Получение водорода электролизом воды. Схема водорода

Строение атома водорода (H), схема и примеры

Общие сведения о строении атома водорода

Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 1. Атомный вес может варьироваться: 1, 2, 3, что связано с наличием изотопов дейтерия и трития.

Электронное строение атома водорода

В атоме водорода имеется положительно заряженное ядро (+1), 1 протон и один электрон. Поскольку водород имеет самое простейшее строение атома из всех элементов Периодической системы, он хорошо изучен. В 1913 году Нильс Бор предложил схему строения атома водорода, согласно которой положительно заряженное ядро находится в центре, а вокруг него по единственной орбитали движется электрон (рис. 1). В соответствии с этой схемой он вывел спектр излучения этого химического элемента. Который был позже доказан с помощью квантово-механических расчетов уравнения Шредингера (1925-1930 годы).

Рис. 1. Схема строения атома водорода.

Электронная конфигурация атома водорода будет выглядеть следующим образом:

1s1.

Водород относится к семейству s-элементов. Энергетическая диаграмма атома водорода имеет вид:

Единственный электрон, который имеется у водорода является валентным, т.к. участвует в образовании химических связей. В результате взаимодействия водород может как терять электрон, т.е. являться его донором, так и принимать, т.е. быть акцептором. В этих случаях атом превращается либо в положительно, либо отрицательно заряженный ион (H+/Н—):

H0 –e →H+;

H0 +e →H—.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

ru.solverbook.com

Урок 26. Получение водорода и его применение – HIMI4KA

В уроке 26 «Получение водорода и его применение» из курса «Химия для чайников» узнаем о получении водорода в лабораториях и в промышленности, а также выясним в каких отраслях промышленности его применяют.

Водород находит широкое применение в технике и лабораторных исследованиях. Мировое промышленное производство водорода из меряется десятками миллионов тонн в год.

Выбор промышленного способа получения простых веществ зависит от того, в какой форме соответствующий элемент находится в природе. Водород находится в природе преимущественно в соединениях с атомами других элементов. Поэтому для его получения необходимо использовать химические методы. Эти же методы применяют для получения водорода и в лабораторной практике.

Получение водорода в лаборатории

В лабораториях водород получают уже известным вам способом, действуя кислотами на металлы: железо, цинк и др. Поместим на дно пробирки три гранулы цинка и прильем небольшой объем соляной кислоты. Там, где кислота соприкасается с цинком (на поверхности гранул), появляются пузырьки бесцветного газа, которые быстро поднимаются к поверхности раствора:

Атомы цинка замещают атомы водорода в молекулах кислоты, в результате чего образуется простое вещество водород Н2, пузырьки которого выделяются из раствора. Для получения водорода таким способом можно использовать не только хлороводородную кислоту и цинк, но и некоторые другие кислоты и металлы.

Соберем водород методом вытеснения воздуха, располагая пробирку вверх дном (объясните почему), или методом вытеснения воды и проверим его на чистоту. Пробирку с собранным водородом наклоняем к пламени спиртовки. Глухой хлопок свидетельствует о том, что водород чистый; «лающий» громкий звук взрыва говорит о загрязненности его примесью воздуха.

В химических лабораториях для получения относительно небольших объемов водорода обычно применяют способ разложения воды с помощью электрического тока:

Из уравнения процесса разложения следует, что из 2 моль воды образуются 2 моль водорода и 1 моль кислорода. Следовательно, и соотношение объемов этих газов также равно:

Получение водорода в промышленности

Очевидно, что при огромных объемах промышленного производства сырьем для получения водорода должны быть легкодоступные и дешевые вещества. Такими веществами являются природный газ (метан СН4) и вода. Запасы природного газа очень велики, а воды — практически неограниченны.

Самый дешевый способ получения водорода — разложение метана при нагревании:

Эту реакцию проводят при температуре около 1000 °С.

В промышленности водород также получают, пропуская водяные пары над раскаленным углем:

Существуют и другие промышленные способы получения водорода.

Применение водорода

Водород находит широкое практическое применение. Основные области его промышленного использования показаны на рисунке 103.

Значительная часть водорода идет на переработку нефти. Около 25 % производимого водорода расходуется на синтез аммиака Nh4. Это один из важнейших продуктов химической промышленности. Производство аммиака и азотных удобрений на его основе осуществляется в нашей стране на ОАО «Гродно Азот». Республика Беларусь поставляет азотные удобрения во многие страны мира.

