Получение водорода электролизом с использованием ультразвука - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Практическая работа Получение и свойства водорода 1 42.76kb.
Билет №14. Водород: положение этого химического элемента в периодической... 1 27.72kb.
Практическая работа №6 Получение водорода и изучение его свойств 1 94.78kb.
Методическая разработка урока "Водород элемент и простое вещество. 1 137.18kb.
Атом водорода 1 166.15kb.
Водород. Свойства, получение, применение. Историческая справка 1 43.56kb.
Гуо «Белорусская медицинская академия последипломного образования»... 1 57.83kb.
Структурированный перечень технологических платформ 6 590.81kb.
Получение рентгеновских и гамма изображений протяженных источников... 4 636.19kb.
Методические рекомендации для преподавателей элективного курса «Ультразвуковая... 1 268.41kb.
Программа повышения квалификации научно-педагогических работников... 1 71.24kb.
Лекция №8 стандарты медицинской помощи при катастрофах вопросы общие... 2 502.97kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Получение водорода электролизом с использованием ультразвука - страница №1/1

МОУ «Лицей № 43»

(естественно-технический)




Получение водорода электролизом

с использованием ультразвука

Воропаева Мария

Ивкина Татьяна

11 Б класс


Саранск


2012

Оглавление


2 Водородная энергетика 2

3 Получение водорода 6

4 Экспериментальная часть 12

6 Заключение 17

7 Библиографический список 17

8 Глоссарий 18




1 Введение

Во всех сферах деятельности человека широко распространяется автоматизация труда. Это ведет к увеличению потребления основных источников питания – нефти, газа и угля. Но, к сожалению, минеральные ресурсы относятся к категории невозобновляемых. Поэтому возрастает количество атомных электростанций, что повышает опасность их эксплуатирования и обострение проблемы утилизации радиоактивных отходов. Все это ведет к экологическому кризису.



В этой непростой ситуации взгляды ученых обращаются к водородной энергетике.


2 Водородная энергетика


Водородная энергетика – отрасль энергетики, основанная на использовании водорода, как энергоносителя. Она включает в себя получение водорода, его упаковку, транспортировку, хранение и, собственно, использование его энергии (рис.1).clip_image002_0000.gif

Рис 1. Водородная энергетика [3]


Свойства атома

Имя, символ, номер

Водород / Hydrogenium (H), 1

Атомная масса (молярная масса)

1,00794 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

1s1

Радиус атома

53 пм

Химические свойства

Ковалентный радиус

32 пм

Электроотрицательность

2,20 (шкала Полинга)

Степени окисления

1,0, −1

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.)

0,0000899 (при 273K (0 °C)) г/см³

Температура плавления

14,01 K

Температура кипения

20,28 K

Теплота плавления

0,117 кДж/моль

Теплота испарения

0,904 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

14,235 Дж/(K·моль)

Молярный объём

14,1 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки

Гексагональная

Прочие характеристики

Теплопроводность

(300 K) 0,1815 Вт/(м·К)

Таблица 1. Характеристика водорода [7]

2.1 Водород

1) Первый элемент периодической системы элементов. 2) Газ без цвета запаха и вкуса (при обычных условиях).

2.2 История водорода

В XVI веке Парацельс заметил выделение горючего газа при погружении железа в серную кислоту.

В конце ХVII века опыт горения водорода описал Роберт Бойль, который действовал соляной кислотой на стальные опилки; смесь сильно разогревалась и выделяла “удушливые пары, загоравшиеся от пламени свечи и горевшие довольно долго”.

Н. Лемери в своем “Курсе химии” (1675 г.) описывает действие серной кислоты на железные опилки в склянке с длинным горлом: ”Если поднести к горлу зажженную свечу, то пары немедленно вспыхивают, производя сильный и резкий звук, и тотчас же гаснут”. Но все перечисленные исследователи не знали, что имеют дело с новым веществом, каковы его свойства и что образуется при его горении.

Лишь в 1766 году все эти вопросы разрешил английский химик Генри Кавендиш, подробно исследовавший водород и он его назвал “горючий воздух”.

