Лекција 26. Добијање водоника и његова употреба

Методе за производњу водоника у индустријским условима

Екстракција конверзијом метана

... Вода у парном стању, загрејана на 1000 степени Целзијуса, меша се са метаном под притиском и у присуству катализатора. Ова метода је занимљива и доказана, такође треба напоменути да се непрестано побољшава: у току је потрага за новим катализаторима, јефтинијим и ефикаснијим.

Размотрите најстарији метод за производњу водоника - гасификација угља

... Под условом да нема приступа ваздуху и температуре од 1300 степени Целзијуса, угаљ и водена пара се загревају. Дакле, водоник се премешта из воде и добија се угљен-диоксид (водоник ће бити на врху, угљен-диоксид, такође добијен као резултат реакције, на дну). Ово ће бити одвајање мешавине гаса, све је врло једноставно.

Добијање водоника помоћу електролиза воде

се сматра најједноставнијом опцијом. За његову примену потребно је сипати раствор соде у контејнер, а такође тамо поставити два електрична елемента. Једна ће бити напуњена позитивно (анода), а друга негативно (катода). Када се примени струја, водоник ће ићи на катоду, а кисеоник на аноду.

Добијање водоника методом делимична оксидација

... За ово се користи легура алуминијума и галијума. Ставља се у воду, што доводи до стварања водоника и глинице током реакције. Галијум је неопходан да би се реакција одвијала у потпуности (овај елемент ће спречити превремену оксидацију алуминијума).

Недавно стечена релевантност метода коришћења биотехнологије

: под условом недостатка кисеоника и сумпора, кламидомонас почиње интензивно да ослобађа водоник. Веома занимљив ефекат који се сада активно проучава.

Не заборавите још један стари, доказани метод производње водоника, који се састоји у коришћењу различитих алкални елементи

и воде. У принципу, ова техника је изводљива у лабораторијским условима са неопходним мерама безбедности. Тако се у току реакције (наставља се загревањем и катализаторима) формирају метални оксид и водоник. Остаје само да се сакупи.

Набавите водоник интеракција воде и угљен-моноксида

могуће само у индустријском окружењу. Настају угљен-диоксид и водоник, принцип њиховог раздвајања је горе описан.

ИЗУМ ИМА СЛЕДЕЋЕ ПРЕДНОСТИ

Топлота добијена оксидацијом гасова може се користити директно на локацији, а водоник и кисеоник добијају се одлагањем отпадне паре и процесне воде.

Мала потрошња воде при производњи електричне енергије и топлоте.

Једноставност пута.

Значајне уштеде енергије као троши се само на загревање стартера до стабилног стања термичког режима.

Висока продуктивност процеса, јер дисоцијација молекула воде траје десетинке секунде.

Експлозија и пожарна сигурност методе, јер у његовој примени нису потребни контејнери за сакупљање водоника и кисеоника.

Током рада инсталације, вода се више пута пречишћава, претварајући се у дестиловану воду. Ово уклања седименте и каменац, што повећава животни век инсталације.

Инсталација је израђена од обичног челика; са изузетком котлова од топлотно отпорних челика са облогом и оклопом њихових зидова. То јест, нису потребни посебни скупи материјали.

Проналазак може наћи примену у

индустрије заменом угљоводоника и нуклеарног горива у електранама јефтином, широко распрострањеном и еколошки прихватљивом водом, задржавајући истовремено снагу ових постројења.

Сагоревање водоника

Водоник, дакле, рађа воду. Вода се добија сагоревањем водоника - комбиновањем водоника са кисеоником. Током реакције ослобађа се врло велика количина енергије.

2Х2 + О2 = 2Х2О + К

То значи да се водоник може користити као гориво. Као и са било којим горивом, и са водоником се мора поступати пажљиво.

Водоник добијамо реакцијом цинка са хлороводоничном киселином.

Запалимо водоник на крају цеви за излаз гаса. У почетку је пламен једва приметан (водоник не боји пламен). Стаклена цев се постепено загрева и пламен постаје жут: натријумова једињења која чине стакло боје пламен.

Шипак. 2. Сагоревање водоника

Дакле, водоник је гориво. Млазни мотори могу да раде на водоник и кисеоник. Топлота реакције сагоревања водоника користи се за заваривање и резање метала. Када водоник сагорева у чистом кисеонику, температура достиже 2800 ° Ц. Овај пламен топи кварц и већину метала. Важно је да је водоник еколошки прихватљиво гориво. производ његовог сагоревања је вода.

