Загальна інформація
Застосування
Водень як накопичувач енергії сприяє вирівнюванню виробництва електроенергії з відновлюваних джерел, зокрема з енергії вітру та фотовольтаїки, оскільки надлишки вітрової та сонячної електроенергії можна хімічно зберігати проміжно. Одержаний водень можна використовувати для хімічних процесів або подавати в газову мережу безпосередньо чи після подальшого метанування у вигляді метану. Після цього він доступний для різних застосувань, наприклад, як сировина для хімічної промисловості, як енергія приводу, наприклад, транспортних засобів, або для зворотного вироблення електроенергії на газових електростанціях чи в паливних елементах. Водень можна одержати електролізом води. Під цим розуміють розклад води на водень і кисень за допомогою електричного струму. Проте досі одержання водню з викопних енергоносіїв є економічно вигіднішим.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Якщо до двох електродів, занурених у водний розчин електроліту, прикласти напругу, то іони рухаються кожен у бік того електрода, який має протилежну полярність. Отже, водні розчини електролітів електропровідні.
Принцип
Розкладання хімічних сполук під дією електричного струму називають електролізом.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Через два електроди в електропровідну рідину пропускають постійний електричний струм. На електродах унаслідок електролізу утворюються продукти реакції з речовин, що містяться в електроліті.
Завдання
Опрацюй на прикладі проходження струму крізь водний розчин сульфату натрію, що в принципі слід розуміти під електролізом.
Інша інформація (3/3)
Вимірювач струму слугує в цьому досліді лише для підтвердження того, що електричний струм тече. Вимірювача напруги можна не використовувати.
Правила безпеки
- Носити рукавички й захисні окуляри!
- R: 22-36/38-50/53
- S: 22-60-61
- Сульфат міді(II) шкідливий для здоров'я. Не ковтати! Подразнює очі та шкіру. Не вдихати пил.
- Утилізація: розчини, що містять іони або солі важких металів, збирати в позначену для цього ємність і передавати на належну утилізацію.
Теорія
Електролізом називають хімічний процес, у якому електричний струм примусово спричиняє окисно-відновну реакцію. Його застосовують, наприклад, для добування металів або для одержання речовин, добування яких суто хімічними процесами було б дорожчим чи майже неможливим. Прикладами важливих електролізів є одержання водню, алюмінію, хлору й натрій гідроксиду.
Електроліз потребує джерела постійної напруги, яке дає електричну енергію й рухає хімічні перетворення. Частина електричної енергії перетворюється на хімічну. Точно протилежній меті - перетворенню хімічної енергії на електричну - слугують батареї, акумулятори чи паливні елементи: вони слугують джерелом струму. Коли акумулятор заряджають, відбувається електроліз, який повертає назад хімічні процеси, що відбувалися під час розряджання. Тому електроліз може слугувати для накопичення енергії, наприклад, електроліз води, який дає водень і кисень, запропоновані як енергоносії водневої економіки. Завдяки оберненню електролізу води в паливному елементі можна повернути близько 40% початково витраченої електричної енергії.
Обладнання
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | дистильована вода | 1 |
| 2 | ножиці | 1 |
| 3 | шпилька | 1 |
| 4 | картон або креслярський картон | 1 |
| 5 | гігроскопічна тканина або папір | 1 |
Складання та виконання
Складання
- Склади дослід відповідно до рисунка ліворуч.
- Налий приблизно дистильованої води у скляну ванну й насип неповну ложку сульфату натрію у воду так обережно, щоб не утворювалися грудки, і розмішай.
- Виріж смужку картону, яку можна вставити посередині скляної ванни, і продіряв її шпилькою.
- Розмісти добре очищені електроди поблизу стінок, а продірявлену смужку картону - посередині скляної ванни.
Виконання
- Обери діапазони вимірювання і , увімкни блок живлення, замкни електричне коло й дай струму текти до .
- Виміряй силу струму й спостерігай за процесами та змінами, які відбуваються у скляній ванні.
- Запиши свої виміряні значення та спостереження.
Спостереження та опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/2)
Спостереження
- Сила струму, процеси та зміни:
- 1. на катоді: жваве утворення бульбашок газу, які піднімаються з водного розчину й лопаються;
- 2. на аноді: синьо-зелене забарвлення розчину в просторі між анодом і смужкою картону; поступове проникнення забарвленого розчину крізь продірявлену смужку картону.
Сульфат натрію, що перейшов у розчин, дисоціює:
- .
Іони рухаються до катода й приймають по одному електрону:
- ;
Атомарний натрій розщеплює молекули води:
- .
Опрацювання результатів (2/2)
Бульбашки газу, що піднімаються на катоді, складаються з водню, а натрій гідроксид, який утворився, знову дисоціює:
- .
Іони рухаються до анода, і там відбуваються такі реакції:
- ;
- .
Синьо-зелене забарвлення розчину зумовлене утворенням сульфату міді, який одразу ж знову дисоціює, тож у розчині перебуває дедалі більше іонів міді. У водному розчині сульфату натрію утворюється дедалі більше натрій гідроксиду й сульфату міді.
Розкладання хімічних сполук під дією електричного струму називаютьелектролізом.