Электрохимические процессы электролиз воды

Особого внимания заслуживает рассмотрение процесса электролиза воды. При электролизе вода разлагается на водород и кислород. Электролизу подвергают растворы серной кислоты или щелочи. В первом случае расход энергии меньше вследствие более высокой электропроводности. Однако из-за высокой коррозионной агрессивности предпочтение отдают щелочным электролитам. Кинетика выделения водорода и кислорода весьма сложна. В кислых растворах процесс выделения водорода слагается из следующего ряда последовательных стадий собственно электрохимическая стадия (разряд) [c.360]

Процесс хромирования отличается весьма низким катодным выходом по току. Основная часть электрической энергии, как это уже отмечалось, расходуется на побочные процессы — электролиз воды и восстановление Сг + до Сг + на катоде и окисление Сг до Сг на аноде. Если же учесть еще небольшой электрохимический эквивалент для Сг +, то расчеты показывают, что скорость осаждения хрома в десятки раз меньше скорости осаждения других металлов. [c.194]

На практике процесс электролиза воды реализуется при более высоком напряжении. Данное обстоятельство связано с тем, что, помимо затрат электроэнергии на проведение собственно электрохимического разложения воды, необходимо затрачивать электроэнергию на преодоление электрического сопротивления электролита, диафрагмы, электродов, контактов, а также дополнительного сопротивления, обусловленного концентрационной и диффузионной поляризацией, перенапряжением процессов выделения водорода и кислорода. Напряжение на ячейке для электролиза воды можно представить в виде суммы следующих составляющих (баланс напряжения) [c.23]

Если электрод обратим, то это значит, что он одинаково экономично работает как в процессе электрохимического генерирования тока, так и в обратном ему процессе — электролизе (см. фиг. 62). Из фиг. 25 видно как велик технико-эко-номический прогресс для процесса электролиза воды. Перенапряжение для плоского КЧ-катода при температуре 28°С и плотности тока разложения 100 ма/см составляет 520 мв. Для лучших имеющихся в настоящее время в продаже никелевых аккумуляторных пластин перенапряжение снижено до 390 мв, тогда как для М1-ДСК-электрода оно составляет всего лишь 80 мв. Естественно, что в электроде, предназначенном только для электролиза, не требуется никакой развитой удорожающей электрод системы пор. Это обстоятельство привело к созданию так называемого экономичного электрода [15], который вьшолняется из дешевого носителя, например Никелевой сетки, на который путем горячего прессования наносится тонкий слой М[-ДСК-материала. В соответствии с [c.95]

Из процессов электролиза без выделения металлов наиболее крупным потребителем электрической энергии является производство хлора п каустической соды (мировое потребление около 100 млрд. кВт ч/год) [2]. На процесс электролиза воды расходуется около 10 млрд. кВт ч/год и на электрохимический синтез неорганических и органических продуктов 7—10 млрд. кВт ч/год [3], в том числе на производство хлоратов и перхлоратов 4—5 млрд. кВт-ч/год. [c.8]

Активные электрохимические покрытия в подавляющем большинстве обладают значительной пористостью и не могут полностью защитить основу электрода от контакта с электролитом и участия в той или иной степени в электрохимическом процессе, протекающем на электроде. Достаточно полная защита основы электрода от участия в электрохимическом процессе осуществляется, например, в случае стальных никелированных анодов, применяемых в процессе электролиза воды с использованием щелочного электролита. Однако это [c.18]

При техническом оформлении процесса электролиза воды возникает меньше трудностей, чем в большинстве других электрохимических процессов. При изготовлении аппаратов для электролиза [c.10]

Влияние материала электродов, диафрагм и катализаторов на процесс электролиза воды. С целью повышения реальной эффективности процесса электролиза, ускорения электрохимических реакций действующие потенциалы могут быть понижены для данного тока использованием электродов, несущих каталитически активные металлы или подвергнутых обработке, повышающей их пористость. Основной целью подобной обработки электродов, структуры их поверхности является увеличение реальной поверхности электрода без увеличения общего размера ячейки. [c.301]

