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產(chǎn)品簡介
SPE電解技術水機VS臺式納米富氫水機區(qū)別及優(yōu)勢還原富氫水機價格
SPE電解技術水機VS臺式納米富氫水機區(qū)別及優(yōu)勢還原富氫水機價格
產(chǎn)品價格:¥19800
上架日期:2025-04-02 20:41:32
產(chǎn)地:廣州
發(fā)貨地:廣州
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詳細說明
    在水電解過程中,氫氣和氧氣按以下化學反應式生成: 2H?O() → 2H?(g) + O?(g) 此反應的本質(zhì)是化合物(水)分解生成單質(zhì)(H?、O?),屬于典型的氧化還原反應。氫元素還原:H的氧化態(tài)從+1(H?O中)降至0(H?中),每個H原子獲得1個電子(還原反應);氧元素氧化:O的氧化態(tài)從-2(H?O中)升至0(O?中),每個O原子失去2個電子(氧化反應)。 電子轉(zhuǎn)移量化按反應式計量:每生成1 mol O?,失去4mol電子(O?含2個O原子,每個失2e?);每生成2 mol H?,獲得4 mol電子(每個H?分子含2個H原子,每個獲1e?)。符合氧化還原反應的電荷守恒原則。 一、自發(fā)與非自發(fā)問題 這個反應不是自發(fā)的,因為我們都知道水不會轉(zhuǎn)化成氫氣和氧氣。相反,逆反應不僅是自發(fā)的,而且具有爆炸性,因為氫在氧氣中會劇烈燃燒。 1、反應自發(fā)性分析 該水分解反應(2H?O → 2H? + O?)屬于非自發(fā)過程,這可由熱力學判據(jù)證實:在標準條件(25°C, 1 atm)下,反應的吉布斯自由能變ΔG° = +474.4 kJ/mol > 0。此數(shù)值量化解釋了水在常態(tài)下保持穩(wěn)定的現(xiàn)象。如下圖1:  圖1:非自發(fā)的反應過程 2、逆反應特性為自發(fā)性 其逆反應(2H? + O? → 2H?O)則呈現(xiàn)雙重特性:熱力學自發(fā)性:ΔG° = -474.4 kJ/mol,強烈趨向產(chǎn)物生成;動力學劇烈性:氫氧混合氣(體積比2:1)的點火能僅0.02 mJ,燃燒速度達2820 m/s(NTP條件),釋放熱值142 MJ/kg。如下圖2:  圖2:自發(fā)反應 因此,為了將水分解成各種元素,我們需要外部能量的輸入。請記住,根據(jù)熱力學,如果一個過程是吸熱的(更準確地說,如果我們談論的是吉布斯自由能,則是內(nèi)能的),那么我們就需要提供必要的能量來推動它。水分解的能量為 +474.4 kJ/mol,這將是完成這一轉(zhuǎn)化所需的最小能量,見下圖3:  圖3:理論最小分解能量 為了使系統(tǒng)從低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芰繝顟B(tài),需要提供外部能量(見下圖4示意)。在水或其他物質(zhì)的電解過程中,這種能量通過外部電力提供,反應在電解池中進行。電解是一種電流驅(qū)動非自發(fā)氧化還原反應的反應過程。  圖4:從低能到高能 二、電解水電位問題 要進行水的電解  ,我們首先需要一個電位大于 1.23 V 的電池,因為電池的估計電位是 -1.23 V(見下文)。我們還需要兩個電極(陽極和陰極),與電解池不同的是,這兩個電極通常由相同的金屬制成,因為它不是反應的一部分?,F(xiàn)在,僅僅將兩個通電電極插入純水中是不會產(chǎn)生電解的,因為要有電流,我們需要一些電解質(zhì)。電解質(zhì)可以是任何具有良好溶解性的離子化合物,在特定條件下不會發(fā)生氧化或還原反應。例如,我們前面已經(jīng)看到,NaCl 在水溶液中可能會發(fā)生電解,但假設 Na2SO4 不存在這種風險。因此,讓我們畫出目前電解池的情況:  圖5:電解池示意圖 電解槽用于進行電解反應,因為則這是一個非自發(fā)反應(E°<0),在這里由外部電力驅(qū)動。與原電池不同,在電解電池中,陽極是正極,因為外部電池從陽極獲得電子并將其提供給陰極,使陰極成為負極。左邊的電極與電池的正極相連,因此帶正電,而右邊的電極帶負電。 那么,在這些電極的作用下,水分子會發(fā)生什么變化呢? 首先,讓我們回顧一下,水是一種極性化合物,這就是為什么它實際上是我們所知的所有鹽類和礦物質(zhì)的良好溶劑。請記住,由于電負性較大,氧部分帶負電,而兩個氫部分帶正電。氧的電負性較大,因此它從每個鍵中抽取一個電子。因此,它部分帶負電,氧化數(shù)  為-2。氫的電負性較低,它把電子給了氧,因此部分帶正電,氧化數(shù)為+1。見下圖6:  圖6:電負性示意圖 我們可以把電解的開始想象成陽極周圍水分子的負端(電解池中為+)和陰極周圍水分子的正端(電解池中為-),如下圖7所示:  圖7:在電解池中,水分子的負極朝向陽極(+極),而分子的正極則環(huán)繞于陰極(-極)周圍。 之后,帶負電荷的電極將電子推向缺電子的 H 原子(Hδ+),從而將它們(陰極)還原成 H0 - 冒泡的 H2 氣體。另一方面,帶正電的電極需要電子,它將從 Oδ- 原子中拉出電子,將其氧化為 O2 氣體。這就是氧化半反應,因此電極是陽極。半反應以及整體反應見下圖8所示:  圖8:整體反應:2H2O(L)→2H2(g)+O2(g) 正電荷的電極需要電子,因此它會從氧氣中強行拉出電子。這是氧化半反應,因此電極是陽極;負電荷的電極迫使電子流向氫,從而將它們(陰極)還原為H,即氣體。因此,在左側(cè)電極上,氧原子被氧化成 O2,所以這里是陽極;而在右側(cè)電極上,H 原子被還原成H2,所以這里是陰極。 請記住,無論何種類型的電化學電池,氧化反應始終發(fā)生在陽極,而還原反應發(fā)生在陰極。但需注意:此處陽極帶正電,這與我們在原電池中觀察到的情況不同(原電池中陽極因向陰極釋放電子而帶負電,并在此過程中發(fā)生氧化)。在電解池中,外部電源從陽極抽離電子,使其呈正電性。因此請牢記: 1)在原電池中,陽極帶負電,因為它從陰極獲取電子,從而使陰極帶正電。 2)在電解池中,陽極帶正電,因為外部電源從其抽離電子并傳遞給陰極,使陰極帶負電。 現(xiàn)在讓我們寫下每個半反應。陽極上是水的氧化反應,陰極上是水的還原反應:  H+ 和 OH- 離子結合生成水,因此整個反應可寫成:  注:上述給出的電池電勢為標準條件下的值,即H+濃度為1 M。但在pH=7時,[H+] = [OH–] = 10?? M,此時不滿足標準條件,因此電池電勢分別為0.82 V和-0.41 V。 還需注意:此處的氧化半反應與標準還原電勢表中的呈現(xiàn)方式相反(原表為O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– → 2 H2O(l),E° = +1.23 V),因此我們相應地將電勢符號改為負值。當某個反應方向逆轉(zhuǎn)并改變其E°符號時,可通過陽極和陰極電勢的疊加計算電池總電勢。此處計算為:  這是在標準條件下,pH=7 時的結果:  電池電位表明,要進行水的電解,外部電源應大于 1.23 V。
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