Получение водорода электролизом воды, Понятие и сущность электролиза - Электролиз воды
Понятие и сущность электролиза
Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую.
Ячейка для электролиза называется электролизером, она состоит из двух электродов и электролита. Электрод, на котором идет реакция восстановления (катод), у электролизера подключен к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Электрод, на котором протекает реакция окисления (анод), подключен к положительному полюсу источника тока. На характер и течение электродных процессов большое влияние оказывают состав электролита, растворитель, материал электродов и режим электролиза (напряжение, плотность тока, температура и др.).
Общее напряжение, которое необходимо приложить к электролитической ячейке, чтобы начался процесс электролиза, называют напряжением разложения - ЕРазл..
Перенапряжение при электролизе - з. Катодное перенапряжение - это дополнительное напряжение, прикладываемое к катоду, чтобы сместить его потенциал в отрицательную сторону, а анодное - к аноду, чтобы сместить потенциал в положительную сторону. Напряжение может быть снижено уменьшением сопротивления электродов и электролита, а также поляризации электродов. Внутреннее сопротивление электролизера можно снизить применением электролита с высокой удельной электрической проводимостью, повышением температуры и уменьшением расстояния между электродами.
Поляризация может быть понижена увеличением поверхности электродов, температуры, концентрации реагента, перемешиванием, а также уменьшением тока и применением электродов-катализаторов.
Последовательность электродных процессов. Часто в электролите присутствуют несколько видов катионов и анионов и недиссоциированных молекул, поэтому возможно протекание нескольких электродных реакций.
Катодные процессы. Так как на катоде идет реакция восстановления, т. е. прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. На катоде прежде всего протекает реакция с наиболее положительным потенциалом. Для катодного восстановления при электролизе водного раствора электролита все окислители можно разделить на три группы. Ионы металлов, потенциал которых более отрицателен, чем потенциал водородного электрода. К ним относятся ионы металлов, стоящих в ряду напряжений до алюминия включительно. В водных растворах разряд этих ионов на катоде практически не происходит, вместо них выделяется водород:
2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН - (2Н+ + 2е = Н2). (16)
Анодные процессы. На аноде протекают реакции окисления восстановителей, т. е. отдача электронов. Поэтому на аноде в первую очередь окисляются вещества, имеющие наиболее отрицательный потенциал. Характер реакций на аноде зависит также и от материала электрода. Различают нерастворимые и растворимые аноды. Нерастворимые аноды изготавливают из угля, графита, платины. При электролизе нерастворимые аноды сами не посылают электроны во внешнюю цепь, электроны посылаются в результате окисления анионов и молекул воды.
Теоретические основы процесса электролиза воды
Процесс электролитического разложения воды описывается следующим суммарным химическим уравнением:
H2O = H2 + 1/2 O2 (17)
Для раздельного получения газов используют электролизеры с диафрагмами или мембранами, разделяющими катодное и анодное пространство.
Удельная проводимость очищенной воды незначительна: при 18°С она составляет 4,41-10-6 Ом-1-м-1. Поэтому электролитическое разложение воды проводят в присутствии фонового электролита. Ввиду существенных коррозионных проблем, возникающих при электролизе кислот, в настоящее время почти все электролизеры используют водные растворы на основе гидроксидов калия и натрия с концентрацией 350-400 г./л. Растворы КОН имеют преимущества перед NaOH в силу больше проводимости иона К+ Против иона Na+. Концентрация КОН соответствует оптимальным значениям плотностей тока. Небольшие примеси к КОН не являются препятствием к его использованию. Для предотвращения или уменьшения коррозии деталей электролизеров при приготовлении электролита применяют только чистые КОН и NaOH.
Для получения водорода электролизом воды используют дистиллированную или обессоленную природную воду, что позволяет избежать накопления в электролите различных примесей.
Раствор электролита, используемый в установках для электролиза воды, содержит 16-20% NaOH или 25-30% КОН.
Похожие статьи
-
ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА - Электролиз и его практическое применение
Электролизом называют окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав...
-
Получение тяжелой воды - Электролиз воды
Электрохимические методы получения тяжелой воды основаны на фракционировании изотопов водорода в процессе электрохимического разряда водорода. В...
-
ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ФАРАДЕЯ - Основные законы электротехники и их использование
При электролизе масса превращенного вещества прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролитическую ячейку. При прохождении...
-
Таблица 2 - Структура сырья в производстве метанола, %. Сырье В мире Беларусь и Россия Природный газ 73,8 70,7 Нефть и нефтепродукты 24,4 4,0 Отходы...
-
Основные понятия о водородной энергетике Существует направление в технике, получившее название "водородная энергетика". В водородной энергетике водород...
-
Электролиз - физико-химический процесс, состоящий в выделении на Электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, который возникает...
-
Взаимодействие водорода со сложными веществами, Получение водорода - Свойства водорода
Водород проявляет восстановительные свойства и в реакциях со сложными веществами: 1) Восстановление оксидов металлов, стоящих в электрохимическом ряду...
-
Электролиз - р-ция превращения ве-ва под действ. эл. тока. если к р-ру или расплаву эл-та поднести эл. ток, то ионы в нем начнут направленно перемещаться...