ПОТРАЖИВАЊЕ

Метода за производњу водоника и кисеоника из водене паре

, укључујући пропуштање ове паре кроз електрично поље, назначено тиме што користе прегрејану пару воде са температуром
500 - 550 о Ц.
, прошао кроз високонапонско електрично поље једносмерне струје да би раздвојио пару и раздвојио је на атоме водоника и кисеоника.

Одавно желим да учиним сличну ствар. Али даљи експерименти са батеријом и паром електрода нису стигли. Желео сам да направим пуноправни апарат за производњу водоника, у количинама за надувавање балона. Пре него што направим пуноправни апарат за електролизу воде код куће, одлучио сам да проверим све на моделу.

Општа шема електролизера изгледа овако.

Овај модел није погодан за пуну свакодневну употребу. Али успели смо да тестирамо идеју.

Зато сам одлучио да користим графит за електроде. Одличан извор графита за електроде је колектор тролејбуса. Доста их је лежало на крајњим станицама. Мора се запамтити да ће се једна од електрода срушити.

Видели смо и финализирали датотеком. Интензитет електролизе зависи од јачине струје и површине електрода.

Жице су причвршћене на електроде. Жице морају бити пажљиво изоловане.

За случај модела електролизера, пластичне боце су сасвим погодне. У поклопцу за цеви и жице направљене су рупе.

Све је темељно премазано заптивачем.

Одрезани грлови боца погодни су за повезивање два контејнера.

Треба их спојити и шав се мора растопити.

Орашасти плодови су направљени од поклопаца боца.

Рупе су направљене у две боце на дну. Све је повезано и пажљиво испуњено заптивачем.

Као извор напона користићемо мрежу домаћинства од 220 В. Желим да вас упозорим да је ово прилично опасна играчка. Дакле, ако немате довољно вештина или постоје сумње, онда је боље да не понављате. У мрежи домаћинства имамо наизменичну струју, за електролизу мора бити исправљена. Диодни мост је савршен за ово. Она са фотографије није била довољно моћна и брзо је изгорела. Најбоља опција био је кинески диодни мост МБ156 у алуминијумском кућишту.

Диодни мост се јако загрева. Биће потребно активно хлађење. Хладњак за рачунарски процесор је савршен. За кућиште се може користити разводна кутија одговарајуће величине. Продаје се у електричној роби.

Неколико слојева картона мора бити постављено испод диодног моста.

Потребне рупе су направљене на поклопцу разводне кутије.

Овако изгледа склопљена јединица. Електролизатор се напаја из мреже, а вентилатор напаја универзални извор напајања. Као електролит користи се раствор соде бикарбоне. Овде се мора запамтити да што је већа концентрација раствора, већа је брзина реакције. Али истовремено је и грејање веће. Штавише, реакција распадања натријума на катоди ће допринети загревању. Ова реакција је егзотермна. Као резултат, формираће се водоник и натријум хидроксид.

Уређај на горњој фотографији био је веома врућ. Повремено је требало искључити и сачекати док се не охлади. Проблем загревања делимично је решен хлађењем електролита. За ово сам користио столну пумпу за чесму. Дугачка цев пролази од једне боце до друге кроз пумпу и канту хладне воде.

Релевантност овог броја данас је прилично велика због чињенице да је опсег употребе водоника изузетно опсежан и у чистом облику га практично нема нигде у природи. Због тога је развијено неколико техника које омогућавају екстракцију овог гаса из других једињења путем хемијских и физичких реакција. О овоме се говори у горњем чланку.

Лекција Практични рад „Добијање водоника и проучавање његових својстава“.

Лекција 31 Разред 8 -

Предмет:
Практични рад бр. 4 Добијање водоника и проучавање његових својстава.
Датум ____________20

МБОУ "С (К) ОСХ №16", наставник хемије Березинскаиа А.А.

Намена:

• побољшати експерименталне вештине - технике за рад са лабораторијском опремом и супстанцама; способност посматрања, доношења закључака, извлачења резултата практичног рада у свеске;
• радити на развоју вештина вештог руковања ватром, опасним материјама.
• способност састављања једначина хемијских реакција, способност доношења закључака, поштовање сигурносних правила;
• ширење хоризонта ученика, изградња поштовања према историји науке.
• развој идеја о здравом начину живота у блоковима: „Хемија у свакодневном животу - безбедно понашање“.

Корективни циљеви:

корекција и развој кохерентног усменог и писменог говора, корекција и развој моторичке меморије, развој способности за доношење закључака.

Опрема:

• лабораторијски носач са ногом, држач епрувете, носач епрувете, кашика за дозирање, филтер папир
• духовна лампа, шибице
• аутоматски Кирјушкинов уређај за добијање гасова, 3 епрувете, кристализатор са водом

Реагенси:

грануле цинка, хлороводонична киселина (разблажена), бакар (ИИ) оксид.

Тип лекције

: практична настава (виртуелна лабораторија)

Сигурносни прописи:

Рад са алкохолном лампом; рад са стаклом; Провера уређаја на цурење.

Напредак:

И. Припрема за практични рад.

1. Сигурносне упуте при раду са сувим горивом.
2. Технички брифинг о томе како изводити практични рад.

ИИ. Ажурирање знања

1. Које ћемо почетне материјале користити за добијање водоника?
2. Да ли реакциону смешу треба загрејати?
3. На шта треба пазити приликом снимања запажања?
4. Који ћемо уређај користити за производњу водоника?
5. Које методе се могу користити за сакупљање водоника, зашто?

Упознавање са упутством: туториал страна ________

ИИИ. Практични рад (гледање видеа: Производња водоника.)

ИИИ. Учвршћивање знања, способности, вештина.

Након извођења посла извуците закључак, све резултате запишите у свеску.

Домаћи задатак: § ________.

Практични рад бр. 4. Производња водоника и проучавање његових својстава.

Упозната сам са сигурносним правилима

Намена:

научите да примате, сакупљате водоник; проучавати физичка и хемијска својства водоника.

Опрема:

лабораторијски носач са ножицом, држач за епрувете, сталак за епрувете, кашика за дозирање, филтер папир, алкохолна лампа, шибице, аутоматски Кирјушкинов уређај за добијање гасова, 3 епрувете, кристализатор са водом.

Реагенси:

грануле цинка, хлороводонична киселина (разблажена), бакар (ИИ) оксид.

Напредак

1. Метода за производњу водоника - интеракција активних метала са киселинама.

Зн + 2ХЦл = ЗнЦл2 + Х2 ↑ + К - у нормалним условима

Запажања:

• реакција интеракције гранула цинка са хлороводоничном киселином у почетку се одвија полако, а затим врло бурно, епрувета се загрева
• безбојни гас излази из цеви за излаз гаса
• када се добијени раствор испари, на стакленој плочи остаје бели прах

2. Уређаји за добијање и сакупљање водоника

Шипак. Уређај за производњу водоника је аутоматски, што вам омогућава да зауставите реакцију у било ком тренутку помоћу стезаљке (Кирјушкинов уређај).

Сакупљање гаса истискивањем воде је могуће јер водоник је у њему слабо растворљив.

- дакле, водоник је лакши од ваздуха

3. Детекција водоника - провера чистоће

Запажања:

• када сагоре први део гаса, чује се оштар лавеж
• при сагоревању другог дела гаса чује се лагани памук Слика 5

  "П-препоне"

4. Својство водоника је активно редукционо средство

Запажања:

• прах мења боју из црне у бакар
• на зидовима епрувете појављују се безбојне капљице течности

Излаз:

Један од начина за добијање водоника у лабораторији је интеракција цинка са разблаженом хлороводоничном киселином која ствара сол (цинков хлорид) и водоник. Водоник је гас без боје, без мириса, слабо растворљив у води, лакши од ваздуха, експлозиван када се помеша са ваздухом, смањује метале из њихових оксида.

3

Производња водоника у домаћинству

Избор електролизера

Да бисте добили елемент куће, потребан вам је посебан апарат - електролизатор. На тржишту постоји много опција за такву опрему, уређаје нуде и познате технолошке корпорације и мали произвођачи. Маркиране јединице су скупље, али је квалитет израде већи.

