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水的电解

1800-05-02
  • William Nicholson
  • Anthony Carlisle
演示水分解成氢气和氧气的电解装置。

(图片仅供参考)

水的电解是通过电流通过水(H₂O)分解成其组成元素氧气(O₂)和氢气(H₂)。在阴极,两个水分子被还原形成氢气和氢氧根离子。在阳极,两个水分子被氧化形成氧气、质子和电子。

纯水分解成氢气和氧气是一个热力学上不利的过程,需要以电能的形式提供外部能量。纯水导电性差,因此通常会添加电解质,例如少量可溶性盐或酸(如硫酸)来提高导电性。该反应的总平衡方程式为:2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)。

该过程发生在电解池中。在带负电的阴极,发生还原反应:2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)。在带正电的阳极,发生氧化反应:2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻。阴极产生的氢气体积恰好是阳极产生的氧气体积的两倍,这是水的化学计量比的直接结果。这种2:1的体积比是化学课堂上的经典演示,通常使用霍夫曼伏特计进行演示。

电解所需的最低电压,即分解电位,在标准条件下为1.23 V。然而,在实践中,需要更高的电压(称为过电位)来克服各种活化能垒。水电解的效率是氢能经济可行性的关键因素,大量的研究集中于开发更有效、更便宜的阳极和阴极催化剂,以降低过电位和能耗。

UNESCO Nomenclature: 2406
- 电化学

类型

化学过程

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 亨利·卡文迪什发现氢
  • 卡尔·威廉·舍勒和约瑟夫·普里斯特利发现氧气
  • 亚历山德罗·伏打发明伏打电堆

应用程序

  • 用于燃料电池和汽车的氢气生产
  • 生产用于医疗和工业用途的高纯度氧气
  • 潜艇和航天器中的生命支持系统
  • 焊接和切割炬(氢氧)
  • 氘(重水)的生产

专利:

NA

潜在创新理念

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相关术语:水电解、氢气生产、氧气生产、分解、阴极、阳极、霍夫曼伏特计、绿色氢气。

历史背景

水的电解

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1902
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1928
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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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