Первоначально. цля питания электролизеров постоянным током применялись генераторы на невысокое напряжение (до 250—275 в). По мере развития техники преобразования переменного тока в постоянный и усовершенствования конструкций электролизеров напряжение постоянного тока, подаваемого на питание серий электролизеров, повышалось. При использовании ртутных выпрямительных агрегатов для питания постоянным током цехов электролиза растворов щелочных хлоридов применялось напряжение до 825—850 в. В близких отраслях электрохимической промышленности известны случаи применения и более высокого напряжения. Так, в процессе электролиза воды для получения водорода и кислорода в течение нескольких десятков лет успешно применяется постоянный ток напряжением 1500 в. [c.244]

Прежде всего необходимо отметить, что электрохимическим путем можно проводить и такие реакции, которые химическим путем при обычной температуре не идут. Самопроизвольные реакции всегда сопровождаются уменьшением свободной энергии электрохимическим же путем можно проводить реакции, сопровождающиеся увеличением свободной энергии. Например, реакция разложения воды при обычной температуре не идет, но процесс соединения водорода с кислородом в присутствии катализатора протекает легко. Электрохимическим путем (электролизом) вода легко разлагается уже при обычной температуре. [c.573]

Величина перенапряжения различна для разных электрохимических процессов. Так, перенапряжение водорода на ртутном электроде при плотности тока г = 10 а/см равно 0,94 в. В связи с большим практическим значением реакции выделения водорода для ряда технических процессов (электролиз воды, хлорный электролиз, эксплуатация аккумуляторов и гальванических элементов, коррозия) эта электрохимическая реакция и соответствующее перенапряжение изучены наиболее детально. [c.585]

Рассмотрен процесс электролиза воды с целью получения водорода и кислорода при атмосферном и повышенном давлении, производство тяжелой воды электрохимическим методом. Показаны новые технические достижения в производстве хлора и щелочей на примере получения каустической соды методами электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов с фильтрующей диафрагмой, ионообменными мембранами и ртутным катодом. [c.4]

Предлагаемая вниманию книга посвящена теории и технологии процесса электролиза воды и электрохимических процессов получения хлора и каустической соды. [c.7]

При электрохимическом производстве химических продуктов обычно на катоде выделяются не металлы, а водород, а в процессах катодного восстановления образуются продукты восстановления органических или неорганических веществ. В процессах электрохимического получения химических веществ целевой продукт обычно выделяется на аноде, а водород рассматривают как побочный продукт. При полезном использовании водорода снижаются затраты на производство основного продукта. Только в процессе электролиза воды водород является целевым продуктом. [c.10]

Широкое применение процесс электролиза воды нашел в первой четверти XX в., когда был разработан и начал использоваться в промышленных масштабах синтез аммиака из водорода и азота. Причем это стало возможным в странах, богатых гидроэлектроэнергией, где были созданы крупные для того времени установки электролиза воды. В этот период в общем производстве водорода для нужд химической промышленности заметное место занимал электрохимический метод. Однако в дальнейшем в связи с разработкой эффективных способов получения водорода из природного газа и других видов углеродсодержащего энергетического сырья широкое развитие получили химические способы производства водорода. [c.50]

Для предотврашения включения диафрагменной рамы в электрохимический процесс в качестве катода и значительного снижения этого процесса в ячейках, где он уже начался, в электролит вводят хромовые соли (хромат калия или натрия). При добавлении 2,5—3 г/л этих солей к электролиту наблюдается увеличение значений КР на ячейках и повышение чистоты кислорода. Можно предположить, что на поверхности катода образуется пленка из продуктов восстановления хромсодержащей добавки. Пленка затрудняет восстановление примесей железа и образование между рамой и катодом мостиков, хорошо проводящих ток. Этот способ очень удобен для промышленного применения лишь в том случае, если процесс электролиза воды не используется для производства тяжелой воды. Если же одновременно с водородом и кислородом необходимо получать и тяжелую воду, следует учитывать снижение коэффициента разделения изотопов водорода из-за присутствия хромовых солей в электролите. [c.76]

