Как собрать водород: Получение водорода и кислорода — урок. Химия, 8–9 класс.

Содержание

Получение водорода и кислорода — урок. Химия, 8–9 класс.

Получение кислорода

В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия при нагревании или разложением пероксида водорода в присутствии катализатора:

 

2KMnO4=tK2MnO4+MnO2+O2↑.

 

2h3O2=MnO22h3O+O2↑.

 

Собирают кислород вытеснением воды или вытеснением воздуха.

 

Рис. \(1\). Прибор для получения кислорода из перманганата калия

и собирания вытеснением воды

 

Рис. \(2\). Прибор для получения кислорода

из пероксида водорода и собирания

вытеснением воздуха

  

Обнаружить выделившийся кислород можно с помощью тлеющей лучинки. В сосуде с кислородом лучинка разгорается ярким пламенем.

Получение водорода

В лаборатории водород получают действием соляной или разбавленной серной кислоты на металлы (цинк, железо, алюминий).

 

Zn+2HCl=ZnCl2+h3↑,

 

Zn+h3SO4=ZnSO4+h3↑.

 

Собирают водород вытеснением воды или воздуха. Сосуд для водорода при вытеснении воздуха располагают дном вверх.

 

Рис. \(3\). Прибор для получения водорода

 и собирания вытеснением воздуха

 

Рис. \(4\). Прибор для получения водорода

 и собирания вытеснением воды

 

Доказать наличие водорода в пробирке можно, если поднести её к пламени спиртовки. Водород взрывается, и раздаётся характерный хлопок.

 

Рис. \(5\). Доказательство наличия водорода

Источники:

Рис. 1. Прибор для получения кислорода из перманганата калия и собирания вытеснением воды © ЯКласс

Рис. 2. Прибор для получения кислорода из пероксида водорода и собирания вытеснением воздуха © ЯКласс

Рис. 3. Прибор для получения водорода и собирания вытеснением воздуха © ЯКласс

Рис. 4. Прибор для получения водорода и собирания вытеснением воды © ЯКласс

Рис. 5. Доказательство наличия водорода © ЯКласс

Почему мы до сих пор не умеем делать воду — и как научиться ее беречь

Лето — разве не идеальное время, чтобы бросить побольше льда в лимонад, наполнить бассейн и почаще принимать долгий, освежающий душ? Если коротко — то нет.

На самом деле, когда мы все наслаждаемся прекрасной погодой, легко забыть о важности экономии воды. Но разве не было бы проще, если бы мы могли просто делать воду с нуля? В конце концов, сегодня мы можем изготавливать самые разнообразные вещи — от бриллиантов до бургеров.

Н-2-О нет!

Теоретически, сделать воду должно быть легко. Надо лишь взять два атома водорода и соединить с атомом кислорода — разве это может быть сложно? Оказывается, может — и даже очень.

Просто смешав водород с кислородом, воду вы не получите — для того, чтобы их соединить, нужна энергия. Проблема с добавлением в это уравнение энергии заключается в том, что масштабная химическая реакция легковоспламеняющегося водорода и кислорода (который как раз и поддерживает горение) может привести к довольно большому взрыву. Поэтому опасности в этой затее больше, чем пользы.

Если мы не можем просто сделать воду из ее атомов, есть ли другие способы ее создать? В последнее время ученые сосредотачиваются на получении воды из воздуха и использовании для этого влажности. К сожалению, большинство таких исследований находятся на ранних стадиях и проводятся в небольших масштабах. То есть, бороться с нехваткой воды и засухой таким образом сейчас, безусловно, нельзя.

Настоящая жажда

Однако засуха — не единственная причина, почему мы работаем над тем, чтобы научиться делать воду. Население Земли постоянно увеличивается — и спрос на воду также растет.

Кроме того, в мире до сих пор есть места, где нет доступа к чистой воде. Хотя около 71% поверхности Земли — это вода, большая ее часть — это соленая вода, то есть не питьевая. Лишь 2% воды на Земле является пресной и безопасной для питья, и более половины ее находится в полярных ледяных шапках, откуда мы не можем ее получить. В то же время много чистой, питьевой воды мы теряем просто потому, что воспринимаем ее как должное.

Нам так легко получить воду у себя дома и на работе, что мы забываем, что это ограниченный ресурс и однажды он, вполне вероятно, закончится. По всем этим причинам поиск новых способов создания воды становится все более актуальным.

Голубая планета №2?

Підпис до фото,

Можем ли мы добывать воду на других планетах?

Ученые заинтересованы не только в создании и сборе воды на Земле. На самом деле, их исследования распространяются на самые удаленные уголки космоса. Сейчас астронавты NASA полагаются на свою Систему восстановления воды (Water Recovery System) для переработки водорода и углекислого газа в космосе для получения воды (и метана). В космосе у них нет дождя и водоемов, которые есть здесь у нас, поэтому количество воды еще более ограничено. Было бы почти идеально, если бы мы могли брать воду из космоса — но насколько это реально?

