电解水制氢的原理 一、氢气的工业制法 在工业上一般会用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气经过火热的焦炭（称为碳复原法），获得纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气经过火热的铁，获得纯度在 97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，获得的氢气纯度也较低；第四种方法是电解水法，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作氢氧化钠时，也可获得氢气。 对用于冷却发电机的氢气的纯度要求比较高，因而，都是选用电解水的方法制得。二、电解水制氢原理 所谓电解便是凭借直流电的效果，将溶解在水中的电解质分化成新物质的进程。一、电解水原理 在一些电解质水溶液中通入直流电时，分化出的物质与本来的电解质肯定不要紧，被分化的是作为溶剂的水，本来的电解质依然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均归于这种电解质。 在电解水时，因为纯水的电离度很小，导电才能低，归于典型的弱电解质，所以要参加前述电解质，以添加溶液的导电才能，使水可以顺畅地电解成为氢气和氧气。 氢氧化钾等电解质不会被电解，现以氢氧化钾为例阐明： 氢氧化钾是强电解质，溶于水后即发生如下电离进程： 所以，水溶液中就发生了许多的 K+和 OH-。 金属离子在水溶液中的生动性不同，可按生动性巨细次序摆放如下： K＞Na＞Mg＞Al＞Mn＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H＞Cu＞Hg＞Ag＞Au 在上面的摆放中，前面的金属比后边的生动。 在金属生动性次序中，越生动的金属越简单失掉电子，否则反之。从电化学理论上看，简单患到电子的金属离子的电极电位高，而排在生动性巨细次序前 的金属离子，因为其电极电位低而难以获得电子变成原子。H+的电极电位 =， 而 K+的电极电位 =，所以，在水溶液中一起存在H+和 K+时，H+将在阴极上榜首 获得电子而变成氢气，而 K+则仍将留在溶液中。 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，并且因 K+的效果使水分子有了极性方向。在直流电效果下，K+带着有极性方向的水分子一起迁向阴极，这时 H+就会榜首获得电子而成为氢气。 二、水的电解方程 在直流电效果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映，见图 8-3。 图 8-3 碱性水溶液的电解 阴极反映。电解液中的 H+（水电离后发生的）受阴极的招引而移向阴极， 赞同电子而分出氢气，其放电反映为： 阳极反映。电解液中的 OH-受阳极的招引而移向阳极，最终放出电子而成为水和氧气，其放电反映为： 阴阳极合起来的总反映式为： 电解 所以，在以 KOH 为电解质的电解进程中，其实便是水被电解，发生氢气和氧气， 而 KOH 只起运载电荷的效果。 三、电解电压 在电解水时，加在电解池上的直流电压必需大于水的理论分化电压，以便能克服电解池中的各类电阻电压降和电极极化电动势。电极极化电动势是阴极氢分出时的超电位与阳极氧极出时的超电位之和。因而，水电解电压 U 可表示为： 式中 U ——水的理论分化电压，V； 0 I—— 电 解 电 流 ，A； R——电解池的总电阻，Ω； ——氢超电位，V； ——氧超电位，V。 从能量消耗的视点看，应该尽可能地下降电解电压。下面评论影响电解电压的几个要素： 水的理论分化电压 U 。热力学的研讨得出：原电池所做的最大电功等于反 O 映处由能变的削减，即： 式中 ——规范状态下电池反映的吉布斯自由能变，J/mol； n——反映中的电子转移数； F——法拉第常数，96500C/mol； E0——规范状态下反映的规范电动势，V。在生成水的化学反映中，自由能变成 mol，即 2H （g）+O （g）=2H O (1) 2 2 2 这是一个氧化复原反映，在两个电极上的半反映分别为： O +4H++4e=2H O 2 2 2H =4H++4e 2 电子转移数 n=4，由 ×103=--4×96500E0 =-NFE0 得 可见，在和 25℃时，U =；它是水电解时必需供给的最小电压，它随温度的升高 0 而下降，随压力的升高而增大，压力每升高 10 倍，电压约增大 43mV. 氢、氧超电位 和 。影响氢、氧超电位的要素许多。榜首，电极资料

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