(完整word版)电解水制氢.pdf
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1、电解水制氢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。一、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
2、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
3、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+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
4、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1。图 1 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：电解文档编码:CJ2L2L10C6S8 HM7M2Z5P10B10 ZA6T3Q6D8J5文档编码:CJ2L2L10C6S8 HM7M2Z5P10B10 ZA6T3Q6D8J5文档编码:CJ2L2L10C6S8 HM7M2Z5P1
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11、M2Z5P10B10 ZA6T3Q6D8J5文档编码:CJ2L2L10C6S8 HM7M2Z5P10B10 ZA6T3Q6D8J5文档编码:CJ2L2L10C6S8 HM7M2Z5P10B10 ZA6T3Q6D8J5文档编码:CJ2L2L10C6S8 HM7M2Z5P10B10 ZA6T3Q6D8J5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。二、影响电解的因素对电解液来说，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pH 值变化时，应具有一定的缓冲性能。多数的电解质
12、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流密度，电解液粘度、气泡
13、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在电解液中的溶解度
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