В прошлом году ученые обнаружили доказательства наличия льда на так называемой темной стороне Луны. Ранее подобные образования льда находили и на других планетах, например на Меркурии. Не трудно представить, как сильно это взволновало научное сообщество. Возможность брать воду с Луны и других планет не только открывает водные ресурсы за пределами Земли, но также дает возможность дальнейшего исследования космоса.

Но лед — не единственный водный ресурс в космосе. На Марсе есть ряд возможных источников воды — нам просто нужно найти способ ее добычи. Например, воду можно было бы собирать из атмосферы, из почвы или даже добывать из полезных ископаемых — возможности бесконечны. К сожалению, наши технологии еще не настолько развиты.

А может, начать с того, чтобы беречь то, что имеем?

Поэтому, возможно, вода — это не столь ограниченный ресурс, как мы считали изначально. Но пока возможность получать воду в глобальном или даже планетарном масштабе все еще недоступна.

Так что же мы можем сделать для сохранения воды, которая уже есть? Самое главное — не воспринимать воду как должное. Вот пять полезных советов, которые помогут вам уменьшить количество потребляемой воды:

  • Не принимайте душ слишком долго. В жаркую погоду понятно желание принимать душ чаще. Однако, когда вы его принимаете, делайте это недолго, или даже замените долгий душ частично наполненной ванной.
  • Не оставляйте кран открытым, когда в этом нет необходимости. Чаще всего так происходит, когда вы чистите зубы или умываетесь — но подумайте, что вся эта вода просто стекает в канализацию!
  • Используйте стиральную или посудомоечную машины только с полной загрузкой. Одна полная загрузка экономит гораздо больше воды, чем две или три частичных.
  • Не поливайте газон и растения избыточно. А также поливайте их в прохладное время суток — например, вечером вода не испаряется на солнце, поэтому расходуется меньше.
  • Держите бутылку с водой в холодильнике, а не ждите, пока из крана потечет холодная.

В среднем человек использует около 9 000 литров воды в год — этого достаточно для наполнения двух бензиновых цистерн! Еще страшнее думать, что, по прогнозам, к 2025 году более 60% людей будут иметь ограниченный доступ к пресной воде.

Даже самая незначительная экономия воды может иметь огромное значение — если в ней будет участвовать большое количество людей.

Одиннадцатиклассник из Орла собрал водородный реактор

Ученик 11 класса из Орла Александр Черных, чтобы попасть в «Сириус» на «Большие вызовы», построил реактор для получения водородного топлива. Сейчас школьник в команде по направлению «Современная энергетика» решает задачу, поставленную Росатомом: разрабатывает макет атомной станции малой мощности для арктического региона.

Александр рассказал, что было самым трудным в создании водородного реактора и над чем его команда работает на «Больших вызовах».

– Как ты узнал о программе и с каким проектом участвовал в отборе? 

– Об этой образовательной программе в «Сириусе» мне рассказал учитель. Изначально я не очень хотел участвовать в отборе, сомневался в своих силах, но меня убедили попробовать. Затем я долго работал с научным руководителем из регионального центра «Созвездие Орла» (центр работает по модели «Сириуса», – прим. ред.), она поддерживала меня, помогала. Однако делал я практически все сам: искал и читал теорию, составлял схему и собирал установку. 

Мой проект заключался в создании и изучении работы реактора для получения водородного топлива. Хотя нужно сказать, что в результате работы реактора у меня выделялся не совсем водород, а гремучий газ, то есть смесь водорода и кислорода в соотношении 2 к 1. Для предотвращения опасных ситуаций я поставил в реактор пламегаситель, который не пропускал газ из горелки внутрь всей системы. 

В качестве топлива в установке используется вода. То есть, понимаете, вы можете получить чистое топливо из воды путем электролиза! 

– Что было самым трудным при создании реактора?

– Сложнее всего мне было работать с металлом, пришлось даже обращаться к людям с лазерными станками, чтобы вырезать детали. Но модель я просчитал и сделал сам: в основе ее лежат несколько разделенных пластин, похожих на конденсатор. Сейчас продолжаю работу над электронной начинкой, которая позволит прибору с минимальными затратами энергии разделять воду на водород и кислород. 

– Чем ты занимаешься на «Больших вызовах»?

– Я атомщик, изучаю работу атомной электростанции на Крайнем Севере. Мы с командой анализируем проблемы современных АЭС, читаем про известные аварии и варианты их предотвращения и разрабатываем системы безопасности, которые не потребляют электричество. 

– В чем заключается 

именно  твоя роль? 

– Я «разнорабочий», делаю самую разную работу. Но благодаря этому сейчас знаю о проекте намного больше, чем остальные. 

– Как будет выглядеть ваш финальный продукт? 

– Мы как раз думаем над этим. Скорее всего, напечатаем детали на 3D-принтере и постараемся сделать безопасный действующий макет малой атомной станции для Арктики.

Анастасия Ковалева, Высшая школа экономики

 

Великобритания перейдет на водород: Госэкономика: Экономика: Lenta.ru

Министр по делам бизнеса и энергетики Великобритании Кваси Квартенг заявил, что к 2030 году Великобритания планирует достичь пяти гигаватт «мощности производства водорода с низким содержанием углерода». Слова министра приводит телеканал CNBC.