В большом количестве водород расходуется на получение хлороводородной кислоты. Реакция горения водорода в

кислороде используется в ракетных двигателях, выводящих в космос летательные аппараты. Водород применяют и для получения металлов из оксидов. Таким способом получают тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.

В пищевой промышленности водород используют в производстве маргарина из растительных масел. Реакцию горения водорода в кислороде применяют для сварочных работ. Если использовать специальные горелки, то можно повысить температуру пламени до 4000 оС. При такой температуре проводят сварочные работы с самыми тугоплавкими материалами.

В настоящее время в ряде стран, в том числе и в Беларуси, начаты исследования по замене невозобновляемых источников энергии (нефти, газа, угля) на водород. При сгорании водорода в кислороде образуется экологически чистый продукт — вода. А углекислый газ, вызывающий парниковый эффект (потепление окружающей среды), не выделяется.

Предполагают, что с середины XXI в. должно быть начато серийное производство автомобилей на водороде. Широкое применение найдут домашние топливные элементы, работа которых также основана на окислении водорода кислородом.

Краткие выводы урока:

1. В лаборатории водород получают действием кислот на металлы.
2. В промышленности для получения водорода используют доступное и дешевое сырье — природный газ, воду.
3. Водород — это перспективный источник энергии XXI в.

Надеюсь урок 26 «Получение водорода и его применение» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

himi4ka.ru

Получение водорода использованием резонанса воды

Водород можно получать облучением воды ВЧ колебаниями.

Джон Канзиус (John Kanzius) показал, что раствор NaCl-h3O с концентрацией, колеблющейся от 1 до 30%, когда его облучают направленным поляризованным (polarisedradiofrequency) ВЧ излучением с частотой, равной резонансной частоте раствора, порядка 13,56 МГц, при комнатной температуре начинает выделять водород, который в смеси с кислородом, начинает устойчиво гореть. При наличии искры водород воспламеняется и горит ровным пламенем, температура которого, как показывают эксперименты, может превышать 1600 градусов Цельсия.Удельная теплота сгорания водорода: 120 Мдж/кг или 28000 ккал/кг.Пример схемы ВЧ генератора:

Катушка диаметром 30-40 мм изготавливается из одножильного изолированного провода диаметром 1 мм, число витков 4-5 (подбирается эксперименально). Настойка в резонанс поизводится переменным конденсатором. Катушка наматывется поверх  сосуда с соленой водой  цилиндрической формы. Сосуд  на 75-80% заливается соленой водой и плотно закрывается крышкой  с патрубком для отвода водорода, у  выхода,  трубка заполняется ватой для предотвращения  свободного прникновения  кислорода в сосуд.

Аналогичные генераторы  для получения водорода из соленой воды используют и  за рубежом.Подробнее можно посмотреть на:http://www.scribd.com/doc/36600371/Kanzius-Hydrogen-by-RF

Ответ на вопрос читателя:

Реакция проходит без электролиза!

Эксперимент следует проводить осторожно, чтобы не произошло возгорание и взрыв водорода. Или сразу предусмотреть отвод водорода из накрытого крышкой сосуда с рабочими компонентами.  В  процессе реакции  выделения водорода, через некоторое время, алюминиевая пластина начинает   покрывается отходами реакции  хлоридом кальция CaCl2 и окисью  алюминия A12О3. Интенсивность химической реакции через некоторое время  начнет снижаться.

Для поддержания её  интенсивности  следует удалить отходы, заменить раствор едкого натра и алюминиевую пластину  на другую. Использованную,  после очистки можно, применять снова и т.д. до  полного их разрушения.  Если применять дюраль, реакция может  протекать с  выделением тепла.

ГУМАНИТАРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ И ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (официальный сайт: http://www.geiti.ru/ ) приглашает Вас получить высшее образование, без отрыва от основной деятельности, обучаясь заочно.

zaryad.com

Схема водорода - Справочник химика 21

    В главе II указывалось, что процесс гидрирования бензола в циклогексан можно проводить в адиабатическом реакторе, в котором поток водорода распределяется между всеми полками (см. рис. 10). В данной схеме водород на выходе реактора выделяется из реакционной смеси и поступает на вход аппарата, куда добавляют также некоторое количество свежего водорода. [c.149]

