氢气是一种清洁、高效、可再生的能源。灰氢是以化石能源为原料生产的氢气。用这种方法生产氢气,会耗费大量的化石能源,并且会产生大量的温室气体二氧化碳。绿氢是利用太阳能、风能等清洁能源生产的氢气。
科研人员将太阳能、风能等清洁能源中的能量转化为电能,然后利用如图所示的装置制取氢气。他们用聚四氟乙烯薄膜把海水和电解装置隔开,这层膜就像冲锋衣一样防水,但是透气,海水蒸发时产生的水蒸气可以透过它向电解装置内部扩散,而杂质仍然留在海水中。水蒸气遇到水凝胶后,又会凝结成纯净的液态水。随着氢气和氧气的释放和导出,纯净的液态水逐渐减少,在压强差的作用下,海水蒸发时产生的水蒸气继续向电解装置内部输送,使电解水过程持续发生。
选项 | 实验 | 异常情况 | 解释 |
A测定空气中氧气的含量 | 进入集气瓶的水的体积小于集气瓶剩余空气体积的五分之一 | 可能是没有等装置内气体冷却就打开了止水夹 | |
B探究水的组成 | 甲、乙气体体积比大于 | 可能是部分氢气和氧气重新生成了水 | |
C燃烧条件的实验 | 通入氧气后水中的白磷不燃烧 | 可能是白磷表面由于缓慢氧化已经变质 | |
D酸和碱的中和反应 | 滴加一定量的稀盐酸后液体仍是红色 | 可能是滴加的稀盐酸量不足 |
序号 | 电极材料 | 溶解在水中的物质 | 研究结果 |
① | 铂丝 | NaOH | |
② | 铂丝 | ||
③ | 石墨 | ||
④ | 石墨 | NaOH | |
⑤ | 铂丝 | NaOH、、(气体达饱和) |
实验方案 | ||||
实验目的 | A.验证质量守恒定律 | B.探究可燃物燃烧需要温度达到着火点 | C.验证CO2的密度比空气大 | D.探究水的组成 |
同学们在实验室中完成了对“水的组成及变化”的探究实验。请你和他们一起完成实验报告。
【实验目的】验证水的组成,认识水的变化。
【实验用品及装置】蒸馏水、硫酸钠、水电解器(如图)。
【实验步骤】
(1)①向蒸馏水中加入少量硫酸钠,充分溶解。
②向水电解器的漏斗中加入含有硫酸钠的蒸馏水,直至玻璃管a、b中充满水。
③接通直流电源。
④一段时间后关闭直流电源,观察到两个玻璃管内气体的体积比约为。
⑤用燃着的木条分别检验两玻璃管中生成的气体,在玻璃管b的出口处观察到。
【实验结论】
(2),该反应的化学方程式为。
【问题与交流】
(3)实验中观察到两玻璃管中气体的体积比存在一定误差,可能的原因是什么?。
新考法·拓展探究某兴趣小组进行电解水的实验探究。
查阅资料:1 溶液的导电率与离子浓度有关,离子浓度越大,导电率越强。浓度越高,溶液中离子的数量越多,离子间相互牵制的作用就越强,使离子运动变得困难。所以,当溶液浓度增大时,一方面导电离子数量增多使导电率增大,另一方面使离子运动困难,导电率下降。
2 在20℃、1个标准大气压下,1体积水中分别可溶解约0.018体积的氢气和0.031体积的氧气。
【知识回顾】
水是一种重要的化学物质,也是人体内重要的营养物质。
(1)电解水时,通常要在水中加入少量氢氧化钠,其目的是。
(2)水通电过程中,理论上与电源正、负极相连的玻璃管内产生的气体质量比为。
【实验探究】
为了探究电源正负极产生气体体积比小于1:2的原因,设计并进行相关实验:实验选用水电解器(图1)两个支管的容积均为40mL,石墨作电极,分别电解10%硫酸钠溶液和10%氢氧化钠溶液多次,所得数据如表。
表 用石墨作电极电解水 | ||||
时间/每次 间隔2'10″ | 10%Na2SO4溶液 | 10%NaOH溶液 | ||
正极气体体积/mL | 负极气体体积/mL | 正极气体体积/mL | 负极气体体积/mL | |
第1次测量 | 1 | 6.5 | 2.2 | 9.7 |
第2次测量 | 1.5 | 9.2 | 4.5 | 19.2 |
第3次测量 | 2.4 | 14.3 | 6.8 | 28.4 |
第4次测量 | 3.3 | 19.3 | 2.5 | 10 |
第5次测量 | 4.5 | 24.3 | 5 | 20 |
第6次测量 | 5.9 | 29 | 7.5 | 30 |
(3)结合查阅资料计算可知,水电解器两个支管溶解的氢气和氧气的体积差值约为mL(计算结果保留一位小数),因此氢气和氧气的溶解度不同不是导致误差的主要原因。
(4)结合上表数据可知,相同时间内电解NaOH溶液比电解溶液所获得的气体体积(填“多”或“少”)。
(5)用石墨电极电解氢氧化钠溶液时正极溶液加入澄清石灰水中,石灰水变浑浊。经询问老师得知,石墨作为电极时,石墨电解氢氧化钠溶液时约一半的氧气转化为二氧化碳。写出石灰水变浑浊的化学方程式。从表中数据分析可知,石墨作为电极电解水时,电源正负极产生气体体积比小于1:2,误差较大。
【拓展探究】
为探究电解水时所选用的溶液种类和最佳浓度,利用铂丝作电极,分别利用溶质质量分数均为12%的碳酸钠、硫酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠和硝酸钾溶液进行水电解实验,产生氢气的速率如图2所示,不同浓度氢氧化钠溶液进行水电解实验,产生氢气的速率如图3所示。
(6)实验室进行电解水实验时,所选用的溶液种类和最佳浓度为。
(7)请解释氢氧化钠溶液质量分数与产生氢气的速率的关系