А. Лавуазье показал, что этот газ при горении образует воду, и включил его в список химических элементов (1787 г.). [1]

Он дал ему название hydrogene (от греческого hydor — вода и gennao — рождаю) — «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году. [5]

2.3 Водород как химический элемент

Обычный водородный атом (протий) состоит из двух фундаментальных частиц (протона и электрона) и имеет атомную массу 1. Водород сходен со щелочными металлами в том, что все эти элементы способны отдавать электрон атому-акцептору для образования химической связи. С сильным акцептором электронов водород образует положительный ион Н+, т.е. протон. На электронной орбите атома водорода могут находиться 2 электрона, поэтому водород способен также принимать электрон, образуя отрицательный ион Н- (гидрид-ион) и это роднит водород с галогенами, для которых характерно принятие электрона с образованием отрицательного галогенид-иона типа Cl-. Дуализм водорода находит отражение в том, что в периодической таблице элементов его располагают в IA подгруппе (щелочные металлы), а иногда - в VIIA подгруппе (галогены).[10]

2.4 Распространенность водорода

Содержание водорода в атмосфере – 3,5·10-6 % по массе, в литосфере и гидросфере – 1 %, в воде – 11,19 %. Он содержится в воде, глине, каменном и буром угле, торфе, нефти, природном и попутном газе, а также во всех растительных и животных организмах. В свободном виде он встречается редко.

В космосе водород – самый распространенный элемент. В виде плазмы составляет около 70 % массы Солнца и звезд. [1]

2.5 Физические свойства

В обычных условиях водород - не ядовитый газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде Водород самый легкий газ, его плотность во много раз меньше плотности воздуха.

Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость, а чем быстрее движутся молекулы тем быстрее они могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что т.к. у водорода самые легкие молекулы, то водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. [7]

Водород обладает очень высокой теплотворной способностью: при сжигании 1 г водорода получается 120 Дж тепловой энергии, а при сжигании 1 г бензина – только 47 Дж. Его удельная энергоемкость (в пересчете на вес и объем) представлена в таблице в сравнении с аналогичными показателями для других видов топлива (Таблица 2. Энергоемкость водорода). [8]


Энергоемкость

Тип топлива

Водород (газ)

Природный газ

Бензин

Дизельное топливо

Метанол

Весовая, кВт-час/кг

39,45

15,45

13,36

10,17

6,47

Объемная, кВт-час/м3 (при давлении в одну атм.)

3,53

11,11

9,89

8,3

4,99

Таблица 2. Энергоемкость водорода [9]
2.6 Химические свойства

Молекула водорода прочная (Eсв = 436 кДж/моль), при обычных условиях взаимодействует только со фтором:

H2 + F2 = 2HF

Кроме того при нагревании он взаимодействует с металлами, неметаллами, оксидами металлов, т.е. он обладает окислительно-восстановительной двойственностью:

а) H2 восстановитель:

H2 + Cl2 = 2HCl

2H2 + O2 = 2H2O

3H2 + N2 ⇄ 2NH3 (550 oC, p, Fe)

H2 + CuO = H2O + Cu
б) H2 окислитель:

H2 + 2Na = 2NaH (300oC)

H2 + Ca = CaH2 (500oC)

Особенно высокая восстановительная способность у атомарного водорода:

2Ho (Znразб., HCl) + KNO3 = KNO2 + H2O или

Zn + 2HCl + KNO3 = KNO2 + H2O + ZnCl2. [3]

2.7 Использование

Водород находит широкое практическое применение. Основные области его промышленного использования известны всем. К примеру, реакцию горения водорода в кислороде применяют для сварочных работ. Температура водородно-кислородного пламени достигает 3000 °C. Если же использовать специальные горелки, то можно повысить температуру пламени до 4000 °C. При такой температуре проводят сварочные работы с самыми тугоплавкими материалами [12]. Для атомно-водородной сварки [11] используется атомарный водород (рис.2).

