Die Zersetzung von Wasser kann durch verschiedene Methoden erfolgen, einschließlich Elektrolyse, thermischer Zersetzung oder Verwendung von Katalysatoren. In diesem Artikel betrachten wir den Prozess der Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom.
Wenn Wasser durch einen elektrischen Schlag zersetzt wird, wird Wasserstoff an der Kathode (der negativen Elektrode) und Sauerstoff an der Anode (der positiven Elektrode) freigesetzt.
Wassermolekül (H2O) besteht aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O). Wenn Wasser durch einen elektrischen Schlag zerlegt wird, wird jedes Wassermolekül in zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom gespalten.
Das Massenverhältnis von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser beträgt 2:16, was 1:8 entspricht. Daher wird bei der Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom die Wasserstoffmasse achtmal kleiner sein als die Wassermasse.
Um das Problem der Menge an freigesetztem Wasserstoff zu lösen, ist es notwendig, die chemische Formel von Wasser (H) zu verwenden2O) und die Molmasse von Wasser (18 g/Mol). Es sollte beachtet werden, dass 1 Mol Wasser 2 g Wasserstoffatome enthält.
Funktionsprinzip des Elektrolyseurs
Die Elektrolysezelle besteht aus zwei Elektroden – einer Kathode und einer Anode – und einem Elektrolyten, der normalerweise eine wässrige Salzlösung ist. Eine Kathode ist eine Elektrode, bei der Oxidation auftritt, und eine Anode ist eine Elektrode, bei der die Wiederherstellung stattfindet.
Wenn der Elektrolyseur eingeschaltet wird, fließt ein elektrischer Strom durch die Elektroden und den Elektrolyten in das Netzwerk. Dabei wird an der Anode oxidiert und Sauerstoff gebildet, während an der Kathode eine Wiederherstellung stattfindet und Wasserstoff freigesetzt wird. Somit wird durch die Elektrolyse von Wasser mit einem Gewicht von 72 g eine bestimmte Anzahl von Litern Wasserstoff freigesetzt.
Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff zu berechnen, ist es notwendig, die Molmasse des Wasserstoffs zu kennen und das faradaysche Gesetz anzuwenden. Wasserstoff hat eine Molmasse von 2 g / Mol, daher beträgt Wasserstoff mit einer Masse von 72 g 36 mol. Nach dem Faraday-Gesetz werden 2 Faraden von Elektrizität benötigt, um 1 Mol Wasserstoff freizusetzen.
Mit diesen Daten können Sie die Menge an freigesetztem Wasserstoff berechnen. Wenn Wasser mit einem Gewicht von 72 g zersetzt wird, erhalten Sie 36 Mol Wasserstoff, was etwa 36 Liter entspricht. Somit werden bei dieser Elektrolyse etwa 36 Liter Wasserstoff freigesetzt.
Es ist wichtig sich daran zu erinnern, dass diese Berechnung ideal ist und den Energieverlust, der durch den tatsächlichen Elektrolysevorgang entsteht, nicht berücksichtigt.
Berechnung der Menge an freigesetztem Wasserstoff
Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff zu berechnen, wenn Wasser durch einen elektrischen Strom zersetzt wird, müssen Sie die Molmasse des Wasserstoffs (H2) kennen und die Nernst-Formel anwenden.
Die Molmasse von Wasserstoff (H2) beträgt etwa 2 g/mol. Wir erhalten auch eine Wassermasse, die 72 g beträgt.
Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff (H2) zu berechnen, müssen wir zuerst die Anzahl der Wassermole (H2O) anhand seiner Molmasse ermitteln:
Molmasse von Wasser (H2O) = 2 g/mol + 16 g/mol = 18 g/mol
Wassermenge (H2O) = Wassermasse (g) / Wassermenge (g/Mol) = 72 g / 18 g/mol = 4 mol
Dann wird nach der Nernst-Formel ein Mol Wasser in zwei Mol Wasserstoff (H2) und einen Mol Sauerstoff (O2) zerlegt, wenn die Elektrolyse durchgeführt wird. Somit entspricht die Menge an Wasserstoffmolen (H2) zwei Mol für jeden Mol Wasser:
Wasserstoffmole (H2) = 4 Mol (Wasser) * 2 Mol (Wasserstoff) / 1 Mol (Wasser) = 8 Mol (Wasserstoff)
Da 1 Mol Gas unter normalen Bedingungen (0 ° C und 1 atm) etwa 22,4 Liter Volumen einnimmt, kann die Menge an freigesetztem Wasserstoff wie folgt berechnet werden:
Anzahl der Liter freigesetzten Wasserstoff = Anzahl der Mol freigesetzten Wasserstoffs * 22,4 l/mol = 8 mol (Wasserstoff) * 22,4 l/mol = 179,2 Liter Wasserstoff.
Wasserzersetzungsreaktion
Die Zersetzungsreaktion von Wasser findet in einer Elektrolysevorrichtung statt, einer Vorrichtung, die aus zwei Elektroden und einem Elektrolyten besteht, normalerweise einer Lösung von Schwefelsäure oder Natriumhydroxid. Wenn die Elektroden mit elektrischem Strom versorgt werden, erfolgt eine Redoxreaktion und das Wasser zersetzt sich in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle.
Die Molmasse von Wasser (H2O) beträgt etwa 18 g / mol. Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff (H2) zu berechnen, müssen die chemische Formel von Wasser und die Molmassen seiner Komponenten verwendet werden.
Der Massenanteil von Wasserstoff im Wasser beträgt 2 g / Mol und Sauerstoff beträgt 16 g / mol. Wenn Sie wissen, dass die Wassermasse 72 g beträgt, können Sie die Menge an Wasserstoff berechnen, die bei der Zersetzung von Wasser freigesetzt wird:
Massenanteil von Wasserstoff = (2 g/mol / 18 g/mol) * Wassermasse
Wasserstoffmenge = Massenanteil von Wasserstoff * 2 g/mol
Somit kann die Anzahl der Liter Wasserstoff, die bei der Zersetzung von Wasser mit einer Masse von 72 g freigesetzt werden, berechnet werden, da die Molmasse des Wasserstoffs 2 g / mol beträgt und seine Dichte unter normalen Bedingungen 0.0899 g / l beträgt:
Anzahl der Liter Wasserstoff = (Wasserstoffmenge in g) / (Wasserstoffdichte in g/l)
Wasserstoffmasse bei Zersetzung von 72 g Wasser
Bei der Elektrolyse von Wasser mit einem Gewicht von 72 g wird Wasserstoff freigesetzt. Es wurde festgestellt, dass Wasserstoff und Sauerstoff in einem Verhältnis von 2: 1 freigesetzt werden. Wenn also 72 g Wasser zersetzt wird, werden 48 g Wasserstoff freigesetzt.
Wichtig zu beachten, dass die Elektrolyse von Wasser ein Verfahren zur Herstellung von reinem Wasserstoff ist. Bei der Zersetzung von Wasser werden die Wasserstoff- und Sauerstoffatome durch den elektrischen Strom getrennt, der durch den Elektrolyten fließt, normalerweise Kopfhörer oder Alkali, das in Wasser gelöst ist. Die Trennung erfolgt in zwei Elektroden: eine negative Elektrode (Kathode) und eine positive Elektrode (Anode).
Der Elektrolysevorgang kann auch im industriellen Maßstab durchgeführt werden, um Wasserstoff zu erzeugen, der dann in verschiedenen Bereichen wie der Herstellung von Ammoniak und der Methanolsynthese verwendet wird.
Anwendung von isoliertem Wasserstoff
Eine der Hauptanwendungen von isoliertem Wasserstoff ist seine Verwendung als Brennstoff für Wasserstoffbrennstoffzellen (VTE). Wasserstoffbrennstoffzellen sind eine umweltfreundliche Energiequelle, da bei ihrer Arbeit nur eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet, um Wasser zu bilden, das keine schädlichen Substanzen freisetzt.
Eine weitere wichtige Anwendung von Wasserstoff ist seine Verwendung bei der Herstellung von Ammoniak. Wasserstoff ist der Hauptbestandteil der Ammoniakproduktion, der bei der Herstellung von Düngemitteln, Kunststoffen, Arzneimitteln und anderen chemischen Produkten verwendet wird.
Wasserstoff wird auch beim Aushärten von Metallen, bei der Herstellung von Elektrolyseuren, als industrielles Ausgangsmaterial für die Herstellung von wasserstoffhaltigen Verbindungen (z. B. Methylendiamin) sowie in der Raketenwissenschaft und der Raumfahrtindustrie verwendet.
Der Wasserstoff, der durch die Zersetzung von elektrischem Wasser durch Stromschlag entsteht, kann auch in Laborbedingungen, analytischer Chemie, als Reagenzien sowie in verschiedenen chemischen Studien und Experimenten verwendet werden.
| Gebrauch | Die Beschreibung |
|---|---|
| Wasserstoff-Brennstoffzellen | Werden als umweltfreundliche Energiequelle verwendet |
| Herstellung von Ammoniak | Wird zur Herstellung von Düngemitteln, Kunststoffen, Medikamenten und anderen chemischen Produkten verwendet |
| Härtung von Metallen | Wird beim Aushärten von Metallen verwendet |
| Herstellung von wasserstoffhaltigen Verbindungen | Wird bei der Herstellung verschiedener chemischer Verbindungen verwendet |
