Вода разлагается на водород и кислород уравнение

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6e27055d49883a55 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

При каких условиях может происходить разложение воды? Напишите уравнение реакции разложения воды на водород и кислород.

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,299
• гуманитарные 33,630
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,256
• разное 16,836

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

При какой температуре вода расщепляется на водород и кислород

Расщепление воды – это химическая реакция, в которой вода расщепляется на кислород и водород :

2 Н 2 О → 2 Н 2 + О 2

Эффективное и экономичное разделение воды стало бы технологическим прорывом, который мог бы поддержать водородную экономику , основанную на экологически чистом водороде . Вариант расщепления воды происходит при фотосинтезе , но водород не образуется. В основе водородного топливного элемента лежит обратное расщепление воды .

Электролиз

Передняя панель электролизера с электрической панелью на переднем плане

Электролиз воды – это разложение воды (H 2 O) на кислород (O 2 ) и водород (H 2 ) из-за прохождения электрического тока через воду.

Использование атмосферного электричества для химической реакции, в которой вода разделяется на кислород и водород. (Изображение взято: Vion, патент США 28793. Июнь 1860 г.)

• Vion, патент США 28,793 , «Улучшенный метод использования атмосферного электричества», июнь 1860 г.

В схемах производства электроэнергии из газа избыточная мощность или внепиковая мощность, создаваемая ветряными генераторами или солнечными батареями, используется для балансировки нагрузки энергосистемы путем хранения, а затем закачки водорода в сеть природного газа.

Производство водорода из воды энергоемко. Потенциальные источники электроэнергии включают гидроэнергетику, ветряные турбины или фотоэлектрические элементы. Обычно потребляемая электроэнергия более ценна, чем произведенный водород, поэтому этот метод не получил широкого распространения. В отличие от низкотемпературного электролиза, высокотемпературный электролиз (HTE) воды преобразует большую часть начальной тепловой энергии в химическую энергию (водород), потенциально повышая эффективность вдвое до примерно 50%. Поскольку часть энергии в HTE поставляется в виде тепла, меньшая часть энергии должна быть преобразована дважды (из тепла в электричество, а затем в химическую форму), поэтому процесс более эффективен.

Расщепление воды при фотосинтезе

Вариант расщепления воды происходит при фотосинтезе , но электроны шунтируются не на протоны, а на транспортную цепь электронов в фотосистеме II . Электроны используются для преобразования углекислого газа в сахара.

Когда фотосистема I становится фотовозбужденной, инициируются реакции переноса электронов, что приводит к восстановлению ряда акцепторов электронов, в конечном итоге восстанавливая NADP + до NADPH, а PS I окисляется. Окисленная фотосистема I захватывает электроны из фотосистемы II посредством ряда этапов с участием таких агентов, как пластохинон, цитохромы и пластоцианин. Фотосистема II затем вызывает окисление воды, что приводит к выделению кислорода, причем реакция катализируется кластерами CaMn 4 O 5, встроенными в сложную белковую среду; комплекс известен как комплекс с выделением кислорода (OEC).

При биологическом производстве водорода электроны, производимые фотосистемой, направляются не в устройство химического синтеза, а в гидрогеназы , что приводит к образованию H 2 . Этот биоводород производится в биореакторе .

Фотоэлектрохимическое расщепление воды

Использование электроэнергии, производимой фотоэлектрическими системами, потенциально предлагает самый чистый способ производства водорода, кроме ядерной, ветровой, геотермальной и гидроэлектрической энергии. Опять же, вода расщепляется на водород и кислород при электролизе, но электрическая энергия получается с помощью процесса фотоэлектрохимического элемента (PEC). Система также называется искусственным фотосинтезом .

Фотокаталитическое расщепление воды

Преобразование солнечной энергии в водород посредством процесса разделения воды – один из наиболее интересных способов получения чистой и возобновляемой энергии. Этот процесс может быть более эффективным, если ему помогают фотокатализаторы, взвешенные непосредственно в воде, а не фотоэлектрическая или электролитическая система, так что реакция протекает в один этап.

