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字体大小:大-中-小SBEPL公布于09-06-0306:37阅读(1274)谈论(0)
在工业上平时采用以下几种方法制取氢气:一是将水蒸气经过灼热的焦炭(称为碳还原法),获取纯度为
75%左右的氢气;二是将水蒸气经过灼热的铁,获取纯度在97%以下的氢气;三是由水煤气中提取氢气,
获取的氢气纯度也较低;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***化钠水溶
对用于冷却发电机的氢气的纯度要求比较高,因此,都是采用电解水的方法制得。
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。
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好没关系,被分解的是作为溶剂
的水,原来的电解质依旧留在水中。比方硫酸、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,因此就需要加入前述电解质,以
KNaMgAlMnZnFeNiSnPbHCuHgAgAu
3)在金属爽朗性序次中,越爽朗的金属越简单失去电子,否则反之。从电化学理论上看,简单获取电子的金属离子的电极电位高,而排在爽朗性大小序次前的金属离子,由于其电极电位低而难以获取电子变成
原子。H+的电极电位=,而K+的电极电位=,因此,在水溶液中同时存在H+和K+时,H+将在阴极上第一
(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
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以下放电反应,见图8-3。
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-受阳极的吸引而移旭日极,最后放出电子而成为水和氧气,其放电反应为:
在电解水时,加在电解池上的直流电压必定大于水的理论分解电压,以便能战胜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
从能量耗资的角度看,应该尽可能地降低电解电压。下面谈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:
可见,在和25℃时,U0=;它是水电解时必定供应的最小电压,它随温度的高升而降低,随压力的高升而
2)氢、氧超电位和。影响氢、氧超电位的因素很多。第一,电极资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、***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。其他,超电位还与电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等因素相关,如在镍电极
为了降低氢、氧超电位,能够使用一些方法。如提升工作温度及采用合适的电极资料等。其他,合适增大
电极的实质表面积或使电极表面粗糙,都可在不同样程度上降低电极电阻和超电位,从而达到降低工作电压
(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资料的厚度和性质。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~,当电流密度再增大时,该电压降还会增大到左右。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;对电解池资料无腐化性;当溶液的pH值变化时,应拥有必然的缓冲性能。
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,腐化性很强,不宜
采用。而强碱能满足以上要求,因此工业上一般都以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,对电解池的腐化作用亦较NaOH的强。过去我国常采用NaOH
作电解质,但是,鉴于目前电解槽的资料已经能抗KOH的腐化,因此,为节约电能,已经宽泛趋向采用
其他,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
电流密度或工作时候的温度高升都会使含气度增加。在实质情况下,电解液中的气泡是不可以防备的,因此电解液
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耗资,为此应采用有效措施来降低氢、氧超电位和电阻电压降。一般情况下,
电解槽在高工作所承受的压力下运行时,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。但是工作所承受的压力也不宜过高,否则会增大氢气和氧气在电解液中的溶解度,使它们通
过隔膜重新生成水,从而降低电流效率。提高工作时候的温度同样可以使电解液电阻降低,但随之电解液对电解
槽的腐化也会加剧。如温度大于90℃时,电解液就会对石棉隔膜导致非常严重损害,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化的隔膜资料,如镍的粉末冶金薄片和钛酸钾纤维与聚四***乙
烯粘结成的隔膜资料,它们能在150℃的碱液中使用。为降低电解液的电阻,还能够使用降低电解池
电解水溶液制氢时,在物质量上严格遵守纪拉第定律:各种不同样的电解质溶液,每经过的电量,在任一电
极上发生得失1mol电子的电极反应,同时与得失1mol电子相对应的任一电极反应的物质量亦为1mol。
F=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。依照拉
式中k——表示1h内经过1A电流时析出的物质量,g/(Ah);
由于库仑单位很小,因此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:
从法拉第定律可知,h电荷量能产生的氢气,在标准状态下,氢气占有的体积是,则1Ah电荷量在一个
在电解槽的实质运行中,其工作电压为理论分解电压的~2倍,而且电流效率也达不到100%,因此造成的
实质电能耗资要远大于理论值。目前经过电解水装置制得1m3氢气的实质电能耗资为~h。
式中:x为标准情况下,生产1m3氢气时的理论耗水量,g;为1mol氢气在标准情况下的体积。
在实质工作过程中,由于氢气和氧气都要携带走必然的水分,因此实质耗水量稍高于理论耗水量。目前生