Более половины водорода идет на переработку нефти. Четверть производимого водорода расходуется на синтез аммиака NH3, метанола, мыла и пластмасс - одних из важнейших продуктов химической промышленности. В большом количестве водород расходуется на получение соляной кислоты.

Рис. 2 Схема процесса атомно-водородной сварки:http://0

1 - электроды; 2 - мундштуки горелки; 3 - зона превращения атомарного водорода в молекулярный; 4 - молекулярный водород, поступающий из мундштуков; 5 - зона диссоциации водорода на атомарный.

В пищевой промышленности водород используется при производстве маргарина из жидких растительных масел. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949 (упаковочный газ).

Водород служит и в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.

Технические применения водорода основываются на его исключительной легкости и на способности развивать при горении большое количество тепла. Первым свойством пользуются при употреблении его для наполнения воздушных шаров, а вторым преимущественно для плавления платины и для получения, так называемого друммондова света. Для получения водорода в больших количествах для воздушных шаров пользуются действием металлического железа в обрезках на разведенную серную кислоту. Аппарат, употребляющийся при этом, отличается от лабораторных существенно тем, кроме больших размеров, что в нем дана возможность прибавления нового железа по мере расходования и удаления раствора образовавшегося железного купороса без впускания в атмосферу водорода наружного воздуха [13].

2.8 Особенности обращения

Водород не ядовит, но при обращении с ним нужно постоянно учитывать его высокую пожаро- и взрывоопасность, причем взрывоопасность водорода повышена из-за высокой способности газа к диффузии даже через некоторые твердые материалы. Перед началом любых операций по нагреванию в атмосфере водорода следует убедиться в его чистоте (при поджигании водорода в перевернутой вверх дном пробирке звук должен быть глухой, а не лающий).[6]

2.9 Биологическая роль

Биологическое значение водорода определяется тем, что он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород. Способность водорода образовывать водородную связь играет решающую роль в поддержании пространственной четвертичной структуры белков, а также в осуществлении принципа комплементарности в построении и функциях нуклеиновых кислот (то есть в хранении и реализации генетической информации), вообще в осуществлении «узнавания» на молекулярном уровне. Водород (ион Н+) принимает участие в важнейших динамических процессах и реакциях в организме — в биологическом окислении, обеспечивающим живые клетки энергией, в фотосинтезе у растений, в реакциях биосинтеза, в азотфиксации и бактериальном фотосинтезе, в поддержании кислотно-щелочного равновесия и гомеостаза, в процессах мембранного транспорта. Таким образом, наряду с кислородом (O) и углеродом (C) водород образует структурную и функциональную основы явлений жизни.[6]



3 Получение водорода


3.1 Различные методы получения водорода

В широком смысле водородная энергетика основана на использовании в качестве топлива водорода. Водородная энергетика также включает: получение водорода из воды и другого природного сырья; хранение водорода в газообразном и сжиженном состояниях или в виде искусственно полученных химических соединений, например гидридов интерметаллических соединений; а также транспортировку водорода к потребителю с небольшими потерями. Однако, водородная энергетика пока не получила широкого применения. Методы получения водорода, способы его хранения и транспортировки, которые рассматриваются как перспективные для водородной энергетики, находятся на стадии опытных разработок и лабораторных исследований.

Различают множество способов получения водорода. Наиболее широкой популярностью пользуются такие методы:

  • Электролитическое разложение воды (электролиз)

  • Плазмохимический метод

  • Прямой термолиз воды

  • Конверсия метана

  • Газификация угля

  • Адсорбционное выделение водорода

  • Лабораторные методы:

  • Реакция алюминия с едким натром (едким кали)

  • Получение водорода с помощью железа

  • Действие разбавленных кислот на металлы

Также существует множество перспективных и альтернативных способов:

  • Водород с помощью солнца

  • Радиолиз воды

  • Водород из шума

  • Получения водорода из воды на свету

  • Водород из использованного растительного масла

  • Микробный генератор водорода

  • Получение водорода в металлическом состоянии

  • Получение водорода из потока морской воды

  • Метод получения водорода из воды с помощью фермента и света

  • Биореакторы

3.2 Общая характеристика электролиза

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита [2].elektrolyse_allgemein.jpg