Электрохимическим путем водород получают в процессе электролиза воды, т. е. при ее разложении постоянным электрическим током [c.15]

Другой промышленный метод производства кислорода — электрохимический, при котором его получают совместно с водородом в процессе электролиза воды. [c.16]

В методах, основанных на реакциях кислотно-основного титрования, в кулонометрии водных растворов применяют электрогенерированные в процессе электролиза воды ионы водорода, образующиеся в прианодном пространстве, и ионы гидроксила, накапливающиеся в прикатодном пространстве в результате следующих реакций электрохимического восстановления— окисления воды [c.39]

Изучение водородного перенапряжения позволяет выяснить механизм этой реакции и представляет большой интерес с теоретической точки зрения. Установленные при этом закономерности можно частично распространить и на другие электрохимические реакции, что значительно повышает теоретическую значимость работ по водородному перенапряжению. Изучение водородного перенапряжения имеет также большое практическое значение, потому что современная промышленная электрохимия является преимущественно электрохимией водных растворов, и процессы электролитического разложения воды могут накладываться на любые катодные и анодные реакции. Водородное перенапряжение составляет значительную долю напряжения на ваннах по электролизу воды и растворов хлоридов. Знание природы водородного перенапряжения позволяет уменьшить его, а следовательно, снизить расход электроэнергии и улучшить экономические показатели этих процессов. В других случаях (электролитическое выделение металлов, катодное восстановление неорганических и органических веществ, эксплуатация химических источников тока) знание природы водородного перенапряжения позволяет успешно решать обратную задачу — нахождение рациональных путей его повышения. Все эти причины обусловили то, что изучение процесса катодного выделения водорода и природы водородного перенапряжения всегда находилось и находится в центре внимания электрохимиков. [c.397]

Разность равновесных потенциалов электродных реакций называется обратимым напряжением разложения электролита Uo- Последнее численно равно э. д. с. электрохимической цепи, в которой протекает реакция, обратная реакции при электролизе. Например, обратимое напряжение разложения воды равно э. д. с. водороднокислородной цепи, при отборе тока от которой идет синтез воды из водорода и кислорода (см. 178). При 298 К э. д. с. этой цепи, а следовательно, и Uo равны 1,23 В. Учитывая соответствие между э. д. с. и обратимым напряжением разложения, последнее можно определить по термодинамическим данным согласно (175.9). При электролизе воды происходит выделение водорода на катоде и кислорода на аноде, причем каждый процесс сопровождается свойственным ему перенапряжением, зависящим, в первую очередь, от материала электродов [c.515]

Теоретическое напряжение разложения, рассчитанное для реакции (б), меньще, чем для прямого электролиза воды оно составляет 0,17 В, тогда как при прямом электролизе воды ит(25°)= 1,23 В. Расчетные затраты для комбинированной установки меньще, чем при электролизе воды. Суммарный КПД процесса должен составить 35—37%. В качестве источника энергии для комбинированной системы может быть использован ядерный газовый реактор, снабжающий отбросной теплотой термохимическую ступень процесса и электроэнергией — электрохимическую. [c.83]

В технологии электрохимических производств перенапряжение может оказаться как полезным, так и нежелательным. Например, при электролизе воды (растворов щелочи) для получения водорода катодное перенапряжение приводит к бесполезной затрате электрической работы. Если же цель технологического процесса — выделение металла, но одновременно в качестве побочного процесса может идти выделение водорода, то большое перенапряжение водорода полезно, так как оно, затрудняя выделение водорода, снижает бесполезный расход энергии на этот побочный процесс. Например, при электролизе щелочных растворов комплексных солей цинка на катоде должны разряжаться ионы водорода, а не цинка, так как равновесный потенциал водородного электрода менее отрицателен, чем цинкового. Но ионы гидроксония разряжаются на цинке с большим перенапряжением, т. е. при потенциале, гораздо более отрицательном, чем потенциал цинка. Поэтому из раствора при электролизе выделяется цинк. [c.297]

