Способ разложения воды на кислород и водород и устройства для его осуществления

Изобретение относится к способу разложения воды на кислород и водород и устройству для его осуществления. Способ осуществляют путем воздействия на воду, протекающую по межэлектродным полостям, электрическим и магнитным полями. При этом постоянное импульсное электрическое поле подается на коаксиально расположенные трубчатые изолированные водородные электроды отрицательного потенциала и на изолированные кислородные электроды положительного потенциала, разделенные межэлектродными полостями, имеющими входные и выходные водяные отверстия, объемы которых через газовые отверстия соединены с объемами водородных и кислородных электродов. В связи с чем протекающая между электродами вода под действием электрического и магнитного полей разлагается на ионы водорода и кислорода, причем ионы водорода через отверстия водородного электрода притягиваются отрицательным статическим полем, образованным отрицательной токопроводящей водородной изолированной поверхностью, внутрь водородного электрода, аналогично, ионы кислорода через отверстия кислородного электрода притягиваются положительным статическим полем, образованным положительной изолированной токопроводящей поверхностью, внутрь кислородного электрода, в которых водородные и кислородные ионы нейтрализуются соответственно отрицательными и положительными нейтрализационными поверхностями и в виде атомов выходят через каждые свои отверстия к дальнейшему использованию. Технический результат заключается в повышении производительности разложения воды за счет увеличения энергии электрического и магнитного полей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к технике разложения воды на кислород и водород (водородной энергетике) и может быть использовано в качестве узла для преобразования тепловой энергии при сжигании водорода в механическую энергию, в частности, в транспортных средствах, где вместо бензина используется вода.

Известен способ получения водорода из воды (см. патент №2456377), в котором разложение воды происходит под действием резонансного электромагнитного поля, частота n-й гармоники которого приближается к собственной частоте воды. Недостаток способа заключается в том, что при его осуществлении происходит изменение емкостной составляющей LC контура (контуров) из-за присутствия в воде продуктов ее разложения, приводящих к изменению диэлектрической проницаемости диэлектрика водяного конденсатора, при неизменном значении индуктивной составляющей. Это явление приводит к снижению производительности из-за отклонения от резонанса в цепях с последовательными или параллельными контурами. Также в устройстве, осуществляющем способ, наблюдается незначительная площадь соприкосновения изолированных конденсаторных пластин с водой, отнесенная к единице объема рабочей камеры, что также приводит к снижению производительности разложения воды. Известен также патент №2496917 способ получения водорода из воды, включающий разложение воды электрическим полем с помощью водяного конденсатора с изолированными обкладками, на которые подается высоковольтное выпрямленное напряжение импульсной формы, а разложение воды происходит под действием электрического и магнитного полей, причем вектор напряженности магнитного поля направлен перпендикулярно вектору напряженности электрического поля, при этом вектора на воду действуют одновременно и с частотой, равной частоте гидродинамических колебаний воды. Для реализации способа используется устройство, в котором разложение воды электрическим и магнитным полями происходит с помощью, по меньшей мере, двух колебательных контуров, при этом емкость первого и связанная с ней индуктивность второго контура и соответственно емкость второго и связанная с ней индуктивность первого заряжаются и разряжаются с заданной частотой, при этом фаза входных напряжений сдвинута на 90 градусов. Недостаток способа тот, что электрическое поле действует на воду однонаправленно и периодически, причем время его действия равно времени нисходящий кривой входного напряжения, что наполовину снижает производительность разложения воды.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности разложения воды за счет увеличения энергии электрического и магнитного полей.