Рис. 3 Схема процесса электролиза

В электролизе применяются проводники первого рода и проводники второго рода. К проводникам первого рода относят вещества, электричество в которых переносят электроны (электроды). Через проводники второго рода электричество переносится ионами (электролиты). Электрохимические процессы происходят при взаимодействии электронов и ионов в местах электрической цепи, где проводник первого рода граничит с проводником второго рода. В особую группу входят полупроводники, прохождение тока через которые обеспечивают, с одной стороны, возбужденные электроны, а с другой – так называемые дырки – вакантные места на энергетических уровнях, которые покинуты возбужденными электронами [2].

Электролиты – вещества, которые в растворе или расплаве распадаются на ионы – электрически заряженные частицы, обусловливающие прохождение электрического тока.

Электрод – часть электрохимической системы, погруженный в электролит, и подвергаемый действию электрического тока.

Ионы в электролите ведут себя так же, как и молекулы, - движутся хаотически. При подключении источника тока к электродам, опущенным в такой раствор, возникает направленное движение заряженных ионов [14].

При пропускании тока через электролит, положительно заряженные частицы (катионы) притягиваются к отрицательному полюсу внешнего источника тока (катоду) и на поверхности электрода присоединяют электроны, т.е. происходит процесс восстановления ионов. А отрицательно заряженные частицы (анионы) на положительном электроде (аноде) отдают электроны, т.е. происходит процесс окисления (рис.3).

Таким образом, можно сказать, что электролиз – сложная совокупность физико-химических процессов, включающих: миграцию ионов под действием электрического поля к поверхности электрода (положительных к катоду, отрицательных – к аноду) и переход заряда с электрода к иону или с иона на электрод; а также такие вторичные реакции, как диффузию ионов, реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода [2].

В процессе электролиза у катода всегда выделяются металлы и водород, а у анода – кислотные остатки или гидроксильные группы, которые затем подвергаются дальнейшим изменениям.

При прохождении переменного тока через электролизер полярность электродов периодически меняется, что приводит к чередованию на одном и том же электроде процессов окисления и восстановления. При этом продукты электролиза взаимодействуют между собой или превращаются электрохимическим путем в исходные вещества. Поэтому переменный ток в электролизе не применяется [15].

При протекании постоянного электрического тока через электрохимические системы на электродах возникают электрохимические реакции, которые подчиняются двум законам Фарадея:



1-й закон. Масса m вещества, претерпевшего химическое превращение под действием электрического тока, пропорциональна количеству протекшего электричества q:

,

Где - электрохимический эквивалент – масса прореагировавшего вещества при протекании единицы количества электричества, г/Кл.

2-й закон. При прохождении через различные электролиты одного и того же количества электричества массы различных веществ, участвующих в электродных реакциях, пропорциональны их химическим эквивалентам:

.

Уравнение, объединяющее оба закона Фарадея:

,

Где I – сила тока, t – время процесса, F – число Фарадея, численно равное .

На характер и течение электродных процессов при электролизе большое влияние оказывают состав электролита, материал электрода и режим электролиза (напряжение, плотность тока, температура и т. д.).



Электролиты

Электролиты подразделяют на сильные и слабые. Сильные электролиты – вещества, полностью распадающиеся на ионы при растворении. К ним относятся: галогениды и гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов ( и т.п.) в водных растворах, водные растворы минеральных кислот ( и т.п.) и др. Слабые электролиты распадаются на ионы лишь частично. К ним относятся: водные растворы аммиака, многие органические кислоты, галогениды ртути, некоторые неорганические кислоты (угольная и сернистая), многие гидроксиды и др. Плохими электролитами являются: дистиллированная вода, растворы сахара, глицерина, и др. Сухие соли, безводные кислоты и основания (твердые) тока не проводят.