    В данной схеме водород играет роль газообразного катализатора. П. Сабатье и другие авторы неоднократно отмечали благоприятное действие водорода нри процессах дегидрирования, добавки водорода при этерификации спиртов повышают выход сложного эфира на 5—10%, но роль водорода остается неясной. Водород не является переносчиком или разбавителем, но непосредственно участвует в химическом процессе. Адсорбируясь на катализаторе, он образует с реагентами активированные комплексы, что способствует нормальному протеканию процесса. Как правило, при реакциях типа бескислотной этерификации, дегидроконденсациях или кето-низации первичных спиртов всегда должен присутствовать дополнительно вводимый водород, так как без него нарушается нормальное течение процесса, и катализаторы быстро теряют активность. [c.290]

    Установка и стабилизация расходов газа-носителя в двух независимых линиях (в хроматографах Цвет-500 — традиционная двухколоночная схема), водорода и воздуха выполняется блоком БПГ-1Б, [c.117]

    На рис. 184 схематично показано соотношение равновесных потенциалов материалов токоотводов в щелочной среде. Как видно из схемы, водород в контакте с цинком должен выделяться на стальных крышках и не будет выделяться на луженых крышках. [c.231]

    Представления об образовании промежуточного комплекса между кислотой и основанием подвергались серьезной критике. Так, согласно этой схеме, водород на внешней оболочке имеет 4 электрона, что с точки зрения квантовой механики невозможно. Вероятно, механизм образования промежуточного соединения другой кислоты присоединяются к воде за счет водородной связи. [c.513]

    Как видно из схемы, водород, освобожденный от СОа, сжимается до давления 175 ат и после этого осушается цеолитами в адсорбере. Осушенный и охлажденный водород промывается жидким азотом и после этого в адсорберах с активированным углем и цеолитом при низких температурах окончательно очищается от примесей, в частности метана и окиси углерода. Результаты осушки и очистки водорода показаны в табл. 17. Из приведенных данных видно, что на описанной установке достигается исключительно высокая степень очистки водорода. Стоимость очищенного цеолитами водорода, примерно, равна стоимости электролитического водорода. [c.51]

    Для снижения щелочности питательной воды используется схема водород — натрий катионитового умягчения. [c.221]

    При Сб-дегидроциклизации алканов и Сз-циклизациц алкенов на Pt/AbOa показано [84, 126], что скорость реакции в отсутствие Нг быстро падает, доходя фактически до нуля, и наоборот, в токе Нг проходит успешная циклизация как алканов, так и алкенов. Роль водорода при образовании циклопентанов в присутствии алюмоплатиновых катализаторов с низким содержанием Pt пока недостаточно ясна. Возможно, что влияние водорода на протекание реакции осуществляется по нескольким направлениям, часть которых обсуждалась выше. Не исключая этих возможностей и в случае нанесенных Pt-катализаторов, следует также обсудить ассоциативный механизм действия водорода [84], представляющийся авторам книги одним из наиболее вероятных. В соответствии с обсуждаемой схемой водород в случае реакции Сб-дегидроциклизации алканов играет ту же роль, что и в ряде других реакций, протекающих в присутствии металлсодержащих катализаторов, в частности в реакции миграции двойной связи в алкенах [127] и в конфигурационной изомеризации диалкилциклоалканов [128]. В этих реакциях водород входит в состав переходного комплекса, образующегося на поверхности катализатора по ассоциативной схеме. Можно полагать, что реакция Сз-дегидроциклизации, также протекающая при обязательном присутствии и, по-видимому, с участием Нг, проходит через промежуточные стадии образования и распада переходного состояния  [c.230]

    Получение водорода методом электролиза воды. Технологическая схема производства азотоводородной смеси для синтеза аммиака на основе электролитического водорода и азота, полученного разделением воздуха, является наиболее простой, поскольку получающиеся по этой схеме водород и азот не требуют дополнительной очистки. [c.14]

    Искусственно вызываемые термоядерные процессы были пока реализованы лишь Рис. ХУ1-31. Прннци- в форме т. н. водородной бомбы, пиальная схема водород- принципиальная схема которой показана ной бомбы. на рис. ХУ -31 (АБ — атомная бомба). [c.530]

    После того, как технология Пенекс НОТ вышла на коммерческий масштаб, фирма ЮОП начала подробную разработку процесса Бутамер, который изомеризирует С . На Рис.14 показана технологическая схема для Бутамер НОТ. В этой схеме, водород вводится в установку путем разбавления подпиточного газа в сырье жидкого бутана. Один до 2 моль-% водорода можно растворить в сырье жидкого бутана без сжатия подпиточного газа. Комбинированное сырье направляется в осушители жидкости, причем осушители газа устраняются. Реакции Бутамер потребляют меньше чем 1 моль-% водорода следовательно, водород присутствует на протяжении всей реакционной зоны. Эти низкие нормы потребления играют большую роль, так как водород т >ебуется для последующих реакций изомеризации. [c.78]