Включите установку и при помощи реостата 1 установите в цепи силу тока 2 А. Продолжительность электролиза раствора примерно 5—10 мин. Почему в анодной часги электролизера происходит изменение окраски раствор а Какой цвет осажденной на катоде меди По окончании электролиза отключите установку от источника тока и промойте электроды 10 %-м раствором азотной кислоты и несколько раз дистиллированной водой. Напишите уравнения протекающих на электродах электрохимических процессов. [c.100]

А/см , Время электролиза —15—20 минут. После этого отключите прибор от источника питания, извлеките никелированный медный катод из электролитической ванны, промойте его водой и высушите фильтровальной бумагой. Напишите уравнения проходящих на электродах электрохимических процессов. [c.102]

Электрохимическая цепь (см. рис. 1) работает как химический источник тока в ней электрический ток возникает в результате самопроизвольно протекающей реакции (Б). При помощи электрохимической цепи и внешнего источника тока можно осуществлять различные химические превращения в растворе или расплаве электролита. Такая электрохимическая цепь работает как электролизер. Простейший пример электролиза — разложение воды на кислород и водород. И работа химических источников тока, и процессы электролиза имеют большое практическое значение. Теоретическая электрохимия на основе законов, которым подчиняется поведение электрохимических цепей, позволяет сделать рациональный выбор системы и установить наиболее оптимальные режимы работы источника тока или электролизера. Кроме того, электрохимия имеет фундаментальное общетеоретическое значение, поскольку рассматривает закономерности перехода электрона при протекании химических и электрохимических реакций. [c.6]

Любая электрохимическая реакция представляет собой сложный многостадийный процесс. В самом деле, реагирующее вещество из объема раствора должно вначале подойти к поверхности электрода (стадия массопереноса)f затем войти в двойной электрический слой (стадия адсорбции), а после непосредственно электрохимической стадии переноса заряда через границу электрод/раствор (стадия разряда— ионизации) продукты реакции должны десорбироваться с поверхности электрода и уйти в объем раствора (стадии десорбции и массопереноса). Во многих случаях электрохимическую реакцию сопровождают стадии химического превращения реагирующих веществ и (или) продуктов реакции, которые могут протекать как в объеме раствора вблизи электрода (гомогенные химические стадии), так и на поверхности электрода в адсорбционном слое (гетерогенные химические стадии). Кроме того, если в электрохимической реакции участвуют твердые или газообразные вещества, то процесс осложняется стадиями образования или разрушения новой фазы (например, процессы электроосаждения и электрорастворения металлов, электролиз воды и др.). [c.212]

Коррозия металлов в кислых растворах как пример сопряженных реакций. В 4.1 были рассмотрены основные кинетические закономерности электрохимических процессов, относящихся к системам, в которых на поверхности металла протекает только одна электрохимическая реакция. Во многих случаях на электроде параллельно идут несколько электрохимических процессов. Например, катодное электроосаждение металлов осложняется параллельной катодной реакцией выделения водорода параллельно анодной реакции выделения хлора (хлорный электролиз) из водных растворов зачастую идет анодный процесс образования молекулярного кислорода из воды. [c.268]

По прогнозам ряда ведущих ученых роль электрохимии в народном хозяйстве будет возрастать. Считают даже, что по мере истощения запасов природного топлива человечество вступит в атомно-электрохимическую эру. Электроэнергия, вырабатываемая атомными электростанциями, будет использоваться тогда для генерации водорода электролизом воды, водород заменит природный газ и углеводороды и будет применяться в водородно-кислородных топливных элементах. Будут реализованы на практике процессы электролиза воды в фотоэлектрохимических системах, преобразующих солнечную энергию. Возрастет роль химических источников тока, удельные характеристики которых будут приумножены. Электрохимия, станет основой многих экономичных н экологически чистых технологических процессов, а разработанные электрохимикам методы навсегда покончат с проблемой коррозии. Ученые познают природу электрохимических процессов в живом орг ч из.ме и поставят достижения биоэлектрохчмин на службу человечеству. [c.286]