Электролиты:


  • Растворы и расплавы (по агрегатному состоянию)

  • Водные и неводные (по характеру растворителя)

  • Солевые, кислотные и основные

  • Симметричные (1-1, 2-2, 3-3 и т.п.) и несимметричные (1-2, 2-3 и т.п.) (по количеству ионов, на которые диссоциирует одна молекула)

Электроды

  1. Катод – сталь, цветные металлы, ртуть, свинец, цинк, платина, олово, медь, алюминий, сплавы металлов, уголь и графит [15].

  2. Анод:

  • Инертный – нерастворимый (не претерпевает окисления в ходе электролиза) – уголь, графит, платина и др.

  • Активный – растворимый (может окисляться в ходе электролиза) – Cu, Zn, Co, Ni, Fe и др.

Влияние температуры

Повышение температуры способствует ускоренному движению ионов, уменьшению сопротивления электролита, снижению напряжения (и возрастанию силы тока) [16].



Электролизер

Аппарат для электролиза называется электролизером или электролитической ванной (рис.4). Представляет собой сосуд (или систему сосудов), наполненный электролитом с погруженными в него электродами. Корпус электролизера делают из стали, керамики, пластмассы, стекла. Для защиты от коррозии и действия высоких температур выкладывают пластмассой, огнеупорным кирпичом или коррозионностойкими в данной среде металлами [15]. electrochemcell.png



Рис.4 Устройство электролизера

Применение электролиза

Электрохимические процессы разделяют на следующие группы [15]:

  • Получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)

  • Получение металлов (литий, натрий, калий, магний, алюминий, медь и т.д.)

  • Очистка металлов (медь, серебро)

  • Получение металлических сплавов

  • Получение гальванических покрытий

  • Обработка поверхностей металлов

  • Получение органических веществ

и др.

Остановимся на изучении получения водорода подробнее.

Электролитическое выделение водорода [2]

electrolysis2.png
Прохождение тока через электрохимические системы, содержащие водные растворы электролитов, часто сопровождается электролитическим выделением водорода (рис.5). Электролитическое выделение водорода из кислых растворов идет за счет восстановления ионов :


Рис.5 Электролитическое выделение водорода

а в щелочных – за счет молекул воды:




Процесс выделения водорода состоит из последовательных стадий:

  1. Транспорт или из массы электролита к электроду;

  2. Присоединение электрона (разряд), в результате которого образуются атомы водорода, адсорбируемые поверхностью электрода:

или





  1. Удаление адсорбированных атомов водорода с поверхности электрода. Для осуществления этой стадии возможны различные пути:

а) рекомбинация атомов в молекулу с одновременной десорбцией,

причем металл электрода играет роль катализатора:



б) электрохимическая десорбция – удаление адсорбированных атомов с поверхности электрода происходит в результате протекания на этих атомах электрохимической реакции:


или


в) эмиссия – испарение с поверхности электрода адсорбированных атомов в виде свободных с последующей их рекомбинацией в молекулу и .

Все три механизма удаления адсорбированного водорода осуществляется одновременно.


  1. Переход в газовую фазу образовавшихся на границе электрод – электролит молекул водорода.

Электролиз воды в общем виде выглядит так:

Анод:

Катод:

Такой электролиз протекает с большими затратами энергии. Поэтому для повышения эффективности электролиза целесообразно добавлять электролит [17]. В водопроводной воде содержится небольшое количество примесей, непосредственно не участвующих в электролизе, но увеличивающих эффективность.


4 Экспериментальная часть


Цель: выявить влияние ультразвука на процесс электролиза воды, рассчитать КПД выделения водорода

Оборудование: электролитическая ванна, выпрямитель, миллиамперметр, провода, линейка, штангенциркуль, ультразвуковая машинка.
Ход работы

Для создания электролитической ванны мы использовали: пластиковый корпус, так как он не проводит ток, не подвергается коррозии и устойчив к высоким температурам; графитовые электроды, потому что они не расходуются при электролизе; стеклянные пробирки для собирания водорода, провода, воду из-под крана в качестве электролита, так как дистиллированная вода ток не проводит.