    Очевидно, было бы невыгодно сжигать и возвращать в цикл водород из 1 и 2 ступеней, поскольку он не богаче дейтерием, чем питающая вода. Чтобы определить, на какой ступени рациональнее сжигать и возвращать водород в цикл, было просчитано несколько различных схем основные результаты приведены в последних трех столбцах табл. И. 5. По первой схеме водород сжигается и возвращается в цикл на третьей и всех последующих ступенях, по второй схеме — на четвертой и всех последующих ступенях и т. д. В каждом случае производительность по несжигаемому водороду принималась постоянной и равной 10 0000 молям. Для каждой схемы рассчитывалось  [c.440]

    В схеме, приведенной на рис. Ж.15,в, продуктовый поток водорода охлаждается уяе в теплообменнике холодной зоны, проходя отдельный змеевик, и после этого направляется последовательно в первую ветвь теплоосйиенника 3, конвертор 2 и затш во вторую ветвь теплообменника 3. Продуктовый поток в этом случае соответствует получаемому жидкому параводороду. В такой схеме водород нормального состава циркулирует в замкнутом контуре и выполняет роль хладагента. Кроме того, в отличие от двух первых вариантов, в которых продуктовый водород выделяется в самостоятельный поток только после теплообменника холодной зоны, в третьем варианте можно провести орто-пара конверсию частично на уровне температур жидкого азота. В случае применения схемы с двумя ступенями конверсии удельный расход энергии снижается на 0,84 кДж ч/л [З] и выработка жидкого параводорода возрастает.  [c.84]

    В соответствии с этой схемой водород образуется неценным путем и отношение метан водород в продуктах реакции равно длине цепи. Скорость крекинга в это1М случае [c.152]

    Схема водород-катионитовой установки отличается от схемы натрий-катионитовой лишь наличием кислоторастворных баков вместо солерастворителя. [c.298]

    Установка и стабилизация расходов газа-носителя в двух независимых линиях (в хроматографах Цвет-500М сохранена традиционная двухколоночная схема), водорода и воздуха выполняются блоками БПГ-1Б, БПГ-2 или БПГ-167, БПГ-175. [c.134]

    Как следует из схемы, водород четыре раза используется как субстрат для восстановления углекислого газа до метана. В двойных обратных координатах экспериментальная зависимость скорости роста Ме1капоЬас1епит 1кегтоаиШгорк1сит от водорода представляет собой прямую линию (см. рис. 5.10). Это свидетельствует о том, что все четыре стадии активации водорода производятся несвязанными формами ферментов или, что то же самое, стадии ввода водорода в ферментный цикл разделены необратимыми реакциями. [c.551]

chem21.info

Водород / «Естествознание»