Правительство Великобритании 17 августа опубликовало новую стратегию использования водорода, в которой говорится, что новая отрасль страны поможет создать до 100 тысяч рабочих мест. К 2050 году объем рынка будет оцениваться в 13 миллиардов фунтов стерлингов (17,88 миллиарда долларов). По словам министра Квартенга, увеличение производственной мощности водорода до пяти гигаватт позволит произвести его в количестве, эквивалентном количеству газа, потребляемому тремя миллионами домохозяйств каждый год. Кроме того, такая энергия будет более экологичной.

Материалы по теме

00:04 — 21 октября 2019

Нулевой выхлоп

Ведущие страны мира пересаживаются с нефти на водород. Почему Россия остается в стороне?

00:00 — 17 июня

Новое величие.

Россия может возглавить мировую энергетическую революцию. Что ей мешает?

Целевой показатель в пять гигаватт был включен в правительственный план так называемой «зеленой промышленной революции», опубликованный в ноябре 2020 года. Власти заявили, что к 2050 году от 20 до 35 процентов энергопотребления Великобритании может быть обеспечено водородом. В среднесрочной перспективе водородная экономика Великобритании может привлечь четыре миллиарда фунтов стерлингов инвестиций и создать более девяти тысяч рабочих мест к 2030 году.

Реакция на стратегию правительства в отношении водорода оказалась неоднозначной. Директор по политике Ассоциации возобновляемых источников энергии и чистых технологий Фрэнк Гордон заявил, что водородная стратегия британского правительства внесла «долгожданную ясность». По его мнению, стратегия предлагает позитивное видение роли водорода в достижении экологических амбиций Великобритании, которая стремится приблизить количество выбросов углерода к нулевому показателю.

Другое мнение высказал генеральный директор Ассоциации RenewableUK Дэн Макгрей. Он заявил, что стратегия недостаточно сфокусирована на развитии британской индустрии производства экологически чистого водорода. Макгрей также порекомендовал правительству внести изменения в планы и четко определить цели до климатического саммита COP26, который Великобритания готовится принять в ноябре.

Быстро к делу: водородный консорциум собрал ключевые органы управления

Развитие новой энергетики и, в частности, водородных технологий – один из приоритетов страны, сказал

Владимир Путин в послании к Федеральному Собранию. Как раз накануне прошло заседание наблюдательного совета Консорциума водородных технологий, и Томск на нем назвали «движком» повестки. Как договариваются наука и промышленность – в материале РИА Томск.  

«Нам нужны новые комплексные подходы к развитию энергетики, включая новые решения в области атомной генерации, в таких перспективных направлениях, как водородная энергетика и накопители энергии. Мы должны ответить на вызовы изменения климата», – сказал в послании Владимир Путин.​


© официальный сайт президента РФ

Скорость движения 

Ноябрь 2020 года – подписано соглашение о создании Консорциума водородных технологий. Инициаторы – Институт проблем химический физики РАН, Институт катализа СО РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Томский политехнический университет, Сахалинский госуниверситет, Самарский государственный технический университет. 

Декабрь 2020 года – в установочной сессии консорциума участвуют 84 компании, 5 регионов, 3 министерства. 

Март 2021 года – в Совет индустриальных компаний консорциума входят 20 промпартнеров. 

Апрель 2021 года – впервые заседают ключевые органы управления консорциума – координационный, наблюдательный и индустриальный советы. 

«По событиям, которые произошли с ноября, видна высокая скорость движения в развитии консорциума», – подчеркнул на заседании набсовета врио ректора Томского политеха, сопредседатель координационного совета
Андрей Яковлев. ​

 Заседание прошло за несколько дней до выступления президента Владимира Путина. 

По словами Яковлева, в этом году консорциум намерен сфокусироваться на выделении технологических барьеров в разных цепочках стоимости технологий водородной энергетики. А затем, через барьеры в технологиях, сформировать общую программу исследований. 

«В перспективе 2024 года мы хотим выйти на создание единой цифровой среды проектирования водородных комплексов, которая объединит ученых, инженеров и всех участников производственной цепочки.

В 2022 году – выйти на пилотные площадки в регионах вместе с компаниями. И запустить сетевую магистратуру, потому что ни один университет в мире не сможет в одиночку сделать на своей базе полную программу водородного образования», – сообщил врио ректора ТПУ. 


© РИА Томск. Павел Стефанский

«Консорциум – нейтральная площадка для сверки планов. Мы привыкли заводить ресурсы на одну организацию или работать в двойках «компания-наука». Нужно вместе освоить совместный протокол работы, такой формат работы поможет сэкономить время за счет целевого поиска знаний», – сказал Андрей Яковлев.​

Перспективы десятилетий 

«Сетевой», или «распределенный» – это принципиально важный способ организации любых начинаний. В ведущих странах мира ставка сделана именно на децентрализованную модель развития водородных исследований: центры распределены по регионам и имеют четкую специализацию. Их академический потенциал чаще всего связан с мощной химической и энергетической научной школой, а также инжинирингом. 