1. Сначала мы собрали установку (рис.6 (схема), рис.7-8 (полученное устройство)): к заточенным простым карандашам с обнаженными грифелями примотали оголенные концы проводков. Готовые электроды (т.е. карандаши) вставили заостренными концами вверх в пластмассовый кружок с заранее вырезанными отверстиями, сверху накрыли пробирками. Устройство поместили в стакан с водой.

sci21.gif

Рис.6 Схема сборки электролитической ванны

Рис. 7 Экспериментальная установкафото1887.jpgфото1886.jpg
Рис. 8 Экспериментальная

электролитическая ванна

При подключении к источнику тока через выпрямитель, газ стал выделяться на катоде (-) на месте соединения провода и грифеля и стал собираться под крышкой, а не в пробирке. Это показало, что устройство неудачное.

2. При сборке второго устройства, отверстия в крышке мы сделали не для карандашей, а для пробирок. Карандаши располагались также, вверх заточенными концами (рис. 9-10).

Это устройство также оказалось неудачным: во-первых, пробирки неустойчиво стояли в прорезях; во-вторых, газ не выделялся, т.к. электроды оказались изолированы друг от друга пробирками, и, как следствие, ток по цепи не протекал.

3. В третьем опыте мы закрепили пробирки к крышке с помощью пластилина, но при попадании воды пробирки начинали скользить по пластилину.c:\users\masha\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\content.word\dscn1746.jpgc:\users\masha\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\content.word\dscn1745.jpg


Рис. 9 Электролитическая ванна Рис. 10 Крупный план электродов

4. Мы переделали крышку, сделав довольно узкие прорези, чтобы пробирки устойчиво крепились. Также мы расположили карандаши стержнями вниз, высунув кончик из пробирки в воду, чтобы по цепи протекал ток. Чтобы увидеть выделение водорода и измерить его приблизительный объем, мы наполнили пробирку водой. После подключения устройства к источнику тока через выпрямитель, на катоде стал происходить процесс электролиза, сопровождающейся выделением водорода в пробирку (рис. 11). Далее в эксперименте использовалась еще ультразвуковая машинка (рис. 12).



c:\users\masha\desktop\dscn1772.jpgc:\users\masha\desktop\dscn1771.jpg


Рис. 11 Выделение водорода в пробирку с Рис. 12 Установка с

синим карандашом ультразвуковой машинкой
5. При проведении опытов с полученной установкой было замечено, что при выключении выпрямителя стрелка не падала до нуля, а оставалась примерно на уровне 1-2 В. Этот факт был связан с различной структурой карандашей, то есть вместо нужных нам электродов мы получили гальванический элемент.

В новой установке были использованы одинаковые карандаши с длиной, примерно равной высоте пробирки, и новые провода, так как прежние были слишком короткие и не удерживали уже карандаш в пробирке.

Данная установка (рис. 13) получилась удачной и давала довольно высокие показания миллиамперметра.

c:\users\masha\downloads\фото1939 (1).jpg

Рис.13 Конечный вариант

электролитической ванны

Методика выполнения работы

1. Собрали схему, как указано на рис 14. На выпрямителе установили значение U=12B.



электролитическая

ванна

Рис. 10 Схема установки


миллиамперметр

Рис.14 Схема электрической цепи
2. Зафиксировали значение силы тока по показаниям миллиамперметра.

3. Запустили секундомер и измеряли высоту опускания воды в пробирке с водородом с помощью линейки. Результаты занесли в таблицу.

4. Опустили ультразвуковую машинку в сосуд с водой и повторили пункты 2-3.

5. По полученным измерениям составили графики зависимости высоты опускания столбика воды от времени и определили характер этой зависимости.

6. Рассчитали объем выделившегося водорода и КПД процесса. Результаты занесли в таблицу.