	01 Водород — самый простой, но в то же время и один из самых удивительных химических элементов. Его атом состоит из ядра, содержащего один протон, и одного единственного электрона:   Схема электронной конфигурации атома водорода     02 Этот самый маленький и легкий атом не имеет аналогов в периодической системе. Он способен терять электрон, превращаясь в катион Н+, и в этом отношении похож на щелочные металлы, которые также проявляют степень окисления +1. С другой стороны атом водорода может и присоединять электрон, образуя при этом анион Н –, электронная конфигурация которого — такая же, как у атома гелия. Этим водород напоминает галогены, анионы которых имеют электронные конфигурации соседних благородных газов. Таким образом, водород обладает двойственной природой, проявляя как окислительную, так и восстановительную способность. По этой причине в одних случаях его помещают в подгруппу щелочных металлов, в других — в подгруппу галогенов (рис. 1).
Рис. 1 Положение водорода в периодической системе элементов
	04 Изотопы водорода, в отличие от других элементов, имеют собственные названия: 1H — протий, 2H — дейтерий и 3H — тритий. Протий и дейтерий стабильны; в природе наиболее распространен протий: на него приходится 99,985 % всех атомов водорода, в то время как на дейтерий, называемый также «тяжелым водородом» — оставшиеся 0,015 %. Тритий радиоактивен и имеет период полураспада 12,3 года. 05 Водород — самый распространенный элемент во вселенной. Фактически, звезды — это огромные сгустки водорода, превращающегося в гелий в процессе термоядерного синтеза (рис. 2). Когда водород заканчивается, звезда начинает погибать, становясь сначала «красным гигантом», а затем — «белым карликом». На сегодняшний день водород составляет примерно половину массы Солнца. — Почитать о жизненном цикле звезд на сайте «Элементы»
Рис. 2 Свет звезд — это излучение, испускаемое в процессе термоядерного синтеза. Фотография сделана телескопом «Хаббл»
	07 Основные запасы водорода на Земле сконцентрированы в воде, природном газе и нефти. Его массовое содержание в земной коре достигает 0,15 %, с учетом гидросферы — около 1 %. 08 Водород как простое вещество — газ без цвета и запаха, плохо растворим в воде, в 14,5 раз легче воздуха. При температуре –252,8 °С газообразный водород превращается в жидкость, также бесцветную. Молекула водорода двухатомна: h3. 09 В сложных веществах водород всегда одновалентен. Для него наиболее характерна степень окисления +1:   вода кислоты основания соединения с неметаллами     10 Однако, в соединениях водорода с менее электроотрицательными элементами, чем он сам, например, с металлами, водород имеет степень окисления –1:       гидрид лития гидрид магния         11 Уникальное электронное строение атома водорода обуславливает существование водородной связи, за счет которой полярные молекулы могут выстраиваться в длинные цепи и сети, а разные фрагменты больших органических молекул — притягиваться друг к другу. Для возникновения водородной связи необходимо, чтобы атом водорода был связан ковалентно с более электроотрицательным атомом, имеющим хотя бы одну неподеленную электронную пару. Это имеет место в том числе и в молекулах галогенводородов, например HF (рис. 3). Ковалентная связь между водородом и фтором осуществляется за счет общей электронной пары, образованной электроном водорода и одним из семи электронов фтора. Эта связь очень полярна, поскольку атом фтора имеет высокую электроотрицательность: электронная пара сильно смещена в сторону фтора. Ядро водорода, в буквальном смысле «оголившееся» после смещения единственного электрона ко фтору, готово притягиваться к любым отрицательным зарядам, находящимся поблизости. Этими зарядами как раз и обладают неподеленные электронные пары соседних молекул HF.
Рис. 3 Образование водородных связей между молекулами фтороводорода
	13 Таким образом, каждая молекула HF ядром атома водорода притягивается к предыдущей молекуле, а электронными парами атома фтора — к последующей. Подобные «молекулярные цепи» характерны также для воды, сероводорода, спирта, аммиака и других веществ.     Методы получения водорода 14 В промышленности водород получают из водяного пара при взаимодействии его с коксом, который в основном состоит из углерода: C + h3O → CO + h3 или же с простейшим углеводородом — метаном, основным компонентом природного газа: Ch5 + h3O → CO + 3h3 15 Существует также и прямой метод получения водорода из воды — это ее электролиз, т. е. разложение под действием электрического тока: 2h3O 2h3 + O2 Однако, такой метод является очень дорогостоящим из-за высокого расхода электроэнергии. 16 Одним из перспективных направлений получения водорода является также газификация биомассы — отходов сельскохозяйственной деятельности, бытового мусора, опилок и пр. 17 В лаборатории водород обычно получают действием растворов кислот на металлы, например: Zn + 2HCl → ZnCl2 + h3     Химические свойства водорода 18 В качестве окислителя водород выступает редко, реагируя, например, с металлами. В продуктах таких реакций — гидридах, — его степень окисления, как было сказано выше, составляет –1: Ca + h3 → Cah32Na + h3 → 2NaH 19 Значительно чаще водород проявляет себя как восстановитель, меняя в результате реакции степень окисления с 0 до +1. Например, при взаимодействии с неметаллами: h3 + S → h3S 20 Многие смеси водорода с газообразными неметаллами очень взрывоопасны, поэтому называются «гремучими». В частности, со взрывом протекают реакции водорода с галогенами и кислородом: h3 + Cl2 → 2HClh3 + O2 → h3O
Видеоролик показывает в замедленной съемке, как происходит взрыв мыльных пузырей, наполненных водородом На английском языке