В Германии и Италии, например, по шесть исследовательских водородных центров, в США – семь, в Великобритании – четыре. 

В России таких центров формируется несколько. По словам специального представителя президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития, председателя наблюдательного совета консорциума Дмитрия Пескова, регионы уходят в глубокую специализацию, очевидные лидеры – это Сахалин и Санкт-Петербург.


© Валерий Доронин

По мнению экспертов, на водородной карте России одни регионы выступают как экспортно-ориентированные кластеры, другие – как доноры технологических решений. К последним относятся Самарская, Новосибирская, Томская область – полигонов для отработки технологий там нет, зато там есть очень сильная наука.

Так, Сахалин реализует сейчас пилотный проект по развитию водородного железнодорожного транспорта совместно с РЖД, «Росатомом». Вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса АО «Русатом Оверсиз» Антон Москвитин рассказал, что пилот на Сахалине запустили 1,5 года назад: 

«Мы проработали технологические и коммерческие аспекты, включая производство и эксплуатацию поездов, создание заправочной инфраструктуры, производство водорода. Надеемся, что это станет первым позитивным опытом эксплуатации экологичных транспортных технологий в России». 

Москвитин подчеркнул, что «Росатом» заинтересован в сотрудничестве с консорциумом: 

«На первом этапе (2021-2023 годы) планируем выступать в качестве технологического партнера и инвестора пилотных проектов. На втором (2024-2026) – в качестве полноценных самостоятельных девелоперов проектов с поставками первых образцов собственного оборудования. На третьем (2027+) – стать поставщиком водорода и конкурентоспособных водородных технологий, одним из мировых лидеров».

© пресс-служба Томского политехнического университета

Президент РАН Александр Сергеев рассказал: благодаря строящейся в Белоруссии АЭС (и, как следствие, появляющегося у соседей избытка энергии) возможна совместная реализация проекта по производству водорода и созданию автомобиля, работающего на литиевых аккумуляторах и водородных топливных элементах. 

Водородное направление так или иначе развивают все крупнейшие игроки сырьевого и производственного рынка России. Директор по технологическому развитию «Газпром нефти» Алексей Вашкевич рассказал, что их компания занимается производством водорода методом риформинга метана, получая 150 000 тонн в год на действующих производственных площадках. 

«Пока водород для нас – технологический агент, а не конечный продукт. В то же время в компании сформирована цепочка по улавливанию, транспортировке и геологическому захоронению СО2. В этой области мы видим себя как один из центров компетенций и готовы к экспертному сотрудничеству в рамках консорциума», – сказал Вашкевич. 

Дмитрий Песков отметил, что ключевая задача консорциума – это порядковое расширение количества игроков, компаний, корпораций, университетов, научных институтов, которые активно участвуют в формировании новых продуктовых линеек водородной тематики. 

​»Сейчас форма консорциума не очень приспособлена для использования соответствующего бюджетного финансирования. Планируется создать отдельную рабочую группу по снятию нормативно-правовых барьеров, которые препятствуют, в том числе, перераспределению финансовых средств между участниками консорциума», – сообщил он. ​

Правильные приоритеты 

Вице-губернатор Санкт-Петербурга Владимир Княгинин, в свою очередь, обратил внимание на необходимость четко выбирать приоритеты консорциума: 

«Андрею Александровичу (Яковлеву) большое спасибо – без его энергии, стремления и веры в водородную тематику вряд ли бы все случилось. Но, во-первых, нам срочно нужна экспертиза (чтобы не взяться в рамках консорциума за глупые проекты). Во-вторых, нам нужно международное сотрудничество прямо сейчас, чтобы обмениваться опытом. Неизвестно, прилетят ли с водородной тематикой «белые лебеди», но черные – точно могут, как минимум в химии и металлургии, возможно, в энергетике…

Третье – нам нужно дооформить профессиональную позицию по отношению к рынку, чтобы правильно «нацелить» ниокровскую часть. Пока мы обсуждаем водородную энергетику как рынок, копирующий рынок нефти и газа, в крайнем случае рынок угля. Но водород – это лишь часть энергетического баланса, он берет на себя, как правило, функцию накопления энергии.

Чтобы, например, широко применять водородные технологии в пассажирском транспорте, нам требуется по-другому сконфигурировать рынок. Здесь консорциум может сыграть свою роль, развивая  сеть напряженных контактов профессионалов. «Движок» Томской области позволяет разогнать ситуацию на всю страну», – подытожил Княгинин.


© пресс-служба Томского политехнического университета

Как сообщил заместитель министра промышленности и торговли Михаил Иванов, совместно с Минэнерго разработана концепция развития водородной энергетики, она может быть утверждена правительством в ближайшее время. 

Источник: https://www.riatomsk.ru/ 

Фото: пресс-служба ТПУ.


Быстро к делу: водородный консорциум собрал ключевые органы управления

ТОМСК, 22 апр – РИА Томск. Развитие новой энергетики и, в частности, водородных технологий – один из приоритетов страны, сказал Владимир Путин в послании к Федеральному Собранию. Как раз накануне прошло заседание наблюдательного совета Консорциума водородных технологий, и Томск на нем назвали «движком» повестки. Как договариваются наука и промышленность – в материале РИА Томск.