№ опыта

t, с

h1, м

(без звука)



h2, м

(со звуком)



V1*,

(без звука)



V2 *,

(со звуком)



(без звука)



(без звука)



(со звуком)



(со звуком)



1

180

0,0030

0,0055

1,2717

2,3310

0,3757

0,4592


0,0017

0,0050


2

360

0,0070

0,0110

2,9673

4,6630

0,4383

0,0034

3

540

0,0115

0,0165

4,8749

6,9940

0,4800

0,0051

4

720

0,0160

0,0215

6,7824

9,1140

0,5009

0,0066

5

900

0,0200

0,0270

8,4780

11,445

0,5009

0,0083

Таблица 3. Фиксирование результатов опыта

Постоянные величины:





;

;


Объем водорода рассчитываем по формуле:

КПД выделения водорода без звука: ;


КПД выделения водорода со звуком: ;
Экспериментальные графики

В ходе эксперимента было проведено несколько серий опытов, по результатам которых были составлены графики зависимости высоты опускания столбика воды, которая соответствовала высоте выделившегося водорода, от времени протекания опыта. По оси абсцисс откладывалась высота водорода, выраженная в миллиметрах, а по оси ординат – время протекания опыта, выраженное в минутах. Эксперимент проводился при одном и том же значении напряжения U=12В, а значения силы тока были различны. Для выявления влияния ультразвука на процесс использовалась ультразвуковая машинка, а условия опыта, то есть напряжение и сила тока, оставались постоянными.




http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg

Рис. 15 Условия опыта: U=12В, I=1,8mA, --- - без звука

Рис. 16 Условия опыта: U=12В, без звука,http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg - I=1,8 mA, http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg- I=6 mA, http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg- I=20 mA

Рис. 17 Условия опыта: U=12В, со звуком,http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg - I=6 mA, http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg- I=8 mA, http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg- I=20 mA

Рис. 18 Условия опыта: U=12В, I=6 mA,http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg - без звука, http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg- со звуком

Рис. 19 Условия опыта: U=12В, I=6 mA,http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg - без звука, http://us.cdn4.123rf.com/168nwm/rvrspb/rvrspb1006/rvrspb100600179/7145710-web-buttons-vector-illustration.jpg- со звуком



Вывод: в ходе работы было выяснено, что с увеличением силы тока скорость реакции возрастает, экспериментально было доказано, что звук оказывает положительное влияние на процесс электролиза, увеличивая скорость выделения водорода, но процесс является экономически невыгодным, так как требуется больше затраченной энергии, чем полезной, для обеспечения работы ультразвуковой машинки. В таком случае для получения эффективного результата требуется другой источник звука, потребляемый меньше энергии или не потребляемый вообще. В перспективе шум транспорта служит отличным источником звука, который может обеспечить высокую продуктивность процесса электролиза.

6 Заключение


Водородная энергетика имеет как положительные стороны, так и отрицательные. С одной стороны, водородная энергетика является наиболее экономичной, экологически чистой и, следовательно, безопасной, чем другие отрасли энергетики [3]. Внедрение в производство установок, получающих водород с помощью колебаний, имеет широкое применение в будущем. Такие установки можно поставить вдоль любых транспортных магистралей, которые смогут обеспечить многие города энергией, причем в любую погоду, что не скажешь о солнечных батареях. Компания Facility Architects уже в 2006 году предложила проект, связанный с получением электроэнергии при ходьбе пешеходов и возникающих вибраций от различного рода транспорта. Таким образом, это направление является весьма перспективным даже для некрупных городов, например таких, как Саранск. С другой же стороны, из-за своей высокой взрывоопасности, водород является очень опасным газом. К тому же есть ряд факторов, сдерживающих внедрение водородных технологий: более высокая себестоимость, чем у традиционных источников топлива, отсутствие водородной инфраструктуры, несовершенные технологии хранения водорода и вообще отсутствие стандартов безопасности, хранения, транспортировки, применения и т.д. [4].




7 Библиографический список


  1. Компьютерный диск «Химия для всех – XXI. Решение задач – самоучитель»

  2. Физическая химия: Учеб. пособие для хим.-тех. спец. вузов/ Ф 50 Годнев И. Н., Краснов К. С., Воробьев Н. К. и др.; Под ред. К. С. Краснова. – М.: Высш. школа, 1982.-687с. ИСБН.