Кућни апарат је мали и лак за употребу. Његови главни детаљи су:

Електролизатор - шта је то

• реформатор;
• систем за чишћење;
• гориве ћелије;
• опрема за компресоре;
• контејнер за складиштење водоника.

Једноставна вода из славине узима се као сировина, а електрична енергија долази из редовног отвора. Јединице на соларни погон штеде на електричној енергији.

Кућни водоник се користи у системима грејања или кувања. Такође обогаћују смешу гориво-ваздух како би повећали снагу мотора аутомобила.

Израда апарата сопственим рукама

Још је јефтиније направити уређај сами код куће. Сува ћелија изгледа попут запечаћене посуде, која се састоји од две плоче електрода у посуди са електролитским раствором. Ворлд Виде Веб нуди низ шема монтаже за уређаје различитих модела:

• са два филтера;
• са горњим или доњим распоредом контејнера;
• са два или три вентила;
• са поцинкованом плочом;
• на електродама.

Дијаграм уређаја за електролизу
Није тешко створити једноставан уређај за производњу водоника. Захтеваће:

• лим од нерђајућег челика;
• провидна цев;
• фитинги;
• пластична посуда (1,5 л);
• филтер за воду и неповратни вентил.

Уређај једноставног уређаја за производњу водоника
Поред тога, биће потребан разни хардвер: навртке, подлошке, вијци. Први корак је пресецање листа на 16 квадратних преграда, исеците угао из сваког од њих. У супротном углу од ње треба да избушите рупу за завртње плоче. Да би се осигурала константна струја, плоче морају бити повезане према шеми плус - минус - плус - минус. Ови делови су међусобно изоловани цевчицом, а на споју вијком и подлошкама (три комада између плоча). На плус и минус засађено је 8 плоча.

Када су правилно састављени, ребра плоча неће додиривати електроде. Састављени делови се спуштају у пластичну посуду. На месту где се зидови додирују, две причврсне рупе су направљене вијцима. Уградите сигурносни вентил за уклањање вишка плина. Окови су монтирани у поклопац контејнера, а шавови су запечаћени силиконом.

Испитивање апарата

Да бисте тестирали уређај, изведите неколико радњи:

Шема производње водоника

1. Напуните течношћу.
2. Покривајући поклопац, спојите један крај цеви на фитинг.
3. Други је уроњен у воду.
4. Повежите се са извором напајања.

Након укључивања уређаја у утичницу, након неколико секунди приметиће се процес електролизе и падавина.

Чиста вода нема добру електричну проводљивост. Да бисте побољшали овај индикатор, морате створити електролитски раствор додавањем алкално-натријум хидроксида. Налази се у смешама за чишћење цеви попут Моле.

Како уређај ради

Електролизатор се састоји од неколико металних плоча уроњених у затворену посуду са дестилованом водом.
Само тело има терминале за повезивање извора напајања и постоји чахура кроз коју се гас испушта.

Рад уређаја може се описати на следећи начин: електрична струја пролази кроз дестиловану воду између плоча са различитим пољима (једна има аноду, друга има катоду), дели је на кисеоник и водоник.

У зависности од површине плоча, електрична струја има сопствену снагу, ако је површина велика, тада велика количина струје пролази кроз воду и ослобађа се више гаса. Дијаграм повезивања плоча је наизменично, прво плус, затим минус и тако даље.

Електроде се препоручују да буду израђене од нерђајућег челика, који не реагује са водом током процеса електролизе. Главна ствар је пронаћи висококвалитетни нерђајући челик. Боље је да растојање између електрода буде мало, али тако да се мехурићи гаса могу лако кретати између њих. Боље је направити причвршћиваче од одговарајућег метала као електроде.

У овом аспекту, уређај укључује 16 плоча, које се налазе на удаљености од 1 мм једна од друге.

Због чињенице да плоче имају прилично велику површину и дебљину, кроз такав уређај ће бити могуће проћи велике струје, али метал се неће загрејати. Ако измерите капацитет електрода у ваздуху, он ће бити 1нФ, овај сет користи до 25А у обичној води из славине.

Да бисте сакупљали генератор водоника сопственим рукама, можете користити посуду за храну, с обзиром да је његова пластика отпорна на топлоту. Затим морате спустити електроде за сакупљање гаса са херметички изолованим конекторима, поклопцем и другим прикључцима у контејнер.