Физика работы предлагаемого устройства заключается в следующим. На нижеуказанных сайтах расположена информация об известных способах разложения воды на кислород и водород https://yandex.ru/images/search?p=6&text=способы%20разложения%20воды%20на%20кислород%20и%20вод выбираем реакцию разложения воды действием электрического тока, электролиз https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=09c0c7751466c174d9cc9dc81648bc91-sr&n=13 где разложение воды под действием электрического тока происходит согласно уравнению 1., т.е. 2H₂O=2Н₂+O₂. Но данное уравнение не показывает, какая энергия затрачивается на разложение воды. При нагреве воды или при разложении пара (см. патент №2142905) тепловая энергия броуновского движения не может без действия полей разлагать воду. Только при действии поля диполи воды ориентируются вдоль его вектора напряженности уменьшая броуновское движение энергия которого расслабляет дипольные атомные связи в связи с чем для окончательного их разрушения требуется уменьшенное значение электромагнитной энергии. (см. так же видео на сайте https://www.youtube.com/watch?v=-ROZ0KU5ncM Учитывая, что вода H₂O является идеальным диэлектриком (электролитом) который контактирует с двумя электродами, что в комплексе представляет собой водяной конденсатор токи смещения, которого образуют энергию электрического поля, а токи индуктивности образуют энергию магнитного поля. Обе вырабатываемые токами энергии отличаются друг от друга векторными направлениями их энергий вектора, которых, действуя на дипольные молекулы воды, разрушают их, в результате чего молекулы воды распадаются на ионы водорода и кислорода. Конечно, энергетическая мощность полей должна обеспечивать разрушение молекул воды. Спрашивается причем тут электроды, если энергия электрических и магнитных полей свободно проходит через не токопроводящие стенки водяного сосуда. Новизна изобретения заключается в том, что электроды электролизера изолированы диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого превосходит диэлектрическую проницаемость воды 80 единиц. Так как энергия электрического поля пропорциональна емкости водяного конденсатора и квадрату напряжения подаваемого на электроды водяного конденсатора, а энергия магнитного поля пропорциональна индуктивности и квадрату тока, проходящему через индуктивность то, увеличивая эти величины, можем регулировать производительность получения ионов кислорода и водорода.

Следует отметить, что при электролизе и предлагаемом изобретении общим является то, что при разложении воды на ионы участвует электрическое поле, а это значит, как указывалось выше, что изоляция электродов значения не имеет. Она лишь препятствует участию в реакции электродных металлов и исключает прохождению тока через воду, содержащую растворенные в ней примеси. При изоляции электродов исключается нагрев воды, что позволяет при сжигании водорода не используемую тепловую энергию использовать повторно для получения водорода и кислорода, замыкая тем самым энергетический цикл, что значительно увеличивает КПД устройства.

На фиг 1, 2, 3, 4 изображены устройства разложения воды на кислород и водород. Они содержит диэлектрический корпус 7 имеющий отверстия 3 входа воды (пара) и отверстия 4 для выхода не разложивсейся воды. Корпус содержит трубчатые полые (объемные) полости, представляющие отрицательные водородные электроды 23 и коаксиально водородным электродам попеременно через межэлектродное пространство 22 расположены трубчатые полые (объемные) полости представляющие положительные кислородные электроды 24. Диэлектрические перегородки содержащие газовые отверстия 6 разделяющие межэлектродные полости от водородных электродов 23 содержат токопроводящие отрицательные поверхности 25 а диэлектрические перегородки содержащие отверстия 6 разделяющие межэлектродные полости от кислородных электродов 24 содержат токопроводящие положительные поверхности 26. Кроме того объемы водородных электродов 23 перед выходом водорода через отверстия 19 содержат нейтрализационные отрицательные поверхности 14 а объемы кислородных электродов 24 перед выходом через выходные отверстия 18 кислорода содержат нейтрализационные положительные поверхности 15. Отрицательный и положительный потенциал на токопроводящие поверхности 25, 26 подается одновременно и представляет собой импульсное выпрямленное напряжение см. Фиг 2. Положительный потенциал на кислородную нейтрализационную поверхность 15 и отрицательный потенциал на водородную нейтрализационную поверхность 14 потенциалы которых представляют импульсное выпрямленное напряжение, импульсы которого подаются между импульсами подаваемыми на токопроводящие поверхности 25 и 26. Отверстия 6 расположенные на электродах служат для перемещения газовых ионов в электродные полости а также не разложивсейся воды к выходному отверстию 4. Подавая, на токопроводящие поверхности 25 и 26 импульсное напряжение и последовательно между этими импульсам подавая импульсное напряжение на нейтрализационные сетки 14 и 15 получаем нейтрализацию ионов водорода и кислорода которые под давлением через отверстия 19 и 18 поступают к дальнейшему использованию. Электроды 23 и 24 представляют полые обкладки водяного конденсатора. Эти водяные конденсаторы, которые с целью увеличения энергии электрического поля соединяем, параллельно получая один суммарный конденсатор, диэлектрическая проницаемость изоляции которого должна превышать диэлектрическую проницаемость воды. Образованный конденсатор, имеющий значительные электродную поверхность, диэлектрическую проницаемость, минимальное расстояние между электродами значительно увеличивает производимую им энергию электрического поля, что приводит к значительному увеличению производительности устройства разложения воды (пара) на кислород и водород. При подаче регулированного постоянного импульсного напряжения создается возможность регулировать производительность разложения воды и как следствие исключать выход