Использование материалов, пригодных для изготовления анодов, довольно ограничено вследствие высокой коррозионной активности среды для большинства электрохимических процессов. Только в процессах электролиза воды при использовании ш,елочных электролитов в качестве анодов можно применять сталь, покрытую никелем. При соблюдении определенных условий иикелевые или стальные никелированные аноды довольно стойки. [c.14]

В связи с тем, что в процессе электролиза воды на обоих электродах выделяются газы, прилегающий к электроду слой электролита интенсивно перемешивается. Поэтому на поверхности анода маловероятно образование локальных зон с сильно пониженной концентрацией КОН и соответственно с повышенной концентрацией ионов СГ, 50Г, СОз , 510з и др. Однако в глубине узких щелей между электродом и прилегающими к нему деталями или под шламом у поверхности электрода возможно значительное изменение концентрации ионов по ранее рассмотренным причинам. Такие концентрационные изменения, по-видимому, вызывают местную интенсивную электрохимическую коррозию некоторых деталей электролизеров. [c.35]

Разработка процесса электролиза воды в нашей стране была начата в годы первых пятилеток в связи со строительсгвом Чирчикского электрохимического комбината для синтеза аммиака и производства азотных удобрений. Для получения водорода было решено использовать электролиз воды па базе электроэнергии гидроэлектростанций на реке Чирчик. Предстояло создать самое крупное в то время в мире производство водорода электрохимическим методом с потреблением 120 мВт электроэнергии. К тому времени иа различных заводах нашей страны имелись небольшие установки электролиза воды мощностью по несколько киловатт, оборудованные устаревшими зарубежными конструкциями электролизеров. Необходимо было заново разработать теорию и технологию, конструкцию электролизера большой мощности и организовать производство оборудования па отечественных заводах. [c.83]

Проводятся исследования, направленные на усовершенствование традиционного процесса электролиза воды и повышение его экономичности. Усиленно ведутся также поиски новых путей осуществления процесса электрохимического разложения воды. Разрабатываются методы электролиза водяного пара с твердым электролитом на основе 2гОг, модифицированного различными добавками, при температурах 800—1000 °С и электролиза с твердым полимерным электролитом на основе перфторуглеводородов. Многочисленные работы [4, 11—15], в которых сделана попытка дать технико-экономическую оценку путей развития производства водорода на ближайшие годы, свидетельствуют о перспективности разрабатываемых электрохимических методов. В перспективе можно ожидать, что параллельно с разработкой термических, термохимических, биохимических и других методов получения водорода из воды, начнутся интенсивные работы по усовершенствованию существующих и созданию новых более экономичных методов электролитического разложения воды на базе электрической энергии станций, работающих на атомной энергии. [c.52]

Электрохимические процессы очень часто приводят к образованию новых фаз. Так, при электролизе растворов щелочей у границы электрод — электролит образуется новая газообразная фаза (водород и кислород), возникшая в результате разложения жидкой фазы — воды, а электролиз растворов хлоридов приводит к выделению газообразных водорода и хлора. При электролизе растворов солей металлов на катоде идут процессы образования новых жидких (ртуть, галлий) или твердь[х (медь, цинк, свинец, никель и т. д.) металлических фаз. Во время заряда кислотного аккуму- [ятора твердый сульфат свинца па (одном из электродов превращается в металлический свинец, а па другом — в диоксид свинца. Число этих примеров можно было бы начительно увеличить, но и этого достаточно, чтобы понять, насколько часто следует считаться с воз-никиовением новых фаз в ходе электрохимических процессов. [c.332]

