“理想状态下”好像不是一个良好定义的概念,哪一些原因要考虑呢?哪一些原因被理想掉了呢?题目没有给出明确说明。
第三,温度看起来高不代表释放的热量多 ,正如同速度看起来快不能推出跑得远。
在电解过程中会产生一定的电流,电流具有热效应,这部分热会使得溶液或者导线温度升高。
在电解过程中,由于正负离子的迁移,很容易产生正负电荷的分离,产生浓度梯度,并伴随的一定的电势消耗。
电解过程中,电源、电极等别的部分有几率发生一些老化现象,使得电能产生在其他元件转化为热。
电解电压的过高或者含有氯离子等杂质,会产生部分杂质电离的现象消耗电能,使用超纯水不考虑。
我们计算燃烧焓认为其全部转化为热,但在实际过程中存在别的形式能转化,最典型的是光,即我们正真看到的蓝色光。
我们电解的是液态水,但燃烧产物为水蒸气。这样的一个过程差值为水到水蒸气的相变焓,333J/g。
我们使用的热机将热能输出,主要原理是卡诺循环,其效率取决于高低温热源温度(热力学温度,单位K)的比值。这个效率不会很高,一般在30~60%左右,柴油机号称在一定条件下达到80%。
当然你可以再一次进行选择不输出,单纯使用作为燃料电池,反向供电来电解水。这样燃料电池不会产生光还不会受限于热机效率,理论转化率能够达到80%~100%。但这里有个问题是燃料电池的电压(电动势)由能斯特方程决定其理论值和电解电压(电势)大小相近(受电解质浓度积影响)。此外,受到一定的超电势(过电势)(由电荷分布,电极渗透等原因),其电压不足以电解水需要额外供电。
你没有意识到一个问题:火焰温度很高≠能量巨大。火焰温度高低取决于单位时间释放的能量=功率。能量的大小是很难被人用“感觉”来比较的,这也是为什么热力学一直到19世纪前后,在工业革命之后才被提出。
你这问题看似复杂,实际上的意思就是简单的热力学问题,你可以了解一下傅献彩或者天大的物化教材解决这一个问题,甚至都不要计算,简单的定性分析就能解决。
电化学反应同时包含法拉第过程和非法拉第过程,法拉第过程是指电荷转移并参与化学反应的过程,非法拉第过程则相反,电荷转移但是没有参与化学反应,参与到双电层电容和放热过程中。显然参与非法拉第过程的电荷移动也是组成总电流的一部分,而这一部分没用用于产生生成物,而是发生了能量耗散。具体到电解水的过程,能分解为阳极产氧反应和阴极析氢反应,以析氢反应为例进行研究。为了简化计算,一般都会采用pH=1的硫酸溶液或者pH=14的氢氧化钾溶液,以饱和甘汞电极或Ag/AgCl电极作为参比电极,铂电极或者石墨电极作为对电极。在这样的反应条件下,用电化学工作站测得的表观电极电势减去参比电极的参考电势就能得到电极的过电势。这个过电势显然消耗量能量,但是并没有产生产物,即非法拉第过程。一般认为铂炭电极是商用最佳的析氢电极,在电流为10毫安每平方厘米时,过电势约为16mV。而产氧的阳极反应也相应地存在氧过电势。因此,经过电解水产生的氢气和氧气的化学能是要少于消耗的电能的。而燃烧过程不仅包含放热过程,也包含发光过程,这一部分也会消耗能量。所以电解水得到的氢气和氧气燃烧产生的热量显然小于电解水制备氢气和氧气所需的电能。
电化学反应是一个复杂的过程,研究也非常深入,计算过程包含大量的积分、微分和卷积过程,很难通过手动计算得到相应的结果,也不方便在知乎这样的平台上展示。如果你对这些过程感兴趣,可以在学习完物理化学的基础上学习化学工业出版社的电化学方法原理和应用。但是结合你的提问方式,你的化学知识基本还停留在高中水平,假如没有什么特别需要或者强烈的兴趣自己啃这些大部头的书还是挺费劲的,建议放弃。
不管水到氢氧水还是氢氧到水,所释放或吸收的能量本质都是化学键(这里主要是分子键)的断裂形成。所以说,在这个两个过程中化学键变化数目是一样的,所以能量应该一样的。