© официальный сайт президента РФ

«Нам нужны новые комплексные подходы к развитию энергетики, включая новые решения в области атомной генерации, в таких перспективных направлениях, как водородная энергетика и накопители энергии. Мы должны ответить на вызовы изменения климата», – сказал в послании Владимир Путин.

Скорость движения

Ноябрь 2020 года – подписано соглашение о создании Консорциума водородных технологий. Инициаторы – Институт проблем химический физики РАН, Институт катализа СО РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Томский политехнический университет, Сахалинский госуниверситет, Самарский государственный технический университет.

Декабрь 2020 года – в установочной сессии консорциума участвуют 84 компании, 5 регионов, 3 министерства.

Март 2021 года – в Совет индустриальных компаний консорциума входят 20 промпартнеров.

Апрель 2021 года – впервые заседают ключевые органы управления консорциума – координационный, наблюдательный и индустриальный советы.

«По событиям, которые произошли с ноября, видна высокая скорость движения в развитии консорциума», – подчеркнул на заседании набсовета врио ректора Томского политеха, сопредседатель координационного совета Андрей Яковлев. Заседание прошло за несколько дней до выступления президента Владимира Путина.

По словами Яковлева, в этом году консорциум намерен сфокусироваться на выделении технологических барьеров в разных цепочках стоимости технологий водородной энергетики. А затем, через барьеры в технологиях, сформировать общую программу исследований.

«В перспективе 2024 года мы хотим выйти на создание единой цифровой среды проектирования водородных комплексов, которая объединит ученых, инженеров и всех участников производственной цепочки.

В 2022 году – выйти на пилотные площадки в регионах вместе с компаниями. И запустить сетевую магистратуру, потому что ни один университет в мире не сможет в одиночку сделать на своей базе полную программу водородного образования», – сообщил врио ректора ТПУ.

© РИА Томск. Павел Стефанский

«Консорциум – нейтральная площадка для сверки планов. Мы привыкли заводить ресурсы на одну организацию или работать в двойках «компания-наука». Нужно вместе освоить совместный протокол работы, такой формат работы поможет сэкономить время за счет целевого поиска знаний», – сказал Андрей Яковлев.

Перспективы десятилетий

«Сетевой», или «распределенный» – это принципиально важный способ организации любых начинаний. В ведущих странах мира ставка сделана именно на децентрализованную модель развития водородных исследований: центры распределены по регионам и имеют четкую специализацию. Их академический потенциал чаще всего связан с мощной химической и энергетической научной школой, а также инжинирингом.

В Германии и Италии, например, по шесть исследовательских водородных центров, в США – семь, в Великобритании – четыре.

В России таких центров формируется несколько. По словам специального представителя президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития, председателя наблюдательного совета консорциума Дмитрия Пескова, регионы уходят в глубокую специализацию, очевидные лидеры – это Сахалин и Санкт-Петербург.

© Валерий Доронин

По мнению экспертов, на водородной карте России одни регионы выступают как экспортно-ориентированные кластеры, другие – как доноры технологических решений. К последним относятся Самарская, Новосибирская, Томская область – полигонов для отработки технологий там нет, зато там есть очень сильная наука.

Так, Сахалин реализует сейчас пилотный проект по развитию водородного железнодорожного транспорта совместно с РЖД, «Росатомом». Вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса АО «Русатом Оверсиз» Антон Москвитин рассказал, что пилот на Сахалине запустили 1,5 года назад:

«Мы проработали технологические и коммерческие аспекты, включая производство и эксплуатацию поездов, создание заправочной инфраструктуры, производство водорода. Надеемся, что это станет первым позитивным опытом эксплуатации экологичных транспортных технологий в России».

Москвитин подчеркнул, что «Росатом» заинтересован в сотрудничестве с консорциумом: «На первом этапе (2021-2023 годы) планируем выступать в качестве технологического партнера и инвестора пилотных проектов. На втором (2024-2026) – в качестве полноценных самостоятельных девелоперов проектов с поставками первых образцов собственного оборудования. На третьем (2027+) – стать поставщиком водорода и конкурентоспособных водородных технологий, одним из мировых лидеров».

© пресс-служба Томского политехнического университета

Президент РАН Александр Сергеев рассказал: благодаря строящейся в Белоруссии АЭС (и, как следствие, появляющегося у соседей избытка энергии) возможна совместная реализация проекта по производству водорода и созданию автомобиля, работающего на литиевых аккумуляторах и водородных топливных элементах.

Водородное направление так или иначе развивают все крупнейшие игроки сырьевого и производственного рынка России. Директор по технологическому развитию «Газпром нефти» Алексей Вашкевич рассказал, что их компания занимается производством водорода методом риформинга метана, получая 150 000 тонн в год на действующих производственных площадках.

«Пока водород для нас – технологический агент, а не конечный продукт. В то же время в компании сформирована цепочка по улавливанию, транспортировке и геологическому захоронению СО2. В этой области мы видим себя как один из центров компетенций и готовы к экспертному сотрудничеству в рамках консорциума», – сказал Вашкевич.

Дмитрий Песков отметил, что ключевая задача консорциума – это порядковое расширение количества игроков, компаний, корпораций, университетов, научных институтов, которые активно участвуют в формировании новых продуктовых линеек водородной тематики.

© РИА Томск. Елена Тайлашева «Сейчас форма консорциума не очень приспособлена для использования соответствующего бюджетного финансирования. Планируется создать отдельную рабочую группу по снятию нормативно-правовых барьеров, которые препятствуют, в том числе, перераспределению финансовых средств между участниками консорциума», – сообщил он.

Правильные приоритеты

Вице-губернатор Санкт-Петербурга Владимир Княгинин, в свою очередь, обратил внимание на необходимость четко выбирать приоритеты консорциума:

«Андрею Александровичу (Яковлеву) большое спасибо – без его энергии, стремления и веры в водородную тематику вряд ли бы все случилось. Но, во-первых, нам срочно нужна экспертиза (чтобы не взяться в рамках консорциума за глупые проекты). Во-вторых, нам нужно международное сотрудничество прямо сейчас, чтобы обмениваться опытом. Неизвестно, прилетят ли с водородной тематикой «белые лебеди», но черные – точно могут, как минимум в химии и металлургии, возможно, в энергетике…

Третье – нам нужно дооформить профессиональную позицию по отношению к рынку, чтобы правильно «нацелить» ниокровскую часть. Пока мы обсуждаем водородную энергетику как рынок, копирующий рынок нефти и газа, в крайнем случае рынок угля. Но водород – это лишь часть энергетического баланса, он берет на себя, как правило, функцию накопления энергии.

Чтобы, например, широко применять водородные технологии в пассажирском транспорте, нам требуется по-другому сконфигурировать рынок. Здесь консорциум может сыграть свою роль, развивая  сеть напряженных контактов профессионалов. «Движок» Томской области позволяет разогнать ситуацию на всю страну», – подытожил Княгинин.

© пресс-служба Томского политехнического университета

Как сообщил заместитель министра промышленности и торговли Михаил Иванов, совместно с Минэнерго разработана концепция развития водородной энергетики, она может быть утверждена правительством в ближайшее время.

Практическая работа «Получение водорода в лаборатории и изучение его свойств». 8-й класс

Место урока: 8 класс. Тема II: Кислород, водород, вода как растворитель.

Тип урока: практическая работа

Задачи:

  • Образовательная – совершенствовать экспериментальные умения — приемы работы с лабораторным оборудованием и веществами; умения наблюдать, делать выводы, оформлять результаты практической работы в тетради.
  • Развивающая – работа над развитием навыков умелого обращения с огнем, опасными веществами.
  • Воспитательная – расширение кругозора обучающихся, формирование уважения к истории науки.
  • Здоровьесберегающая – развитие представлений о здоровом образе жизни в блоках: «Химия в быту — безопасное поведение»

Планируемые результаты обучения:

  • Уметь работать с автоматическим прибором Кирюшкина для получения газов
  • Уметь собирать газ методом вытеснения воды
  • Уметь проверять горючий газ на чистоту
  • Уметь делать правильные выводы из наблюдаемых опытов и характеризовать свойства водорода

Оборудование:

  1. Мультимедийная презентация 2 (Microsoft Power Point)
  2. Спецодежда — халат
  3. Наполняемость лабораторного лотка для ученика (13 шт.)
    • лабораторный штатив с лапкой, держатель для пробирок, штатив для пробирок, ложка-дозатор, фильтровальная бумага
    • спиртовка, спички
    • автоматический прибор Кирюшкина для получения газов, 3 пробирки, кристаллизатор с водой
    • гранулы цинка, соляная кислота (разб.), оксид меди (II)
  4. Наполняемость лабораторного лотка для учителя:
    • лоток для ученика
    • тигельные щипцы, стакан, стеклянная пластинка, стеклянная палочка
    • «результаты» нарушений правил техники безопасности

Методы и приемы:

  • Словесные (рассказ учителя, беседа).
  • Наглядные (просмотр слайдов презентации; демонстрация приемов работы с лаборатор-ным оборудованием и веществами).
  • Самостоятельная отработка учеником экспериментальных умений.
  • Проблемно-поисковый.

Ход урока

(курсивом описаны действия учеников и учителя, особенности методики урока; обычным шрифтом – речь учителя)

I. Организационный момент (1 мин.)

отметить наличие халатов у всех учеников, проверить свободны ли от сумок проходы, убраны ли волосы у девочек. На столах оставить только ручки, калькуляторы и тетради.

II. Активизация знаний, необходимых для выполнения практической работы (13 мин.)

Слайд 1:

На этом уроке мы получим водород в лабораторных условиях. Это газообразное вещество; является взрывоопасным, если загрязнено воздухом, и поэтому требует к себе повышенного внимания.

Ученики одновременно с обсуждением расписываются в журнале техники безопасности.

Слайд 2:

Ознакомление с планом урока. I.

 

На предыдущем уроке была проведена подготовка учеников к данной практической работе (Презентация 1) и задано домашнее задание:

Слайд 3:

Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой

Вопросы:

  1. Какие исходные вещества будем использовать мы для получения водорода?
  2. Необходимо ли нагревать реакционную смесь?
  3. На что обратить внимание при записи наблюдений?
  4. Какой прибор будем использовать для получения водорода?
  5. Какими способами можно собрать водород, почему?

Слайд 4:

Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой

Вопросы:

  1. Как доказать наличие водорода в пробирке-приёмнике?
  2. Какая химическая реакция происходит при этом?
  3. На что обратить внимание при записи наблюдений в данном пункте работы?
  4. Что из себя представляет гремучий газ?

Просмотр двух видеороликов.

Если взрыв произойдет в стеклянном сосуде, то осколки могут поранить окружающих и экспериментатора.

При проверке водорода на чистоту сжигают небольшой его объем (около 15 мл).

Возможный микровзрыв к травме привести не может.

Правило ТБ: пока нет убежденности, что газ из прибора выделяется чистый, держать отверстие газоотводной трубки подальше от пламени спиртовки.

Слайд 5:

Демонстрация результатов нарушений правил ТБ: пробирка с растресканным дном

Правило ТБ: нагревать пробирку необходимо в том месте, где находится твердое вещество, а не выше – где воздух. От неравномерного нагрева пробирка треснет.

пробирка со следами соляной кислоты в смеси с оксидом меди (II)

Правило ТБ: при зарядке автоматического прибора соляной кислотой нужно следить, чтобы не перелить кислоту (max 2 мл), иначе избыток от экзотермичности и бурного течения процесса попадет в газоотводную трубку.

III. Демонстрация эксперимента учителем (7 мин.)

Слайд 6

Слово учителя с элементами беседы

1. Взять ложкой-дозатором небольшое количество черного порошка оксида меди (II), поместить в пробирку, оставить в штативе для пробирок до проведения опыта по изучению восстановительных свойств водорода.

2. Закрепить автоматический прибор для получения газов в лапке штатива. Зарядить прибор исходными веществами: 4-5 гранул цинка поместить на резиновый кружок, через воронку прилить соляную кислоту так, чтобы ее слой над цинком был не более 2 мл. Прибор закрыть максимально герметично.

3. Для проверки газа на чистоту, мне приходится приготовить спиртовку заранее. Вы работаете вдвоем и зажжете спиртовку после того, как наберете газ в пробирку- приемник.

Правила ТБ: работа со спиртовкой

а) прежде чем зажечь спиртовку, нужно проверить плотно ли диск прилегает к отверстию резервуара (иначе искра может попасть в резервуар и весь объем спирта воспламенится)
б) зажигать только спичкой (нельзя использовать зажигалку, другую спиртовку)
в) спичку класть в лоток следует, убедившись, что она затушена (демонстрация нарушения правил ТБ – прожженный лоток)
г) чтобы погасить пламя, ее следует закрыть колпачком (задувать нельзя)

Выделяющийся водород собрать методом вытеснения воздуха, держа пробирку-приёмник вверх дном. Проверить газ на чистоту: зажать отверстие пробирки пальцем и поднести пробирку к пламени спиртовки, открыть ее.

4. Затем выделяющийся водород собрать методом вытеснения воды: набрать полную пробирку воды, перевернуть ее в кристаллизаторе и подвести к отверстию газоотводную трубку. Когда пробирка-приемник полностью заполнится водородом, зажать отверстие пальцем под водой. Убедиться в чистоте газа.

5. Закрепить пробирку с оксидом меди (II) в держателе.

Правила ТБ: закрепление пробирки в держателе

а) пробирку закрепляют в верхней третьей части ближе к отверстию
б) пробирка не должна выпадать, но проворачиваться (иначе при нагревании стекло расширяется и пробирка может лопнуть)
в) чтобы вынуть пробирку из держателя, нужно ослабить зажим.

Прогреть пробирку на пламени спиртовки 2-3 раза, далее нагревать ее в верхней части пламени, в том месте, где находится оксид меди (II). Внести газоотводную трубку с выделяющимся водородом.

После окончания опыта дать пробирке остыть, затем поставить в штатив для пробирок.

6. Потушить спиртовку, перекрыть зажимом выделение водорода.

Основное правило ТБ: работать уверенными руками!

IV. Выполнение практической работы, оформление результатов, уборка рабочего места  (23 мин.)

Слайд 6

1. Ученики выполняют практическую работу самостоятельно. Учитель следит за правиль-ностью выполнения техники эксперимента и соблюдением правил ТБ.

2. Уборка рабочего места: после окончания опыта по изучению восстановительных свойств водорода:

1-й ученик: потушить спиртовку, дать пробирке-реактору остыть, затем поставить ее в штатив для пробирок.

2-й ученик: перекрыть выделение газа в автоматическом приборе, вынуть воронку, остатки цинка поместить на фильтровальную бумагу. Вынуть прибор из лапки штатива, слить отра-ботанный раствор в «СКЛЯНКУ ДЛЯ СЛИВА», сдать прибор учителю.

учитель: собирает лотки и кристаллизаторы с водой.