Написать уравнения реакции электролитической диссоциации воды (автопротолиза), электрохимических процессов на катоде и аноде для электролиза раствора хлорида иатрия с железным и ртутным катодами. Сравнить эти способы электролиза и отметить их преимущества п недостатки. [c.204]

Ранее указывалось, что скорость процесса уменьшения концентрации электролита в средней камере электродиализатора может быть сильно увеличена по сравнению со скоростью при электрохимически неактивных мембранах применением двух мембран одного знака заряда, но имеющих разницу в числах переноса ионов. Применяя две керамические диафрагмы различного радиуса пор, можно было значительно увеличить эффективность процесса электролиза, поставив более тонкопористую диафрагму на катодную сторону и более грубопористую диафрагму на анодную, учитывая их отрицательный знак заряда. Это положение послужило основой при конструировании нашего аппарата для умягчения воды путем электродиализа. [c.183]

Большую отрасль современной химической промышленности составляет электросинтез неорганических и органических соединений. При помощи электрохимических методов могут быть получены водород, кислород, персульфаты, перхлораты, хлор, фтор, щелочи, ади-подинитрил, фармацевтические препараты, перфторированные органические соединения и ряд других веществ, которые или используются затем непосредственно, или являются промежуточными в процессе приготовления различных продуктов. Электролиз воды, при помощи которого разделяются изотоны водорода, используется в процессе получения тяжелой воды. Производство таких важных полимеров, как полихлорвинил и перхлорвинил, в значительной степени базируется на электрохимическом производстве хлора. Промышленные методы обогащения атомного горючего были бы неосуществимы без гексафторида урана, для получения которого необходим продукт электролиза — свободный фтор. Многие процессы, которые осуществляются обычным химическим путем, могут быть реализованы электрохимическими методами, и критерием при выборе того или иного пути служат экономические соображения. [c.12]

Взаимосвязь между кинетикой электродных процессов и прикладной электрохимией можно наиболее наглядно показать на примере электролиза воды. Составим электрохимическую ячейку, использовав раствор серной кислоты, ртутный катод и платиновый анод. При пропускании тока через эту систему происходит выделение водорода на ртути и кислорода на платине. Минимальную разность потенциалов, необходимую для осуществления такого процесса, легко подсчитать, изучив химическую реакцию 2На+02- - 2НзО при различных температурах. Затем на основе термодинамических соотношений можно сделать вывод, что эта реакция должна протекать при разности потенциалов на электродах 1,23 В. Однако при этой разности потенциалов для накопления 1 см водорода с 1 см поверхности электрода потребовалось бы вести электролиз почти полмиллиона лет. Термодинамика, давая ответ на вопрос о принципиальной возможности того или иного процесса, не позволяет рассчитать его скорость. В рассмотренных условиях скорость электродной реакции оказывается настолько малой, что реакция практически не идет. Если увеличить разность потенциалов до 3,5 В, то выделение водорода происходит с видимой скоростью, однако к. п, д. =(1,23/3,5)100 =35%, Остальные 65% электроэнергии превращаются в теплоту. Чтобы повысить к. п. д., необходимо увеличить скорость электродных процессов. Если вместо ртутного электрода в качестве катода использовать специальным образом обработанный платиновый, то удается увеличить скорость выделения водорода в 1 млрд. раз. [c.13]

Из электрохимических производств, основанных на использовании электролиза для проведения окислительных или восстановительных реакций, можно назвать электрохимическое окисление Na l в Na lOa производство перхлоратов окислением хлоратов электрохимическое получение хлорной кислоты при обессоливании морской и минерализованных вод электролизным методом получение диоксида хлора и т. д. В органической химии процессы электролиза используются в реакциях катодного восстановления нитросоединений, иминов, имидоэфиров, альдегидов и кетонов, карбоновых кислот, сложных эфиров, а также в реакциях анодного окисления жирных кислот и их солей, ненасыщенных кислот ароматического ряда, ацетилирова-ния, алкилирования и др. [c.357]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология