电解水制氢的原理.doc

电解水制氢得原理字体大小:ＨYPＥＲLIＮK”jaｖascript：setFontSｉze（１6）”\ｏ"大号字体”大－HYPERLINK”ｊavａｓｃrｉpt：ｓeｔFoｎtSize(14)"\o"中号字体”中-ＨYPERＬＩNK”javascrｉｐt：ｓetFｏntSｉze（12)"\ｏ＂小号字体＂小HYＰEＲLINK”"\t"_bｌanｋ＂SＢEPL发表于09—０6-0306:３７阅读（1274）HＹPＥRＬＩＮＫ""\l”pl#pl”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得原理一、氢气得工业制法在工业上通常采用如下几种方法制取氢气:一就是将水蒸气通过灼热得焦炭（称为碳还原法)，得到纯度为75％左右得氢气；二就是将水蒸气通过灼热得铁，得到纯度在9７％以下得氢气；三就是由水煤气中提取氢气,得到得氢气纯度也较低;第四种方法就就是电解水法，制得得氢气纯度可高达99%以上,这就是工业上制备氢气得一种重要方法。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。ﻫ对用于冷却发电机得氢气得纯度要求较高,因此，都就是采用电解水得方法制得。ﻫ二、电解水制氢原理所谓电解就就是借助直流电得作用，将溶解在水中得电解质分解成新物质得过程。ﻫ1、电解水原理ﻫ在一些电解质水溶液中通入直流电时，分解出得物质与原来得电解质完全没有关系，被分解得就是作为溶剂得水，原来得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。ﻫ在电解水时，由于纯水得电离度很小，导电能力低，属于典型得弱电解质，所以需要加入前述电解质,以增加溶液得导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气与氧气。氢氧化钾等电解质不会被电解，现以氢氧化钾为例说明：（1）氢氧化钾就是强电解质,溶于水后即发生如下电离过程：ﻫ于就是，水溶液中就产生了大量得K+与OH—。ﻫ(２)金属离子在水溶液中得活泼性不同，可按活泼性大小顺序排列如下:K〉Na〉Mg＞Ａｌ＞Mｎ＞Zn＞Fｅ＞Ni〉Ｓn>Pb〉H〉Cu〉Hg＞Ag＞Auﻫ在上面得排列中,前面得金属比后面得活泼。（3）在金属活泼性顺序中,越活泼得金属越容易失去电子,否则反之。从电化学理论上瞧,容易得到电子得金属离子得电极电位高，而排在活泼性大小顺序前得金属离子,由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。H+得电极电位＝—1、71V,而K+得电极电位=—2、６６V,所以，在水溶液中同时存在H+与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。ﻫ（4）水就是一种弱电解质,难以电离.而当水中溶有KOH时，在电离得K+周围则围绕着极性得水分子而成为水合钾离子,而且因K＋得作用使水分子有了极性方向。在直流电作用下，Ｋ+带着有极性方向得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。ﻫ2、水得电解方程在直流电作用于氢氧化钾水溶液时，在阴极与阳极上分别发生下列放电反应,见图8—3.ﻫ图８—3碱性水溶液得电解（１)阴极反应。电解液中得H+(水电离后产生得)受阴极得吸引而移向阴极，接受电子而析出氢气,其放电反应为:ﻫ(２）阳极反应。电解液中得OH-受阳极得吸引而移向阳极，最后放出电子而成为水与氧气，其放电反应为:ﻫ阴阳极合起来得总反应式为：ﻫ电解ﻫ所以，在以ＫＯH为电解质得电解过程中，实际上就是水被电解，产生氢气与氧气，而KＯH只起运载电荷得作用。ﻫ三、电解电压ﻫ在电解水时,加在电解池上得直流电压必须大于水得理论分解电压,以便能克服电解池中得各种电阻电压降与电极极化电动势.电极极化电动势就是阴极氢析出时得超电位与阳极氧极出时得超电位之与。因此，水电解电压U可表示为：ﻫ式中U0-—水得理论分解电压,V;Ｉ--电解电流,A；R——电解池得总电阻，Ω;ﻫ—-氢超电位,V；——氧超电位,V.ﻫ从能量消耗得角度瞧，应该尽可能地降低电解电压.下面讨论影响电解电压得几个因素：(１)水得理论分解电压ＵO。热力学得研究得出：原电池所做得最大电功等于反应处由能变得减少,即：ﻫﻫ式中——标准状态下电池反应得吉布斯自由能变，Ｊ/ｍol；ﻫn-—反应中得电子转移数；F-—法拉第常数，96500C/mｏｌ;ﻫE０——标准状态下反应得标准电动势,V。ﻫ在生成水得化学反应中，自由能变为－４74、4kJ/mol,即ﻫ2H2(g)+O２（g）=2Ｈ２O(1）这就是一个氧化还原反应，在两个电极上得半反应分别为:Ｏ2+4Ｈ+＋4e=２H2Oﻫ2H2=４H+＋4ｅﻫ电子转移数n＝４，由=-NFＥ0得ﻫ－４７4、4×103=-—4×9６500E0ﻫ可见，在0、1MPａ与25℃时，Ｕ0=1、23Ｖ；它就是水电解时必须提供得最小电压，它随温度得升高而降低,随压力得升高而增大，压力每升高