Радиолиз

Ядерное излучение обычно разрушает водные связи, в Mponeng золотом прииске , Южной Африки , исследователи обнаружили в природе зоне высокой радиации , сообщество доминирует новый phylotype из Desulfotomaculum , питаясь в основном радиолитическому производства H 2 . Отработанное ядерное топливо / «ядерные отходы» также рассматривается как потенциальный источник водорода.

Наногальванический порошок алюминиевого сплава

Было показано, что порошок алюминиевого сплава, изобретенный исследовательской лабораторией армии США в 2017 году, способен производить газообразный водород при контакте с водой или любой жидкостью, содержащей воду, благодаря своей уникальной наноразмерной гальванической микроструктуре. Сообщается, что он производит водород с выходом 100 процентов от теоретического без необходимости использования каких-либо катализаторов, химикатов или внешней энергии.

Термическое разложение воды

При термолизе молекулы воды расщепляются на атомарные компоненты – водород и кислород . Например, при 2200 ° C около трех процентов всей H 2 O диссоциирует на различные комбинации атомов водорода и кислорода, в основном H, H 2 , O, O 2 и OH. Другие продукты реакции, такие как H 2 O 2 или HO 2, остаются второстепенными. При очень высокой температуре 3000 ° C более половины молекул воды разлагается, но при температуре окружающей среды только одна молекула из 100 триллионов диссоциирует под действием тепла. Высокие температуры и материальные ограничения ограничивают возможности применения этого подхода.

Ядерно-тепловой

Одним из побочных преимуществ ядерного реактора, производящего и электричество, и водород, является то, что он может переключать производство между ними. Например, электростанция может производить электричество днем ​​и водород ночью, согласовывая свой профиль выработки электроэнергии с дневными колебаниями спроса. Если водород можно производить экономично, эта схема будет выгодно конкурировать с существующими схемами хранения энергии в сети . Более того, потребность в водороде в Соединенных Штатах достаточно высока, чтобы такие станции могли справляться со всей суточной пиковой выработкой.

Гибридный термоэлектрический цикл «медь-хлор» – это система когенерации , использующая отходящее тепло ядерных реакторов, в частности, сверхкритического водяного реактора CANDU .

Гелиотермический

Высокие температуры, необходимые для разделения воды, могут быть достигнуты за счет использования концентрированной солнечной энергии . Hydrosol-2 – это 100-киловаттная пилотная установка на Plataforma Solar de Almería в Испании, которая использует солнечный свет для получения необходимой температуры от 800 до 1200 ° C для разделения воды. Hydrosol II находится в эксплуатации с 2008 года. Проект этой 100-киловаттной опытной установки основан на модульной концепции. В результате может быть возможно, что эту технологию можно будет легко расширить до мегаваттного диапазона, умножив доступные реакторные блоки и подключив установку к полям гелиостата (полям зеркал, отслеживающих солнце) подходящего размера.

Материальные ограничения из-за требуемых высоких температур уменьшаются за счет конструкции мембранного реактора с одновременным извлечением водорода и кислорода, который использует определенный температурный градиент и быструю диффузию водорода. Благодаря концентрированному солнечному свету в качестве источника тепла и только воде в реакционной камере получаемые газы очень чистые, и единственным возможным загрязнителем является вода. «Солнечная установка для взлома воды» с концентратором площадью около 100 м² может производить почти один килограмм водорода за один солнечный час.

Исследовать

Ведутся исследования фотокатализа , ускорения фотореакции в присутствии катализатора. Его понимание стало возможным с момента открытия электролиза воды с помощью диоксида титана. Искусственный фотосинтез – это область исследований, которая пытается воспроизвести естественный процесс фотосинтеза, превращая солнечный свет, воду и углекислый газ в углеводы и кислород. Недавно удалось расщепить воду на водород и кислород с помощью искусственного соединения под названием нафион .