не разложившейся воды. Для максимального снижения, подаваемого на конденсатор постоянного напряжения с целью, обеспечения увеличения диапазона регулирования энергии электрического поля, используем энергию магнитного поля, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно вектору электрического поля. Для этого используем трансформаторный излучатель, магнитопровод которого представляет собой замкнутый контур, выполненный из электротехнической стали с последовательно механически связанными спиралевидными (аналогично катушки индуктивности) частями 8 и линейной чатью 13, представляющие в сечении прямоугольную или круглую форму. Эффективность излучающего трансформатора заключается в том, что при длине волны в три тысячи километров магнитный поток через трансформаторные витки проходит столько раз, сколько длина магнитопровода укладывается в длине волны. Магнитный поток излучающего трансформатора представляет поток, проходящего через сталь и воду, для этого необходимо, чтобы спиралевидные витки трансформатора с левой и правой сторон имели противоположную обмотку. При подаче 50 герцового напряжения на первичную катушку 11 трансформатора происходит 100 герцовое изменение направления векторов магнитных напряженностей направленных перпендикулярно векторам электрического поля, что приводит к интенсификации разложения воды. Вторичная катушка 12 трансформатора через диоды производит последовательную подачу импульсов необходимой полярности на токопроводящие поверхности 24, 25 и нейтрализационные сетки 14, 15 см. фиг 2. Регулировка магнитной энергии может осуществляться катушкой 5 обратной связи на фиг 1 условно не показана. Эта катушка является нагрузкой вторичной катушки трансформатора и играет роль первичной. При совпадении векторов магнитных напряженностей катушек первичной и обратной связи получаем положительную обратную связь и наоборот при не совпадении векторов получаем отрицательную обратную связь.

Работа устройства заключается в том, что разложение происходит при действии на воду, протекающую по межэлектродным полостям электрического и магнитного поля при этом постоянное импульсное электрическое поле образуется путем подачи на объемные изолированные водородные электроды отрицательного потенциала и подачи на объемные изолированные кислородные электроды положительного потенциала, а вектор напряженности электрического поля направленный перпендикулярно вектору магнитного поля который образуется замкнутым магнитопроводом содержащим два спиралевидной формы закручивания с протекающей между закручиваниями водой и имеющими по отношению к воде противоположные полюса, таким образом, протекающая между электродами вода под действием электрического и магнитного полей разлагается на ионы водорода и кислорода при этом ионы водорода через отверстия 6 водородного электрода притягиваются отрицательным статическим полем образованным отрицательной токопроводящей водородной изолированной поверхностью внутрь водородного электрода аналогично ионы кислорода через отверстия 6 кислородного электрода притягиваются положительным статическим полем образованным положительной изолированной токопроводящей поверхностью, в которых водородные и кислородные ионы нейтрализуются соответственно отрицательными и положительными нейтрализационными поверхностями и в виде атомов выходят через каждые свои отверстия к дальнейшему практическому использованию. Электрическое поле, образовываемое токопроводящими поверхностями, имеет выпрямленный импульсный характер, между импульсами которого одновременно подаются на нейтрализационную не изолированную водородную поверхность, находящуюся в водородной полости отрицательный потенциал и на нейтрализационную не изолированную кислородную поверхность, находящуюся в кислородной полости положительный потенциал. При отсутствии в объемах электродов нейтрализационных поверхностей токопроводящие поверхности в промежутке между входными и выходными газовыми отверстиями имеют не изолированную внутреннюю поверхность.