-
Данные для расчета: Основная реакция: (1) Побочные реакции: Рабочий объем катализатора - 24 м3. Расход оксида углерода и метанола на побочные продукты с...
-
Понятие кристаллизации Кристаллизамция -- процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое с образованием кристаллов....
-
Основные промышленные способы производства водорода - Электролиз воды
Существует несколько основных промышленных способов получения водорода. Производство водорода паровой конверсией метана - основной промышленный способ...
-
Наглядное - на базе представлений человека о реальных объектах создаются различные наглядные модели, отображающие явления и процессы, протекающие в...
-
Основные понятия и определения Истинные растворы являются гомогенными смесями веществ, в которых составные части нельзя обнаружить ни визуально, ни с...
-
Качественные методы анализа - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола
Рециркуляционных реакционно-ректификационных процессов. При анализе сложных ХТС, характеризующихся большим числом параметров и переменных необходимо...
-
Соли-сильные электролиты, существующие в водных растворах в виде положительно запряженных ионов металлов и отрицательно заряженных ионов кислотных...
-
Физические и химические свойства водорода - Электролиз воды
Молекулярный водород при обычных условиях - газ без цвета и запаха, легко воспламеняется и горит синеватым неярким пламенем. В свободном состоянии...
-
Элементы технологических схем производства формальдегида на оксидном катализаторе (рисунок 1.3 и 2.2) не совпадают, поскольку программная система Hysys...
-
Модель в общем смысле (обобщенная модель) есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа,...
-
ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА В начале 50-х годов произошло революционное событие в химии XX столетия, значение которого невозможно...
-
Процесс биосинтеза в производственных условиях начинают с получения посевного материала в инокуляторах и посевных аппаратах. Питательная среда для...
-
Основные понятия и определения проблемы прогнозирования - Прогнозирующие системы
Необходимо отметить, что мы рассматриваем прогнозирование в целях планирования производства или управления запасами. Таким образом, наш интерес лежит в...
-
Процессы, основанные на микробиологической ферментации, разработаны и для получения ряда других органических кислот. Среди них -- глюконовая кислота и ее...
-
В России процесс окисления этиленгликоля с получением глиоксаля в промышленных масштабах не реализован, что обусловлено отсутствием соответствующих...
-
Хлор - Описание и сущность галогенов
Хлор (лат. Chlorum), Cl, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 17, атомная масса 35,453; относится к семейству...
-
УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРОВ - Основные понятия о трансформаторах
Основными частями трансформатора являются магнитопровод и, расположенные на нем, обмотки. Магнитопровод. Магнитопровод служит для усиления магнитной...
-
Физико-химические закономерности получения продукта - Производство ацетона
Ацетон, применение которого можно отметить почти во всех сферах человеческой деятельности, имеет характерные физические свойства. Например, он оказывает...
-
Один из способов повысить селективность - это правильно подобрать катализатор. Рассмотрим этот метод, на примере получения анизола и крезола. Анизол и...
-
Трудовые ресурсы - экономически активное, трудоспособное население, обладающее физическими и духовными способностями для участия в трудовой деятельности....
-
Введение - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола
Известно в некоторых случаях невозможно достичь высокой селективности химико-технологических процессов. Это происходит вследствие наличия побочных...
-
Получение тиосульфата натрия при мышьяково-содовой очистке газов - Тиосульфат натрия
В процессе очистки от сероводорода коксового и других промышленный газов мышьяково-содовым методом, помимо основной реакции: Протекают побочные реакции,...
-
Реакции аминокислот - Способы получения аминокислот
Большинство реакций, в которые аминокислоты вступают в лабораторных условиях (in vitro), свойственны всем аминам или карбоновым кислотам. 1. образование...
-
Введение., Способы получения перхлоратов - Производство перхлоратов в промышленности
Получение перхлората калия или перхлоратов вообще имеет большое значение для промышленности. Ведь перхлораты широко используются как в проведении...
-
Или N экв.1=n экв.2 для газообразных ве-в наряду с понятием молярного V (22,4 моль/л), исп-ся понятие - молярный объем эквивалента-это V одного моль...
-
Диспергированием называют тонкое измельчение твердых мате-риалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате...
-
Получение литиевых сплавов электролизом представляет боль-шой практический интерес: легко осуществляется легирование алюминия, меди, свинца и других...
-
Получение металлического лития - Металлургия лития, рубидия и цезия
Как известно, при электролизе водных раство-ров солей лития, рубидия и цезия на катоде вместо металла выде-ляется водород. Поэтому получение...
-
При пропускании смеси окиси углерода (СО) и водорода (Н2) над нагретым до 2000С катализатором, содержащим восстановленное железо, образуются смеси...
-
Окисление природного газа и низших парафинов - Аналитический обзор получения формалина
Одним из способов получения формальдегида является окисление природного газа и низших парафинов. Данный способ с точки зрения доступности и дешевизны...
-
Получение синтезированного газа - Анализ и технологическая оценка химического производства
Химические методы переработки нефти проводят при высоких температурах без катализатора (термический крекинг), при высоких температурах в присутствии...
-
Вода реагирует с некоторыми кислотными и основными оксидами, давая гидроксид - соответственно кислоту или основание: Н2О + CaO = Ca(OH)2 основание H2O +...
Получение водорода электролизом воды, Понятие и сущность электролиза - Электролиз воды