23.9: Електроліз води

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19228

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Коли викопне паливо стає дорожчим і менш доступним, вчені шукають інші джерела енергії. Водень здавна вважається ідеальним джерелом, так як не забруднює повітря при згорянні. Проблема полягала в пошуку шляхів економічного отримання водню. Одним з нових підходів, який вивчається, є фотоелектроліз - генерація електроенергії за допомогою фотоелектричних елементів для розщеплення молекул води. Ця методика все ще знаходиться на стадії дослідження, але, здається, є дуже перспективним джерелом енергії в майбутньому.

Електроліз води

Електроліз води виробляє водень і кисневі гази. Електролітична комірка складається з пари платинових електродів, занурених у воду, до якої\(\ce{H_2SO_4}\) додано невелику кількість електроліту типу. Електроліт необхідний тому, що чиста вода не буде нести достатню кількість заряду через відсутність іонів. На аноді вода окислюється до газу кисню і іонів водню. На катоді вода відновлюється до газу водню і гідроксид-іонів.

\[\begin{array}{lll} \text{oxidation (anode):} & 2 \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow \ce{O_2} \left( g \right) + 4 \ce{H^+} \left( aq \right) + 4 \ce{e^-} & E^0 = -1.23 \: \text{V} \\ \text{reduction (cathode):} & 2 \ce{H_2O} \left( l \right) + 2 \ce{e^-} \rightarrow \ce{H_2} \left( g \right) + 2 \ce{OH^-} \left( aq \right) & E^0 = -0.83 \: \text{V} \\ \hline \text{overall reaction:} & 2 \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow \ce{O_2} \left( g \right) + 2 \ce{H_2} \left( g \right) & E^0_\text{cell} = -2.06 \: \text{V} \end{array}\nonumber \]

Для того щоб отримати загальну реакцію, редукційну полуреакцію помножили на два для вирівнювання електронів. Іон водню і гідроксид іони, що утворюються в кожній реакції, об'єднуються з утворенням води. \(\ce{H_2SO_4}\)Чи не споживається в реакції.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Апарат для отримання водню і кисню газів електролізом води.