Высокотемпературный электролиз (также HTE или паровой электролиз ) – это метод, который в настоящее время исследуется для производства водорода из воды с кислородом в качестве побочного продукта. Другие исследования включают термолиз на дефектных углеродных подложках, что делает возможным производство водорода при температурах чуть ниже 1000 ° C.

Цикл оксида железа – это серия термохимических процессов, используемых для производства водорода . Цикл оксида железа состоит из двух химических реакций , чистым реагентом которых является вода, а чистыми продуктами – водород и кислород . Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс оксида железа требует эффективного источника тепла.

Цикл серы-йод (СИ цикл) представляет собой ряд термохимических процессов , используемых для получения водорода . Цикл SI состоит из трех химических реакций , чистым реагентом которых является вода, а чистыми продуктами – водород и кислород . Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс SI требует эффективного источника тепла.

Для расщепления или термолиза воды описано более 352 термохимических циклов . Эти циклы обещают производить водород, кислород из воды и тепла без использования электричества. Поскольку вся энергия для таких процессов – тепло, они могут быть более эффективными, чем высокотемпературный электролиз. Это связано с тем, что эффективность производства электроэнергии ограничена по своей природе. Термохимическое производство водорода с использованием химической энергии из угля или природного газа обычно не рассматривается, поскольку прямой химический путь более эффективен.

Суммарная реакция для всех термохимических процессов – это реакция разложения воды:

Все остальные реагенты утилизируются. Ни один из процессов термохимического производства водорода не был продемонстрирован на уровне производства, хотя некоторые из них были продемонстрированы в лабораториях.

Также проводятся исследования способности наночастиц и катализаторов снижать температуру расщепления воды.

Недавно было показано, что материалы на основе металлоорганического каркаса (MOF) являются очень многообещающим кандидатом для расщепления воды дешевыми переходными металлами первого ряда .

Исследования сосредоточены на следующих циклах:

Смотрите также

• Фотокаталитическое расщепление воды
• Реакция конверсии водяного газа

Рекомендации

Внешние ссылки

Расщепление воды – это химическая реакция , в которой вода расщепляется на кислород и водород :

2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

Эффективное и экономичное фотохимическое расщепление воды стало бы технологическим прорывом, который uld лежит в основе водородной экономики . Никакой промышленно практический вариант расщепления воды чистой водой не продемонстрирован, но двухкомпонентные реакции (образование H 2 и образование O 2 ) хорошо известны. Разделение воды морской воды и другой соленой воды , однако, используется в промышленности для производства хлора , и собранный отработанный водород составляет около пяти процентов мировых запасов. Вариант расщепления воды происходит в фотосинтезе , но водород не образуется. Обратное расщепление воды лежит в основе водородного топливного элемента .

Электролиз

Передняя часть электролизера с электрической панелью на переднем плане

Электролиз воды – это разложение воды (H2O) на кислород (O2) и водород (H2) из-за электрического тока , проходящего через воду.

Атмосферное электричество Использование для химической реакции, в которой вода разделяется на кислород и водород. (Изображение взято: Vion, патент США 28793. Июнь 1860 г.)

• Vion, U.S. Патент 28,793 , «Усовершенствованный метод использования атмосферного электричества», июнь 1860 г.

В схемах выработки энергии из газа используется избыточная мощность или внепиковая мощность, создаваемая ветряными генераторами или солнечными батареями. для балансировки нагрузки энергосистемы путем хранения и последующего впрыска водорода в сеть природного газа.

Производство водорода из воды является энергоемким. Потенциальные источники электроэнергии включают гидроэнергетику, ветряные турбины или фотоэлектрические элементы. Обычно потребляемая электроэнергия более ценится, чем произведенный водород, поэтому этот метод не получил широкого распространения. В отличие от низкотемпературного электролиза, высокотемпературный электролиз (HTE) воды преобразует большую часть первоначальной тепловой энергии в химическую энергию (водород), потенциально удваивая эффективность примерно до 50%. Поскольку часть энергии в HTE поставляется в виде тепла, меньшая часть энергии должна быть преобразована дважды (из тепла в электричество, а затем в химическую форму), и поэтому процесс более эффективен.

