Получение газа водорода из воды путём электролиза

ХI   региональная исследовательская  конференция

«Первые шаги»

Получение газа водорода из воды путём электролиза

Янькин Иван

МНБОУ «Лицей № 76»

3Б класс

           Руководитель:

Мальцева Ольга Витальевна

           Учитель начальных классов

г. Новокузнецк, 2015 г.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………3

Теоретическая часть…………………………………………………………..4-5

Практическая часть……………………………….…………………………..6-7

Заключение……………………………………………………………..………..8

Список использованных источников и литературы…………………………..9

Введение

Объект исследования – горючий газ

Предмет исследования – электролиз воды

Цель – получение горючего вещества

Гипотеза – при процессе воздействия электрического тока на воду происходит процесс электролиза - расщепление воды на газ.

Методы исследования – использование воды с добавлением щелочи в закрытом сосуде путём воздействия электрического тока.

Обоснование выбранной темы –  использование экологически чистого продукта в виде воды, общедоступность сырья.

       Водородная энергетика сформировалась как одно из направлений развития научно-технического прогресса в середине 70-х годов прошлого столетия. По мере того, как расширялась область исследований, связанных с получением, хранением, транспортом и использованием водорода, становились всё более очевидными экологические преимущества водородных технологий в различных областях народного хозяйства. Успехи в развитии ряда водородных технологий (таких как топливные элементы, транспортные системы на водороде и многие другие) продемонстрировали, что использование водорода приводит к качественно новым показателям в работе систем и агрегатов. А выполненные технико-экономические исследования показали, что водород является вторичным энергоносителем и его применение в ряде случаев экономически целесообразно уже сейчас. Поэтому работы по водородной энергетики во многих, особенно промышленно развитых странах относятся к приоритетным направлениям развития науки и техники и находят всё большую финансовую поддержку со стороны как государственных структур, так частного капитала.

Теоретическая часть

    Электролиз воды один из наиболее известных и хорошо исследованных методов получения водорода. Он обеспечивает получение чистого продукта (99,6-99,9% Н2) в одну технологическую ступень. Экономика процесса в основном зависит от стоимости электроэнергии. В производственных затратах на получение водорода стоимость электрической энергии составляет примерно 85%.

  Электрохимический метод получения водорода из воды обладает следующими положительными качествами:

1. высокая чистота получаемого водорода - до 99.9%;
2. простота технологического процесса, его непрерывность, возможность наиболее полной автоматизации, отсутствие движущихся частей в электролитической ячейке;

      3.возможность получения ценнейших побочных продуктов - тяжелой воды и кислорода;

4.общедоступное сырье - вода;

5. гибкость процесса и возможность получения водорода непосредственно под давлением;

6. физическое разделение водорода и кислорода в самом процессе электролиза.

Если создать в водном растворе электролита, куда погружены два электрода, постоянное электрическое напряжение, которое превышает напряжение разложения воды, то в цепи появится ток и на аноде начнет выделятся кислород, а на катоде - водород, в объемном отношении 1:2. При этом будут происходить следующие реакции (в щелочной среде):

Удельная проводимость очищенной воды незначительна: при 18°С она составляет (2-6)·10-6 Ом-1·м-1. Поэтому электролизу подвергаю водные растворы сильных кислот или щелочей. Другие электролиты обычно не используют, поскольку они сами разлагаются при электролизе и дают нежелательные побочные продукты. Ввиду существенных коррозионных проблем, возникающих при электролизе кислот, в настоящее время почти все электролизеры используют водные растворы на основе гидроксидов калий и натрия концентрацией 350-400 г./л. Растворы КОН имеют преимущества перед NaOH в силу больше проводимости К+ против иона Na+. Равновесный состав пара над водным раствором КОН ниже, а это означает, что в конечных продуктах электролиза Н2 и О2 содержится меньше водяного пара. Концентрация КОН соответствует оптимальным значениям плотностей тока. Небольшие примеси к КОН не являются препятствием к его использованию.

   Рассмотрим механизм катодного выделения водорода из щелочных растворов. На первой стадии происходит разряд молекул воды с образованием адсорбированных на электроде атомов водорода:

 Далее происходи реакция так называемой электрохимической десорбции (реакция Гейровского):

  В сумме эти два процесса дают катодную реакцию выделения водорода. На аноде вероятной первой стадией является разряд гидроксил-ионов с образованием радикалов ОН:

   Затем происходит цепочка процессов:

  Содержащаяся в растворе щелочь, как видно из проведённого  опыта, не участвует в разряде. А служит только для переноса ионов.

  Суммарный процесс разложения воды электролизом является процессом, обратным горению водорода. Поэтому теоретическая величина энергии, которая требуется на единицу количества производимого водорода, равна теплоте сгорания водорода. Каждая молекула водорода образуется при присоединении двух электронов к двум ионам водорода в растворе, так что существует прямая связь между проходящим током и скоростью производства водорода.

Практическая часть

          В данной работе  представляю мини-проект получения газа водорода из воды путём электролиза.

         Для своего опыта  приготовил следующий материал: герметичный стеклянный сосуд, электроды  (две металлические пластины), шланг для вывода газа, гидрозатвор - пластиковый сосуд с водой для ограничения распространения пламени (соблюдена техника безопасности), блок питания 12 В, клей, изолента, провода, сода, вода.

В герметичный стеклянный сосуд был наполнен раствором Н2О+сода. В крышке было сделано отверстие и введены провода и трубка, загерметизированы. Крепим провода к электродам и закрываем крышку герметезируя её. Шланг из стеклянного сосуда был проведён через крышку в пластиковый сосуди из него был сделан отвод (шланг) для вывода газа.

В пластиковый сосуд наливаем воду. Приводящую газ трубку, конец, погружаем в воду. Отводящую трубку оставляем над поверхностью воды и герметезируем. К проводам подключаем напряжение от блока питания 12в и видим процесс электролиза с выделением газа ( появляются пузырьки на электродах). Происходит процесс электролиза.

К свободному концу трубки от  подвожу зажженную спичку и выпускаю газ через трубку.

В результате чего происходит горение. Мы видим исходящее пламя, как доказательство нашего эксперимента.

Заключение

Я рассмотрел технологию  получения газа. Мои расчёты и теория подтвердились. С помощью вышеуказанных материалов мне удалось получить из воды экологически чистый газ. Который при горении преобразуется в воду.

Этот метод получил применение в ряде стран, обладающих значительными ресурсами гидроэнергии. Наиболее крупные электрохимические комплексы находятся в Канаде, Индии, Египте, Норвегии, но созданы и работают более тысячи мелких установок во многих странах. Важен этот метод и потому, что он является наиболее универсальным в отношении использования первичных источников энергии. В связи с развитием атомной энергетики возможен новый расцвет электролиза воды на базе дешевой энергии атомных электростанций.

Во всех процессах получения водорода разложением воды в качестве побочного продукта будут получаться значительные количества кислорода. Это даст новые стимулы его применения. Он найдёт своё место не только как ускоритель технологических процессов, но и как незаменимый очиститель и оздоровитель водоёмов, промышленных стоков. Эта сфера использования кислорода может быть распространена на атмосферу, почву, воду. Сжигание в кислороде растущих количеств бытовых отходов сможет решить проблему твёрдых отбросов больших городов.

Список использованной литературы

1. Справочник. «Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение». Москва «Химия» - 1989г.
2. « Основы общей химии» Г.И.Новиков – Москва, 1988г.
3. Справочник по химии 8-11кл.
4. «Новая электроогневая технология – эффективный путь решения энергетических и экологических проблем» - журнал Экология и промышленность России» 2013г.