  3. http://www.muctr.ru/univsubs/infacol/ifh/faculties/f4/hydrogenium.php

  4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82

  5. http://www.niikm.ru/articles/element_articles/hydrogen/

  6. http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=621220

  7. http://ru.wikipedia.org/wiki/E949

  8. http://revolution.allbest.ru/physics/00005460_1.html

  9. http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=11

  10. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/3215/%C2%CE%C4%CE%D0%CE%C4

  11. http://svarka-info.com/sposob-svarki--atomnovodorod-svarka?page=0%2C0

  12. http://abouthist.net/mir/primenenie-vodoroda.html

  13. http://forexaw.com/TERMs/Ximiya/l247_%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4_Hydrogen

  14. http://class-fizika.narod.ru/10_12.htm

  15. http://otherreferats.allbest.ru/chemistry/00032694_0.html

  16. http://www.bestreferat.ru/referat-211316.html

  17. http://ndva.ru/gazi/elektroliz_vodi.html



8 Глоссарий


  1. Энергоноситель – вещество или явление, которое может быть использовано для производства механической работы или нагрева, или химических реакций, или физических процессов.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/stroitel/11674

  1. Акцептор – атом или молекула, принимающая электрон, электронную пару или протон от донора.

http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article505

  1. Плазма –  в физике и химии полностью или частично ионизированный газ.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EB%E0%E7%EC%E0

  1. Мундштук – выходной рукав торфяного пресса и некоторых других машин. 

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%F3%ED%E4%F8%F2%F3%EA

  1. Диссоциация – реакция, при которой молекулы соединения расщепляются на меньшие составные части.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ntes/1453/%D0%94%D0%98%D0%A1%D0%A1%D0%9E%D0%A6%D0%98%D0%90%D0%A6%D0%98%D0%AF

  1. Друммондов свет –  тип сценического освещения, использовавшийся в театрах в 60—70 годах XIX века. Интенсивное свечение получалось с помощью кислородно-водородного пламени, направленного непосредственно на цилиндр из негашёной извести, которая может нагреваться до 2572 °C (белого каления) без расплавления. Свет производится сочетанием теплового равновесного излучения и калильного свечения.

http://mobwiki.ru/%D0%94%D1%80%D1%83%D0%BC%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%BE%D0%B2_%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82

  1. Диффузия – взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества.

http://slovari.yandex.ru/%D0%B4%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F/

  1. Комплементарность – пространственное соответствие структур двух молекул (разных или одинаковых), благодаря которому возможно образование между ними водородных связей и осуществление межмолекулярных взаимодействий.

http://www.edudic.ru/hie/2673/

  1. Гомеостаз – относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и так далее) организма человека и животных.

http://www.ordodeus.ru/Ordo_Deus9Gomeostaz.html

  1. Интерметаллический соединения – кристаллы, представляющие собой соединения металлов друг с другом.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/3360/%D0%98%D0%9D%D0%A2%D0%95%D0%A0%D0%9C%D0%95%D0%A2%D0%90%D0%9B%D0%9B%D0%98%D0%A7%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%98%D0%95

  1. Термолиз – разложение химических веществ при нагревании.

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4376.html

  1. Адсорбция – поглощение вещества из газообразной среды или раствора слоем жидкости или твёрдого тела.

http://otherreferats.allbest.ru/chemistry/00034926_0.html

  1. Десорбция – удаление адсорбированного вещества с поверхности адсорбента.

http://slovari.yandex.ru/%D0%B4%D0%B5%D1%81%D0%BE%D1%80%D0%B1%D1%86%D0%B8%D1%8F/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0%94%D0%B5%D1%81%D0%BE%D1%80%D0%B1%D1%86%D0%B8%D1%8F/

  1. Ультразвук  — упругие звуковые колебания высокой частоты.

  2. Штангенциркуль – универсальный инструмент, предназначенный для высокоточных измерений наружных и внутренних размеров, а также глубин отверстий.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%80%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8C

  1. Гальванический элемент - химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией.

http://www.slovopedia.com/2/195/217329.html




Если враг твой голоден, накорми его; если жаждет, напой его: ибо, делая сие, ты соберешь ему на голову горящие уголья. Апостол Павел — Послание к р
ещё >>