Расщепление воды при фотосинтезе

Вариант расщепления воды происходит в фотосинтезе , но электроны шунтируются не на протоны, а на транспортную цепь электронов в фотосистема II . Электроны используются для преобразования диоксида углерода в сахара.

Когда фотосистема I возбуждается фотовозбуждением, инициируются реакции переноса электронов, что приводит к восстановлению ряда акцепторов электронов, в конечном итоге восстанавливая НАДФ до НАДФН, а ФС I окисляется. Окисленная фотосистема I захватывает электроны из фотосистемы II через ряд этапов с участием таких агентов, как пластохинон, цитохромы и пластоцианин. Фотосистема II затем вызывает окисление воды, что приводит к выделению кислорода, причем реакция катализируется кластерами CaMn 4O5, встроенными в сложную белковую среду; комплекс известен как комплекс, выделяющий кислород (OEC).

В биологическом производстве водорода электроны, производимые фотосистемой, шунтируются не в аппарат химического синтеза, а в гидрогеназы , что приводит к образованию H 2 . Этот биоводород производится в биореакторе .

Фотоэлектрохимическом расщеплении воды

Использование электроэнергии, производимой фотоэлектрическими системами, потенциально предлагает самый чистый способ производства водорода, кроме ядерной, ветровой и геотермальной энергии. , и гидроэлектростанции. Снова вода расщепляется на водород и кислород посредством электролиза, но электрическая энергия получается с помощью процесса фотоэлектрохимического элемента (PEC). Система также называется искусственный фотосинтез .

Фотокаталитическое расщепление воды

Преобразование солнечной энергии в водород посредством процесса расщепления воды – один из наиболее интересных способов получения чистой и возобновляемой энергии. Этот процесс может быть более эффективным, если ему помогают фотокатализаторы, взвешенные непосредственно в воде, а не фотоэлектрическая или электролитическая система, так что реакция протекает в один этап.

Радиолиз

Ядерное излучение обычно разрывает водные связи, на золотом руднике Мпоненг, Южная Африка , как выяснили исследователи в зоне с естественным высоким уровнем радиации , доминирует сообщество новым филотипом Desulfotomaculum , питающимся в основном радиолитически произведенным H2.отработанным ядерным топливом / “ядерными отходами”, также рассматриваются как потенциальный источник водорода.

Наногальванический порошок алюминиевого сплава

Порошок алюминиевого сплава, изобретенный США. Армейская исследовательская лаборатория в 2017 году продемонстрировала способность производить газообразный водород при контакте с водой или любой жидкостью, содержащей воду, благодаря своей уникальной наноразмерной гальванической микроструктуре. Сообщается, что он генерирует водород с выходом 100% от теоретического без использования каких-либо катализаторов, химикатов или внешнего источника энергии.

Термическое разложение воды

При термолизе молекулы воды расщепляются на атомарные компоненты водород и кислород . Например, при 2200 ° C около трех процентов всего H 2 O диссоциируют на различные комбинации атомов водорода и кислорода, в основном H, H 2 , O, O . 2 и ОН. Другие продукты реакции, такие как H 2O2или HO 2 , остаются второстепенными. При очень высокой температуре 3000 ° C более половины молекул воды разлагается, но при температуре окружающей среды только одна молекула из 100 триллионов диссоциирует под действием тепла. Высокие температуры и материальные ограничения ограничивают возможности применения этого подхода.

Ядерно-тепловой

Одно из побочных преимуществ ядерного реактора, который производит и электричество , и водород, заключается в том, что он может переключать производство между ними. Например, электростанция может производить электричество днем ​​и водород ночью, согласовывая свой профиль выработки электроэнергии с дневными колебаниями спроса. Если водород можно производить экономично, эта схема будет выгодно конкурировать с существующими схемами сетевого накопления энергии. Более того, в Соединенных Штатах существует достаточный спрос на водород, чтобы все ежедневные пики производства могли быть обработаны такими установками.

Гибридный термоэлектрический цикл хлор-медь – система когенерации , использующая отходящее тепло ядерных реакторов, в частности CANDUреактор со сверхкритической водой .

солнечно-тепловой

Высокие температуры, необходимые для разделения воды, могут быть достигнуты за счет использования концентрирующей солнечной энергии . Hydrosol-2 – это 100-киловаттная пилотная установка на Plataforma Solar de Almería в Испании , которая использует солнечный свет для получения требуемой температуры от 800 до 1200 ° C для разделения вода. Hydrosol II находится в эксплуатации с 2008 года. Проект этой 100-киловаттной опытной установки основан на модульной концепции. В результате может оказаться возможным, что эту технологию можно будет легко расширить до мегаваттного диапазона, умножив доступные реакторные блоки и подключив установку к полям гелиостата (поля зеркал, отслеживающих солнце) подходящего размер.

Материальные ограничения из-за требуемых высоких температур уменьшены за счет конструкции мембранного реактора с одновременным извлечением водорода и кислорода, который использует определенный температурный градиент и быструю диффузию водорода. Благодаря концентрированному солнечному свету в качестве источника тепла и только воде в реакционной камере получаемые газы очень чистые, и единственным возможным загрязнителем является вода. «Солнечная установка для крекинга воды» с концентратором около 100 м² может производить почти один килограмм водорода за один солнечный час.

Исследования

Исследования проводятся по фотокатализу , ускорение фотореакции в присутствии катализатора. Его понимание стало возможным с момента открытия электролиза воды с помощью диоксида титана. Искусственный фотосинтез – это область исследований, которая пытается воспроизвести естественный процесс фотосинтеза, превращая солнечный свет, воду и углекислый газ в углеводы и кислород. В последнее время удалось разделить воду на водород и кислород с использованием искусственного соединения под названием Nafion .

Высокотемпературный электролиз (также HTE или паровой электролиз ) – метод, который в настоящее время используется исследованы на производство водорода из воды с кислородом в качестве побочного продукта. Другие исследования включают термолиз на дефектных углеродных подложках, что делает возможным производство водорода при температурах чуть ниже 1000 ° C.

цикл оксида железа представляет собой серию термохимических процессов, используемых для получения водорода . Цикл оксида железа состоит из двух химических реакций , чистым реагентом которых является вода , а чистыми продуктами – водород и кислород . Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс оксида железа требует эффективного источника тепла.

серо-йодный цикл (цикл S-I) – это серия термохимических процессов, используемых для производства водорода . Цикл S-I состоит из трех химических реакций , чистым реагентом которых является вода, а чистыми продуктами – водород и кислород . Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс S-I требует эффективного источника тепла.

Для расщепления воды или термолиза описано более 352 термохимических циклов. Эти циклы обещают производить водород, кислород из воды и тепла без использования электричества. Поскольку вся энергия для таких процессов – тепло, они могут быть более эффективными, чем высокотемпературный электролиз. Это связано с тем, что эффективность производства электроэнергии ограничена по своей природе. Термохимическое производство водорода с использованием химической энергии из угля или природного газа обычно не рассматривается, поскольку прямой химический путь более эффективен.

Для всех термохимических процессов суммарной реакцией является реакция разложения воды:

2 H 2 O ⇌ Тепло 2 H 2 + O 2 < displaystyle < ce <2H2O [ < ce >] 2H2 <> + O2>>>

Все остальные реагенты перерабатываются. Ни один из процессов термохимического производства водорода не был продемонстрирован на уровни производства, хотя некоторые из них были продемонстрированы в лабораториях.

Также проводятся исследования жизнеспособности наночастиц и катализаторов для снижения температуры, при которой вода расщепляется.

Недавно Металл-Органик Материалы на основе каркаса (MOF) оказались очень многообещающим кандидатом для расщепления воды дешевыми переходными металлами первого ряда .;

Исследования сосредоточены на следующих циклах: