原装进口电解技术水机生产批发厂家进口电解水机厂家

在水电解过程中，氢气和氧气按以下化学反应式生成： 2H₂O() → 2H₂(g) + O₂(g) 此反应的本质是化合物（水）分解生成单质（H₂、O₂），属于典型的氧化还原反应。氢元素还原：H的氧化态从+1（H₂O中）降至0（H₂中），每个H原子获得1个电子（还原反应）；氧元素氧化：O的氧化态从-2（H₂O中）升至0（O₂中），每个O原子失去2个电子（氧化反应）。 电子转移量化按反应式计量：每生成1 mol O₂，失去4mol电子（O₂含2个O原子，每个失2e⁻）；每生成2 mol H₂，获得4 mol电子（每个H₂分子含2个H原子，每个获1e⁻）。符合氧化还原反应的电荷守恒原则。 一、自发与非自发问题 这个反应不是自发的，因为我们都知道水不会转化成氢气和氧气。相反，逆反应不仅是自发的，而且具有爆炸性，因为氢在氧气中会剧烈燃烧。 1、反应自发性分析 该水分解反应（2H₂O → 2H₂ + O₂）属于非自发过程，这可由热力学判据证实：在标准条件（25°C, 1 atm）下，反应的吉布斯自由能变ΔG° = +474.4 kJ/mol > 0。此数值量化解释了水在常态下保持稳定的现象。如下图1：  图1：非自发的反应过程 2、逆反应特性为自发性 其逆反应（2H₂ + O₂ → 2H₂O）则呈现双重特性：热力学自发性：ΔG° = -474.4 kJ/mol，强烈趋向产物生成；动力学剧烈性：氢氧混合气（体积比2:1）的点火能仅0.02 mJ，燃烧速度达2820 m/s（NTP条件），释放热值142 MJ/kg。如下图2：  图2：自发反应 因此，为了将水分解成各种元素，我们需要外部能量的输入。请记住，根据热力学，如果一个过程是吸热的（更准确地说，如果我们谈论的是吉布斯自由能，则是内能的），那么我们就需要提供必要的能量来推动它。水分解的能量为 +474.4 kJ/mol，这将是完成这一转化所需的最小能量，见下图3：  图3：理论最小分解能量 为了使系统从低能量状态转变为高能量状态，需要提供外部能量（见下图4示意）。在水或其他物质的电解过程中，这种能量通过外部电力提供，反应在电解池中进行。电解是一种电流驱动非自发氧化还原反应的反应过程。  图4：从低能到高能 二、电解水电位问题 要进行水的电解  ，我们首先需要一个电位大于 1.23 V 的电池，因为电池的估计电位是 -1.23 V（见下文）。我们还需要两个电极（阳极和阴极），与电解池不同的是，这两个电极通常由相同的金属制成，因为它不是反应的一部分。现在，仅仅将两个通电电极插入纯水中是不会产生电解的，因为要有电流，我们需要一些电解质。电解质可以是任何具有良好溶解性的离子化合物，在特定条件下不会发生氧化或还原反应。例如，我们前面已经看到，NaCl 在水溶液中可能会发生电解，但假设 Na2SO4 不存在这种风险。因此，让我们画出目前电解池的情况：  图5：电解池示意图 电解槽用于进行电解反应，因为则这是一个非自发反应(E°<0)，在这里由外部电力驱动。与原电池不同，在电解电池中，阳极是正极，因为外部电池从阳极获得电子并将其提供给阴极，使阴极成为负极。左边的电极与电池的正极相连，因此带正电，而右边的电极带负电。 那么，在这些电极的作用下，水分子会发生什么变化呢？ 首先，让我们回顾一下，水是一种极性化合物，这就是为什么它实际上是我们所知的所有盐类和矿物质的良好溶剂。请记住，由于电负性较大，氧部分带负电，而两个氢部分带正电。氧的电负性较大，因此它从每个键中抽取一个电子。因此，它部分带负电，氧化数  为-2。氢的电负性较低，它把电子给了氧，因此部分带正电，氧化数为+1。见下图6：  图6：电负性示意图 我们可以把电解的开始想象成阳极周围水分子的负端（电解池中为+）和阴极周围水分子的正端（电解池中为-），如下图7所示：  图7：在电解池中，水分子的负极朝向阳极（+极），而分子的正极则环绕于阴极（-极）周围。 之后，带负电荷的电极将电子推向缺电子的 H 原子（Hδ+），从而将它们（阴极）还原成 H0 - 冒泡的 H2 气体。另一方面，带正电的电极需要电子，它将从 Oδ- 原子中拉出电子，将其氧化为 O2 气体。这就是氧化半反应，因此电极是阳极。半反应以及整体反应见下图8所示：  图8：整体反应:2H2O(L)→2H2(g)+O2(g） 正电荷的电极需要电子，因此它会从氧气中强行拉出电子。这是氧化半反应，因此电极是阳极；负电荷的电极迫使电子流向氢，从而将它们(阴极)还原为H，即气体。因此，在左侧电极上，氧原子被氧化成 O2，所以这里是阳极；而在右侧电极上，H 原子被还原成H2，所以这里是阴极。 请记住，无论何种类型的电化学电池，氧化反应始终发生在阳极，而还原反应发生在阴极。但需注意：此处阳极带正电，这与我们在原电池中观察到的情况不同（原电池中阳极因向阴极释放电子而带负电，并在此过程中发生氧化）。在电解池中，外部电源从阳极抽离电子，使其呈正电性。因此请牢记： 1）在原电池中，阳极带负电，因为它从阴极获取电子，从而使阴极带正电。 2）在电解池中，阳极带正电，因为外部电源从其抽离电子并传递给阴极，使阴极带负电。 现在让我们写下每个半反应。阳极上是水的氧化反应，阴极上是水的还原反应：  H+ 和 OH- 离子结合生成水，因此整个反应可写成：  注：上述给出的电池电势为标准条件下的值，即H+浓度为1 M。但在pH=7时，[H+] = [OH–] = 10⁻⁷ M，此时不满足标准条件，因此电池电势分别为0.82 V和-0.41 V。 还需注意：此处的氧化半反应与标准还原电势表中的呈现方式相反（原表为O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– → 2 H2O(l)，E° = +1.23 V），因此我们相应地将电势符号改为负值。当某个反应方向逆转并改变其E°符号时，可通过阳极和阴极电势的叠加计算电池总电势。此处计算为：  这是在标准条件下，pH=7 时的结果：  电池电位表明，要进行水的电解，外部电源应大于 1.23 V。