Согласно фиг 4 объемные водородные и кислородные электроды с межэлэктодными полостями могут иметь в горизонтальном и вертикальных сечениях прямоугольную форму.

1. Способ разложения воды на кислород и водород, осуществляемый путем воздействия на воду, протекающую по межэлектродным полостям, электрическим и магнитным полями, отличающийся тем, что постоянное импульсное электрическое поле подается на коаксиально расположенные трубчатые изолированные водородные электроды отрицательного потенциала и на изолированные кислородные электроды положительного потенциала, разделенные межэлектродными полостями, имеющими входные и выходные водяные отверстия, объемы которых через газовые отверстия соединены с объемами водородных и кислородных электродов, при этом протекающая между электродами вода под действием электрического и магнитного полей разлагается на ионы водорода и кислорода, причем ионы водорода через отверстия водородного электрода притягиваются отрицательным статическим полем, образованным отрицательной токопроводящей водородной изолированной поверхностью, внутрь водородного электрода, аналогично, ионы кислорода через отверстия кислородного электрода притягиваются положительным статическим полем, образованным положительной изолированной токопроводящей поверхностью, внутрь кислородного электрода, в которых водородные и кислородные ионы нейтрализуются соответственно отрицательными и положительными нейтрализационными поверхностями и в виде атомов выходят через каждые свои отверстия к дальнейшему использованию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрическое поле, образуемое токопроводящими поверхностями, имеет выпрямленный импульсный характер, между импульсами которого одновременно подаются на нейтрализационную не изолированную водородную поверхность, находящуюся в водородной полости, отрицательный потенциал и на нейтрализационную не изолированную кислородную поверхность, находящуюся в кислородной полости, положительный потенциал.

3. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что содержит трубчатые коаксиально расположенные объемные водородные и кислородные изолированные электроды, разделенные межэлектродными полостями, имеющими входные и выходные водяные отверстия, объемы которых через газовые отверстия соединены с объемами водородных и кислородных электродов, имеющих соответственно нейтрализационные поверхности и выходные водородные и кислородные газовые отверстия.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что объемные водородные и кислородные электроды с межэлектродными полостями имеют в горизонтальном и вертикальном сечениях прямоугольную форму.

В России открыли катализатор для получения кислородного топлива из воды

https://ria.ru/20210629/nauka-1738997652.html

В России открыли катализатор для получения кислородного топлива из воды

В России открыли катализатор для получения кислородного топлива из воды — РИА Новости, 29.06.2021

В России открыли катализатор для получения кислородного топлива из воды

Специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, Челябинск) открыли вещество из числа так называемых титаносодержащих гексаферритов,… РИА Новости, 29.06.2021

2021-06-29T09:08

2021-06-29T09:08

2021-06-29T09:37

наука

белоруссия

челябинск

южно-уральский государственный университет

российская академия наук

навигатор абитуриента

университетская наука

технологии

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/150530/65/1505306598_0:160:3076:1890_1920x0_80_0_0_48d3a7a016ff33b1946dbb5fe31d37e7. jpg

МОСКВА, 29 июн — РИА Новости. Специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, Челябинск) открыли вещество из числа так называемых титаносодержащих гексаферритов, проявляющее высокую эффективность в качестве катализатора электрохимических реакций получения из воды кислорода, используемого затем в качестве топлива, сообщили РИА Новости в пресс-службе университета.Любое транспортное средство во время движения оставляет углеродный след, поэтому ученые в мире все активнее рассматривают воду в качестве источника экологически чистого топлива. Водород и кислород, получаемые в результате разложения воды, можно использовать в разных сферах.Чтобы разложение воды на химические элементы прошло успешно, используют электрический ток. Именно под его действием в кислой среде выделяется водород, а в щелочной — кислород. Эффективность этих процессов зависит от катализаторов. Ученые ЮУрГУ впервые проверили, как гексаферриты бария проявляют себя в роли вещества, ускоряющего реакцию электролиза. Эти соединения оксида железа выбрали, потому что научное сообщество старается отойти от использования в катализаторах дорогих платиновых металлов, пояснили в университете.»Ставки делались в первую очередь на гексаферриты, допированные никелем. Однако они оказались выигрышными только с термодинамической точки зрения. Неожиданностью стала высокая кинетическая активность титансодержащего гексаферрита, связанная с высокой подвижностью носителей заряда внутри материала. Приложив чуть больше энергии к таким материалам, мы значительно выигрываем в количестве полученного кислорода», – рассказал доктор химических наук, старший научный сотрудник лаборатории кристаллохимического дизайна функциональных материалов НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ Павел Абрамов.Ученые ЮУрГУ в рамках комплексного исследования синтезировали ряд ферритов, которые затем исследовались специалистами Института неорганической химии Сибирского отделения РАН и Научно-практического центра Национальной академии наук Белоруссии. В итоге ученые сделали вывод, что титаносодержащие гексаферриты могут использоваться в составе топливных элементов для получения из воды кислорода. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Materials Chemistry and Physics.

https://ria.ru/20210302/raketa-1599529588.html

https://ria.ru/20210627/toplivo-1738773084.html

белоруссия

челябинск

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/150530/65/1505306598_173:0:2904:2048_1920x0_80_0_0_85154c9be62122bba0ac059b162a539b.jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

белоруссия, челябинск, южно-уральский государственный университет, российская академия наук, навигатор абитуриента, университетская наука, технологии

Наука, Белоруссия, Челябинск, Южно-Уральский государственный университет, Российская академия наук, Навигатор абитуриента, Университетская наука, Технологии

МОСКВА, 29 июн — РИА Новости. Специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, Челябинск) открыли вещество из числа так называемых титаносодержащих гексаферритов, проявляющее высокую эффективность в качестве катализатора электрохимических реакций получения из воды кислорода, используемого затем в качестве топлива, сообщили РИА Новости в пресс-службе университета.

Любое транспортное средство во время движения оставляет углеродный след, поэтому ученые в мире все активнее рассматривают воду в качестве источника экологически чистого топлива. Водород и кислород, получаемые в результате разложения воды, можно использовать в разных сферах.

2 марта 2021, 02:54

Источник: определен новый облик российской ракеты для полетов на Луну

Чтобы разложение воды на химические элементы прошло успешно, используют электрический ток. Именно под его действием в кислой среде выделяется водород, а в щелочной — кислород. Эффективность этих процессов зависит от катализаторов. Ученые ЮУрГУ впервые проверили, как гексаферриты бария проявляют себя в роли вещества, ускоряющего реакцию электролиза. Эти соединения оксида железа выбрали, потому что научное сообщество старается отойти от использования в катализаторах дорогих платиновых металлов, пояснили в университете.

«Ставки делались в первую очередь на гексаферриты, допированные никелем. Однако они оказались выигрышными только с термодинамической точки зрения. Неожиданностью стала высокая кинетическая активность титансодержащего гексаферрита, связанная с высокой подвижностью носителей заряда внутри материала. Приложив чуть больше энергии к таким материалам, мы значительно выигрываем в количестве полученного кислорода», – рассказал доктор химических наук, старший научный сотрудник лаборатории кристаллохимического дизайна функциональных материалов НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ Павел Абрамов.

Ученые ЮУрГУ в рамках комплексного исследования синтезировали ряд ферритов, которые затем исследовались специалистами Института неорганической химии Сибирского отделения РАН и Научно-практического центра Национальной академии наук Белоруссии. В итоге ученые сделали вывод, что титаносодержащие гексаферриты могут использоваться в составе топливных элементов для получения из воды кислорода. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Materials Chemistry and Physics.

27 июня 2021, 03:12Наука

Стартовый комплекс «Союза» на Восточном переведут на новое топливо

Разделите следующие физические и химические изменения: Сублимация твердого тела, Разложение воды на водород и кислород при пропускании электрического тока, Образование облаков, Приготовление фруктового салата из сырых фруктов, Растворение углекислого газа в воде.

• Популярные категории
• Структура данных
• Сеть
• РСУБД
• Операционная система
• Ява
• iOS
• HTML
• УС
• Андроид
• Питон
• Программирование на С
• С++
• С#
• МонгоДБ
• MySQL
• Джаваскрипт
• PHP
• Физика
• Химия
• Биология
• Математика
• Английский
• Экономика
• Психология
• Социальные науки
• Модные исследования
• Юридические исследования

• Выбранное чтение
• Примечания к экзаменам UPSC IAS
• Передовой опыт разработчиков
• Вопросы и ответы
• Эффективное составление резюме
• Вопросы для собеседования с персоналом
• Компьютерный глоссарий
• Кто есть кто

Физическое изменение	Сублимация твердого вещества, приготовление фруктового салата из сырых фруктов, образование облаков и растворение двуокиси углерода в воде.
Химическое изменение	Разложение воды на водород и кислород при пропускании электрического тока (электролиз).

• Связанные статьи
• Классифицируйте следующие химические или физические изменения: рубку деревьев, плавление масла на сковороде, ржавление альмиры, кипячение воды с образованием пара, прохождение электрического тока через воду и разрушение воды в водород и газообразный кислород, растворение поваренной соли в воде, приготовление фруктового салата из сырых фруктов и сжигание бумаги и дерева.
• Каков правильный порядок методов, которые вы бы использовали для разделения компонентов смеси хлорида аммония, поваренной соли и песка? (1) растворение в воде, фильтрация, выпаривание и сублимация (2) растворение в воде, выпаривание и возгонка (3) сублимация, растворение в воде, фильтрация и выпаривание(4) перемещение магнита, растворение в воде и сублимация
• Объясните следующее: известковая вода становится молочной или пропускает углекислый газ в
• При смешивании углекислого газа с известковой водой она становится молочно-белой. Почему?
• Преобразовать в моль: (a) 12 г газообразного кислорода (b) 20 г воды (c) 22 г углекислого газа
• Растворение сахара в воде является физическим или химическим изменением.
• Можем ли мы отменить следующие изменения? Если да, предложите название метода. (a) Вода в водяной пар (b) Водяной пар в воду (c) Лед в воду (d) Творог в молоко
• Помимо углекислого газа и воды, назовите еще четыре вида сырья, которые необходимы растениям.
• Объясните следующее: (a) Известковая вода мутнеет при пропускании в нее углекислого газа. (b) При добавлении уксусной кислоты к раствору гидрокарбоната натрия образуются пузырьки.
• Какое из следующих сырьевых материалов доступно в воздухе для фотосинтеза? (a) Кислород (b) Углекислый газ (c) Азот (d) Водород
• Напишите формулу углекислого газа и воды
• Какие из перечисленных изменений являются физическими, а какие химическими? (a) Горение магниевой проволоки (b) Замерзание воды (c) Ржавление железа (d) Свечение электрической лампочки
• Выберите правильное утверждение из следующего: (а) Превращение твердого вещества в пар без прохождения через жидкое состояние называется сублимацией. (б) Превращение паров в твердое без прохождения через жидкое состояние называется испарением. (в) Превращение паров в твердое, минуя жидкое состояние, называется замерзанием. (d) Превращение твердого тела в жидкость называется сублимацией.
• При вдувании воздуха изо рта в пробирку с известковой водой известковая вода мутнеет из-за присутствия: (а) кислорода (б) углекислого газа (в) азота (г) водяного пара
• Электролиз воды является реакцией разложения. Мольное соотношение газообразных водорода и кислорода, выделяющихся при электролизе воды, составляет 1:12:14:11:2

Предыдущая страница Следующая страница

Электролиз воды | Энергетические основы для средней школы химии

• Обзор учителя
• Подготовка
• Демонстрация
• Обсуждение со студентами
• Пояснение
• Расширения

Краткий обзор учителя

Резюме

В этой демонстрации учащиеся исследуют идею о том, что энергия батареи может использоваться для запуска химической реакции, которая не происходит самопроизвольно, например, расщепление молекул воды с образованием газообразного водорода и кислорода.

Задача

Учащиеся узнают об использовании внешнего источника энергии для запуска химической реакции.

Безопасность

Убедитесь, что вы и учащиеся носите подходящие защитные очки.

Материалы

• 9-вольтовая батарея
  
• Две металлические кнопки
• Вода
• Английская соль (MgSO ₄ • 7 H ₂ O)
• Чистая, пустая, прозрачная и бесцветная пластиковая бутылка для воды с крышкой и удаленной этикеткой
• Ножницы
• Черный перманентный маркер
• Химический стакан или пластиковая чашка
• Бумажные полотенца или глина для лепки
  

Необходимое время

Часть одного урока, примерно 10–15 минут.

Демонстрационные советы

Соль Эпсома можно приобрести в местных аптеках, где она продается как слабительное и как вещество, добавляемое в ванну с теплой водой для снятия болей. Можно использовать пластиковые контейнеры, отличные от бутылки с водой, если у контейнера плоское дно для легкого подключения к контактам батареи, а пластик достаточно тонкий, чтобы легко проталкивать кнопки. Например, можно использовать маленькие пластиковые стаканчики для приправ.

Включение в учебную программу

Эта демонстрация может быть включена в раздел по химическим реакциям или термохимии.

Процедура для учителя

Подготовка

1. Снимите крышку с чистой, пустой, прозрачной и бесцветной пластиковой бутылки для воды. Переверните крышку так, чтобы верхняя часть крышки касалась двух контактов 9-вольтовой батареи. Отцентрируйте крышку над двумя контактами. Используя черный перманентный маркер, сделайте две точки на внутренней стороне крышки, по одной над центром каждого контакта.
   
2. Поместите крышку на твердую поверхность верхней частью крышки вверх. Вставьте металлическую кнопку в верхнюю часть крышки прямо над одной из точек. Вставьте вторую кнопку в крышку прямо над второй точкой. Две кнопки не должны соприкасаться.
   
3. С помощью ножниц отрежьте верхнюю половину бутылки, чтобы она выглядела как воронка. Закрутите крышку обратно на бутылку.

Демонстрация

1. Покажите учащимся верхнюю часть бутылки, особенно две металлические кнопки, продетые сквозь крышку.
   
2. Наполните нижнюю часть разрезанной бутылки водой примерно наполовину. Добавьте примерно чайную ложку английской соли. Помешивать, пока большая часть соли не растворится.
   
3. Налейте раствор английской соли в верхнюю часть бутылки (держите ее крышкой вниз).
4. Попросите студента-добровольца понаблюдать за решением, особенно за двумя точками металлических кнопок. Есть ли признаки реакции?
5. Поместите две металлические кнопки так, чтобы каждая кнопка касалась одного из контактов на 9-вольтовая батарея. Попросите добровольца еще раз понаблюдать за раствором. Есть ли признаки реакции?
6. Батарейку можно поместить на дно стакана или прозрачного бесцветного пластикового стакана, удерживая вертикально с помощью бумажных полотенец или глины для лепки. Затем верхнюю часть бутылки можно поставить на батарею с большей устойчивостью, если инструктор хочет показать ее поближе к остальной части класса.

Обсуждение со студентами

1. Какие существуют доказательства того, что реакция происходит, когда контакты батареи касаются металлических кнопок?

   Пузырьки одного или нескольких газов образуются и поднимаются из каждой кнопки.

2. Есть ли разница в количестве газа, образующегося при каждом контакте батареи?

   Да, на одном из соединений образуется больше пузырьков.

3. Может ли разница, описанная в вопросе 2, быть связана с разницей в гвоздях? Что можно сделать с аппаратом, чтобы потенциально подтвердить идею о том, что контакт батареи ответственен за 9?0277 .

   Можно повернуть контакты батареи так, чтобы каждый контакт касался противоположной кнопки. Контакт батареи, который произвел больше пузырьков в первый раз, должен по-прежнему производить больше пузырьков при прикосновении к любой кнопке.

4. Для чего нужен аккумулятор?

   Батарея запускает реакцию, которую мы не наблюдали самопроизвольно без этого дополнительного внешнего источника энергии.

5. Зачем в воду добавляют английскую соль?

Английская соль является электролитом и служит для проведения электричества через раствор. Электричество от батареи может проходить через раствор и между двумя кнопками.

6. Каково сбалансированное уравнение распада молекул воды?

7. Если наблюдаемая нами реакция представляет собой расщепление молекул воды, какой газ может выделяться при контакте батареи и почему?

В результате реакции распада молекул воды образуются два газа: H ₂ и O ₂ . В уравнении получается в два раза больше газообразного водорода, чем газообразного кислорода. Контакт батареи, который производит больше пузырьков, будет производить газообразный водород.

8. Что можно сделать, чтобы собрать дополнительные доказательства того, что образуются два газа и что это H ₂ и O ₂ ?

Можно было бы собрать образовавшиеся газы и проверить их на известные свойства H ₂

Пояснение

Разделение слова «электролиз» на составные части обобщает его значение — использование электричества (электро-) для разрушения (-лиза) чего-либо. В этой демонстрации электричество, подаваемое 9-вольтовой батареей, используется для расщепления молекул воды, в результате чего образуются газообразные водород и кислород.

Идея включения энергии в качестве реагента или продукта в химическое уравнение может быть использована для иллюстрации потребности в дополнительной внешней энергетической силе для управления реакцией, которая обычно происходит

не происходит самопроизвольно и связать демонстрацию с представлениями об экзотермических и
эндотермических реакциях.

Например, Chemistry in the Community описывает:

…если определенная химическая реакция является экзотермической (с выделением тепловой энергии), то обратная реакция является эндотермической (преобразование тепловой энергии в потенциальную). Например, сжигание газообразного водорода с образованием воды является экзотермическим процессом. Энергия, выделяемая при образовании связей H–O в молекулах воды, больше, чем необходимая для разрыва связей в молекулах h3 и O2:

Следовательно, разделение воды на элементы — обратная реакция — должна быть эндотермической, количество энергии равно количеству выделяющейся при образовании воды из газообразных Н ₂ и О ₂ .

Удлинители

Предложите учащимся разработать метод сбора газов для демонстрации и описать, как их можно проверить, чтобы определить, являются ли они h3 и O2, и какие из них являются какими. Стеклянные трубки, наполненные раствором английской соли, можно перевернуть над двумя кнопками для сбора газов; сбор заметного количества газа может занять значительное время.