Ако користите посуду направљену од метала, да би се избегао кратки спој, електроде су причвршћене за пластику. На обје стране бакарних и месинганих арматура уграђена су два конектора (арматура - монтирање, монтажа) за вађење плина. Контактни конектори и окови морају бити чврсто фиксирани силиконским заптивачем.

Такође можете направити гасни генератор код куће. Техника је овде детаљно описана:

Методе за производњу водоника

Водоник је гасовити елемент без боје и мириса, густине 1/14 у односу на ваздух. У слободној држави то је ретко. Обично се водоник комбинује са другим хемијским елементима: кисеоником, угљеником.

Производња водоника за индустријске потребе и електроенергетику врши се на неколико метода. Најпопуларније су:

• електролиза воде;
• метода концентрације;
• кондензација на ниској температури;
• адсорпција.

Водоник се може изоловати не само из гасовитих или водених једињења. Водоник се производи излагањем дрвета и угља високим температурама, као и прерадом биоотпада.

Атомски водоник за енергетику добија се методом термичке дисоцијације молекуларне супстанце на жици од платине, волфрама или паладијума. Загрева се у атмосфери водоника под притиском мањим од 1,33 Па. А такође се и радиоактивни елементи користе за добијање водоника.

Термичка дисоцијација

Метода електролизе

Најједноставнији и најпопуларнији метод еволуције водоника је електролиза воде. Омогућава производњу практично чистог водоника.Остале предности ове методе су:

Принцип рада генератора електролизе водоника

• доступност сировина;
• пријем елемента под притиском;
• могућност аутоматизације процеса због недостатка покретних делова.

Поступак цепања течности електролизом је обрнут од сагоревања водоника. Његова суштина је да се под утицајем једносмерне струје ослобађају кисеоник и водоник на електродама умоченим у водени раствор електролита.

Додатном предношћу сматра се производња нуспроизвода индустријске вредности. Дакле, потребна је велика количина кисеоника за катализу технолошких процеса у енергетском сектору, чишћење тла и водених тела и одлагање кућног отпада. Тешка вода добијена током електролизе користи се у енергетици у нуклеарним реакторима.

Производња водоника концентрацијом

Ова метода се заснива на одвајању елемента од гасних смеша које га садрже. Дакле, највећи део супстанце произведене у индустријским количинама се екстрахује помоћу парне реформе метана. Водоник који се екстрахује у овом процесу користи се у енергетици, преради нафте, ракетној индустрији, као и за производњу азотних ђубрива. Процес добијања Х2 одвија се на различите начине:

• кратки циклус;
• криогени;
• мембрана.

Потоња метода се сматра најефикаснијом и јефтинијом.

Нискотемпературна кондензација

Овај метод добијања Х2 састоји се у снажном хлађењу гасовитих једињења под притиском. Као резултат, они се трансформишу у двофазни систем, који се потом сепаратором раздваја у течну компоненту и гас. Течни медији се користе за хлађење:

• вода;
• течни етан или пропан;
• течни амонијак.

Овај поступак није тако лак као што звучи. Неће бити могуће одвојити гасове угљоводоника одједном. Неке компоненте ће отићи са плином који се узима из одељења за одвајање, што није економично. Проблем се може решити дубоким хлађењем сировине пре одвајања. Али ово захтева пуно енергије.

У савременим системима кондензатора са ниском температуром додатно су обезбеђене колоне за деметанизацију или деетанизацију. Гасна фаза се уклања из последње фазе раздвајања, а течност се шаље у ректификациону колону са протоком сировог гаса након размене топлоте.

Метода адсорпције

Током адсорпције, за ослобађање водоника користе се адсорбенти - чврсте материје које апсорбују потребне компоненте мешавине гаса. Као адсорбенти се користе активни угљен, силикатни гел, зеолити. За спровођење овог процеса користе се посебни уређаји - циклични адсорбери или молекуларна сита. Када се примењује под притиском, ова метода може повратити 85 процената водоника.

Ако упоредимо адсорпцију са нискотемпературном кондензацијом, приметићемо ниже трошкове материјала и рада процеса - у просеку за 30 процената. Водоник се производи адсорпцијом за енергетику и уз употребу растварача. Ова метода омогућава екстракцију 90 процената Х2 из смеше гасова и добијање коначног производа са концентрацијом водоника до 99,9%.