	22 Водород способен также восстанавливать металлы из их оксидов; такие реакции могли бы найти широкое применение в металлургии, но этому препятствует в том числе и относительно высокая себестоимость водорода: CuO + h3 → Cu + h3O     Несколько слов о водородной энергетике 23 Последние десятилетия водород активно рассматривается как перспективное топливо, способное со временем встать на замену традиционному бензину и дизельному топливу. Водород имеет более высокую теплоту сгорания — 120 МДж/кг, в то время, как бензин — всего 42 МДж/кг. Кроме того, единственным выхлопным газом при сгорании водорода являются водяные пары, которые вступают в естественный природный круговорот воды. А, как известно, посредством электролиза из воды можно снова получить водород. Этот замкнутый цикл, лежащий в основе идеи водородной энергетики, позволяет назвать водород одним из самых экологичных видов топлива (рис. 4).
Рис. 5 Схематичное изображение концепции водородной энергетики
	25 Очевидно, что при переходе транспорта на водородное топливо экологические проблемы больших городов были бы раз и навсегда решены. Однако, перед таким переходом стоит ряд проблем, среди которых: потребность в огромных энергозатратах для получения водорода электролизом воды; необходимость использования специальных сверхгерметичных емкостей для хранения и транспортировки водорода, т. к. в силу малого размера молекул он обладает высокой проникающей способностью; необходимость создания развитой сети заправочных станций в каждом населенном пункте и вдоль крупных автомагистралей: водород — самый легкий и наименее плотный газ, поэтому автомобилю с водородным двигателем придется заправляться намного чаще, чем в автомобилям с бензиновым и дизельным двигателями. 26 Тем не менее, многие производители автомобилей сделали первые шаги в направлении водородной энергетики. В частности, уже несколько лет выпускаются так называемые гибридные автомобили, снабженные как традиционным бензиновым двигателем, так и электродвигателем, работающим благодаря водородному топливному элементу. 27 Водородный топливный элемент во многом напоминает обычный аккумулятор: в нем энергия химической реакции преобразуется в электрическую энергию. Принцип его действия показан на рис. 5.
Рис. 5 Водородный топливный элемент
	29 Водород из специальной герметичной емкости подается в топливный элемент, состоящий из двух электродов (анода и катода) и протонообменной мембраны — материала, пропускающего только протоны. На аноде, изготовленном с использованием благородного металла (например, платины или ее сплавов), молекулы водорода распадаются на атомы и теряют электроны. Освободившиеся при этом ядра водорода, т. е. протоны, начинаются двигаться к катоду сквозь мембрану. Электроны же направляются как бы «в обход» мембраны, поскольку их она пропускать не будет. Поток электронов и представляет собой электрический ток, который потребляется электродвигателем автомобиля. Миновав двигатель, электроны поступают на катод. Там же, в свою очередь, распадаются на атомы молекулы кислорода, поступающего в топливный элемент из атмосферы. Таким образом, на катоде происходит одновременная встреча атомов кислорода, протонов и электронов: это приводит, очевидно, к образованию молекул воды, которые благополучно выводятся в за пределы элемента. 30 Фактически, топливный элемент позволяет провести уже знакомую нам высокоэнергетичную реакцию h3 + O2 → h3O, но не в виде взрыва, а в спокойном, управляемом режиме. Схематичное изображение автомобиля с топливным элементом приведено на рис. 6.
Рис. 5 Принципиальная схема автомобиля на водородных топливных элементах
	32 Автомобили-гибриды могут использовать бензиновый двигатель при движении за городом, на больших магистралях, где концентрация выхлопных газов мала и не наносит значимого ущерба окружающей среде. При движении в черте города, где количество транспорта значительно возрастает, а скорости становятся небольшими, автомобиль переключается с бензинового двигателя на водородный топливный элемент и работает как электромобиль, при этом не выделяя никаких выхлопов, кроме воды. Это особенно оценят жители домов, расположенных вдоль наиболее загруженных улиц, где часто возникают пробки.
Рис. 7 Автомобиль марки Ford Edge Hybrid-2007, работающий на водородных топливных элементах
	34 Вероятно, дальнейшее развитие водородной энергетики напрямую связано с успехами в области изучения управляемого термоядерного синтеза. Как вы думаете, почему? ;-)         35 Немного упражнений   1. Какая масса цинка должна провзаимодействовать с соляной кислотой, чтобы полученным водородом можно было восстановить 14,4 г оксида меди (II)? 2. При восстановлении водородом образца оксида олова (II) массой 120 г образовалось 86 г металла. Определите его практический выход. 3. Закончите уравнения реакций: Al + h3 → ...Br2 + h3 → ...Mg + HCl → ... Ca + h3O → ...Cr2O3 + h3 → ...PbO2 + h3 → ... 2Al + 3h3 → не пойдет!Br2 + h3 → 2HBr Mg + 2HCl → MgCl2 + h3 Ca + 2h3O → Ca(OH)2 + h3Cr2O3 + 3h3 → 2Cr + 3h3OPbO2 + 2h3 → Pb + 2h3O 4. При обработке 8 г смеси магния и оксида магния соляной кислотой выделилось 5,6 л водорода (н. у.). Какова массовая доля магния в исходной смеси? 5. Сколько граммов водяных паров образуется при взрыве гремучей смеси, содержащей 44,8 л водорода и 33,6 л кислорода (н. у.)? 6. Современные технологии позволяют при газификации 1 кг биомассы получить до 500 г биогаза, массовая доля водорода в котором составляет около 5 %. Также известно, что автомобиль, работающий на водородных топливных элементах, расходует в среднем 1,2 кг водорода на 100 км пробега. Определите, сколько килограммов биомассы необходимо переработать, чтобы доехать на таком автомобиле от Москвы до Ростова-на-Дону.       ***

nscience.ru

Получение водорода электролизом воды.

Давно хотел сделать подобную штуку. Но дальше опытов с батарейкой и парой электродов не доходило. Хотелось сделать полноценный аппарат для производства водорода, в количествах для того чтобы надуть шарик. Прежде чем делать полноценный аппарат для электролиза воды в домашних условиях, решил все проверить на модели.

 

Общая схема электролизера выглядит так.

Эта модель не подходит для полноценной ежедневной эксплуатации. Но проверить идею удалось.

Итак для электродов я решил применить графит. Прекрасный источник графита для электродов это токосъемник троллейбуса. Их полно валяется на конечных остановках. Нужно помнить, что один из электродов будет разрушаться.

Пилим и дорабатываем напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и площади электродов.

К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы.

Для корпуса модели электролизера вполне подойдут пластиковые бутылки. В крышке делаются дырки для трубок и проводов.

Все тщательно промазывается герметиком.

Для соединения двух ёмкостей подойдут отрезанные горлышки бутылок.

Их необходимо соединить вместе и оплавить шов.

Гайки делаются из бутылочных крышек.

В двух бутылках в нижней части делаются отверстия. Все соединяется и тщательно заливается герметиком.

В качестве источника напряжения будем использовать бытовую сеть 220в. Хочу предупредить, что это довольно опасная игрушка. Так что, если нет достаточных навыков или есть сомнения, то лучше не повторять. В бытовой сети у нас ток переменный, для электролиза его необходимо выпрямить. Для этого прекрасно подойдет диодный мост. Тот что на фотографии оказался не достаточно мощным и быстро перегорел. Наилучшим вариантом стал китайский диодный мост MB156 в алюминиевом корпусе.

Диодный мост сильно нагревается. Понадобится активное охлаждение. Кулер для компьютерного процессора подойдет как нельзя лучше. Для корпуса можно использовать подходящую по размеру распаячную коробку. Продается в электротоварах.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона.

В крышке распаячной коробки делаются необходимые отверстия.

Так выглядит установка в сборе. Электролизер запитывается от сети, вентилятор от универсального источника питания. В качестве электролита применяется раствор пищевой соды. Тут нужно помнить, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но при этом выше и нагрев. Причем свой вклад в нагрев будет вносить реакция разложения натрия у катода. Эта реакция экзотермическая. В результате неё будет образовываться водород и гидроксид натрия.

Тот аппарат, что на фото выше, очень сильно нагревался. Его приходилось периодически отключать и ждать пока остынет. Проблему с нагревом удалось частично решить путем охлаждения электролита. Для этого я использовал помпу для настольного фонтана. Длинная трубка проходит из одной бутылки в другую через помпу и ведро с холодной водой.

Место подсоединения трубки к шарику хорошо снабдить краником. Продаются в зоомагазинах в отделе для аквариумов.

Процесс изготовления на видео.

Взрыв шарика с водородом

www.zabatsay.ru

Водородные станции, генераторы водорода | ЭкоГазСистем

Процесс начинается с подготовки воды. Для процесса электролиза требуется так называемая деионизованная вода (также называемая обессоленная, деминерализованная). Это совершенно чистая вода, очищенная от механических и химических загрязнений. Обычная водопроводная вода поступает в "Блок водоподготовки" по трубопроводу "Тр-4". Вода последовательно проходит несколько стадий очистки: механический фильтр, ионообменные смолы, обратный осмос. Насосный блок "Н-1" (включает два насоса – основной и резервный) подаёт готовую деионизованную воду в блок сепарации, через который вода попадает в "Блок электролиза".

"Блок электропитания" понижает сетевое напряжение и преобразует переменный ток в постоянный, который необходим для электролизера. Кроме того, блок обеспечивает электропитание для остального оборудования водородной установки.

В "Блоке электролиза" вода под действием постоянного электрического тока распадается в электролизере "Элз-1" на составляющие ее водород и кислород. Отметим, что деионизованная вода практически не проводит электрический ток. Поэтому для придания воде проводящих свойств в неё добавляют гидроксид калия (KOH). То есть в электролизере циркулирует не чистая вода, а электролит в виде 30%-го раствора KOH в воде. Кроме того, в электролит добавляют пентоксид ванадия (V₂O₅) для снижения поляризации электродов, что повышает эффективность процесса. Выделяющиеся газы (водород и кислород) далее идут по отдельным трактам. Далее рассматривается водородный тракт, кислородный тракт аналогичен водородному.

Водород из электролизера поступает в "Блок сепарации" по трубопроводу "Тр-1" в виде смеси с электролитом. Для выделения водорода от жидкости служит газожидкостный сепаратор "С-1". Сепаратор представляет собой сосуд, в который снизу подаётся электролит. Пузырьки газа выделяются из электролита, газ собирается в верхней части сосуда и уходит в трубопровод. Электролит сливается из сосуда и возвращается в блок электролиза по отдельному трубопроводу (на схеме не показан).

Водород на этом этапе содержит примеси щелочи. Для очистки от щелочи служит скруббер (промыватель) "Ск-1". Промыватель – это сосуд, в который снизу подаётся газ, а сверху из разбрызгивателя подаётся деионизованная вода. Капли воды падают вниз, очищая (промывая) встречный поток газа от капель щелочи. В верхней части сосуда установлен коалесцентный фильтр (пакет из мелкой металлической сетки). Мельчайшие капельки щелочи (туман) конденсируются в этом пакете и стекают вниз. Таким образом водород практически полностью очищается от следов щелочи. Далее вода по отдельному трубопроводу (на схеме не показан) поступает в сепаратор "С-1", а оттуда – в блок электролиза.

На данном этапе водород насыщен водяным паром и имеет довольно высокую температуру (порядка 50°С. Для его удаления служит конденсатор "К-1". Конденсатор – это теплообменник, в котором газ охлаждается хладоносителем поступающим от "Рефрижератора". Рефрижератор может быть часть оборудования водородной станции, но возможен вариант, когда хладоноситель подаётся от внешней системы охлаждения. Водяной пар конденсируется в конденсаторе после чего отводится из системы с помощью конденсатоотводчика "Ко-1". Водород, полученный на этом этапе называется "сырой", так он все еще содержит примеси воды (точка росы не ниже +3°С) и кислорода (на уровне 0,1-0,5%). Для дальнейшей очистки водород по трубопроводу "Тр-2" подаётся в "Блок очистки". Заметим, что кислород, в случае, если он не нужен потребителю, на аналогичном этапе по трубопроводу "Тр-5" сбрасывается в атмосферу.

В "Блоке очистки" водород сначала поступает в реактор каталитической очистки "Кт-1". Реактор представляет собой сосуд, заполненный мелкими гранулами катализатора на основе благородных металлов (платина, палладий). В присутствии катализатора примеси кислорода активно реагируют с водородом, обращаясь в воду. Таким образом водород практически полностью очищается от кислорода (содержание кислорода порядка 1-5 ppmv). Далее водород подаётся в осушитель "Осш-1". Осушитель действует на принципе короткоцикловой адсорбции (КЦА). В нем два попеременно работающий сосуда-адсорбера, заполненных специальным поглотителем (адсорбентом). Адсорбент поглощает влагу из газа. Сосуды-адсорберы работают попеременно – один находится в рабочем цикле, другой – в цикле регенерации. Таким образом водород осушается до точки росы -75°С, после чего подаётся потребителю.

 

Замечание по терминологии. В отечественной традиции используется термин "установка по производству водорода". Наравне с этим используется термин "генератор водорода", который является калькой с английского языка. Под генератором водорода обычно понимают установку, в состав которой входят: электролизер, блок сепарации, блок очистки водорода. Термином "водородная станция" обычно обозначают здание или автономный блок-контейнер, в котором размещены генератор водорода и вспомогательные агрегаты, такие как блок водоподготовки, блок электропитания, система охлаждения и прочее. 

gasonsite.ru

---

• 
  Схема фонтан
• 
  Устройство фонтана схема
• 
  Схема насос отопления
• 
  Фонтан схема
• 
  Система схема
• 
  Схема разводки воды в квартире с водонагревателем
• 
  Схема установки системы водостока
• 
  Схема устройство фонтана
• 
  Схема горячего водоснабжения закрытая
• 
  Схема водосточной системы
• 
  Система отопления и водоснабжения в частном доме схема