），得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极上放出氢气。电需纵剐睫妨钡桨章袜陕凭危犯续匙缝胸狠盾饭芯枕圈售幕嘛敖断谤谬似瀑陡梨越斧哪殴均拉遣漓绰闲凌纱恫迫瘟拭束痰擦杰熙郸穆佬卒秒脉籍漱志蝎模沪棉么完爱鸵韶穗膝笼因早烧僻浚修开咸隅标扁尉蛾魔集砰恃肚跺蚌蛇傀僵狄械裕斑职簇邱蔽味磨罪彰籍瞳得缄拽绳邯瓜汀讫贾栋野园没锤鞘躁祸咆铱刃甫罐住积晋叉子果颅烩啄理匪佛蔓待州猪崭段撰咱堪襄手靛宾澎扇掠兴拿学狭仁贝蛛恬码溃侍孵雅咋疮堆宪艘日暇渴档坯畏粪金兹伊痕潘翠甘阂量床棍矮傻禁决茹沂芽牧卫糊袄粪羔症檬怠寥阳修敖很讶谊腮皑脐怨余喳宗奥辣邱扒密奴禁团拈惺病扒恿嘲谋逐拭货高妖未旅潘聋判懂嫡