3. Демонстрационный опыт: изучение продукта реакции цинка с соляной киcлотой

 

Отработанный раствор слить в стакан и несколько капель с помощью стеклянной палочки перенести на стеклянную пластинку. Укрепить пластинку в тигельных щипцах и упарить раствор на пламени

Что наблюдается?

4. Оформить результаты эксперимента: сформулировать и записать наблюдения, вывод (что узнали про газообразное вещество водород на практической работе), сдать тетрадь.

Проведение урока (Фото-фильм)

Использованные электронные пособия:

  1. Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория. Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.
  2. Химия для всех XXI. Химические опыты со взрывами и без. Ахлебинин А.К. и др., 2006.

Оформление работы в тетради ученика:

Практическая работа 5: Получение водорода и изучение его свойств

1. Способ получения водорода – взаимодействие активных металлов с кислотами.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + Н2↑ + Q — при обычных условиях

Наблюдения:

  • реакция взаимодействия гранул цинка с соляной кислотой идет сначала медленно, затем очень бурно, пробирка разогревается
  • из газоотводной трубки выделяется бесцветный газ
  • при упаривании полученного раствора на стеклянной пластинке остается белый порошок

2. Приборы для получения и собирания водорода

 

Рис. Прибор для получения водорода – автоматический, который позволяет в любой момент остановить реакцию с помощью зажима (прибор Кирюшкина).

Собирание газа методом вытеснения воды – возможно, т.к. водород малорастворим в ней.

Рис. Собирание газа методом вытеснения воздуха – держа пробирку-приемник вверх дном, т.к.

– следовательно, водород легче воздуха                                             

3. Обнаружение водорода – проверка его на чистоту

 

Наблюдения:

  • при сжигании первой порции газа раздается резкий лающий звук
  • при сжигании второй порции газа слышен легкий хлопок Рисунок 5 «п-пах»

4. Свойство водорода – активный восстановитель

Наблюдения:

  • порошок меняет цвет с черного на медный
  • на стенках пробирки появляются бесцветные капельки жидкости

Вывод:

Одним из способов получения водорода в лаборатории является взаимодействие цинка с разб. соляной кислотой, при этом образуется соль (хлорид цинка) и водород. Водород – бесцветный газ, без запаха, малорастворим в воде, легче воздуха, в смеси с воздухом взрывоопасен, восстанавливает металлы из их оксидов.

Центр данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение водорода

Несмотря на то, что водород присутствует в большом количестве на Земле как элемент, он почти всегда присутствует в составе другого соединения, такого как вода (H 2 O) или метан (CH 4 ), и он должен быть разделен на чистый водород (H 2 ) для использования в электромобилях на топливных элементах. Водородное топливо соединяется с кислородом воздуха через топливный элемент, создавая электричество и воду в результате электрохимического процесса.

Производство

Водород можно производить из различных внутренних источников, включая ископаемое топливо, биомассу и электролиз воды с помощью электричества. Воздействие водорода на окружающую среду и энергоэффективность зависят от того, как он производится. Реализуется несколько проектов по снижению затрат, связанных с производством водорода.

Есть несколько способов производства водорода:

  • Риформинг / газификация природного газа: Синтез-газ — смесь водорода, монооксида углерода и небольшого количества диоксида углерода — образуется в результате реакции природного газа с высокотемпературным паром.Окись углерода реагирует с водой с образованием дополнительного водорода. Этот метод самый дешевый, эффективный и самый распространенный. На конверсию природного газа с использованием пара приходится большая часть водорода, ежегодно производимого в Соединенных Штатах.

    Синтез-газ также может быть создан путем реакции угля или биомассы с высокотемпературным паром и кислородом в газогенераторе под давлением. Это превращает уголь или биомассу в газообразные компоненты — процесс, называемый газификацией . Полученный синтез-газ содержит водород и монооксид углерода, который реагирует с водяным паром для отделения водорода.

  • Электролиз: Электрический ток расщепляет воду на водород и кислород. Если электричество производится из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, образующийся водород также будет считаться возобновляемым и имеет множество преимуществ по выбросам. Проекты по производству водорода из энергии набирают обороты с использованием избыточной возобновляемой электроэнергии, если таковая имеется, для производства водорода посредством электролиза.

  • Возобновляемый жидкий риформинг: Возобновляемое жидкое топливо, такое как этанол, реагирует с высокотемпературным паром с образованием водорода вблизи точки конечного использования.

  • Ферментация: Биомасса превращается в сырье, богатое сахаром, которое можно сбраживать для получения водорода.

Несколько методов производства водорода находятся в стадии разработки:

Основными производителями водорода являются Калифорния, Луизиана и Техас. Сегодня почти весь водород, производимый в Соединенных Штатах, используется для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и обработки пищевых продуктов.

Основной задачей производства водорода является снижение стоимости технологий производства, чтобы сделать получаемый водород конкурентоспособным по стоимости по сравнению с обычным транспортным топливом.Государственные и промышленные научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты снижают стоимость, а также снижают воздействие на окружающую среду технологий производства водорода. Узнайте больше о производстве водорода в Управлении технологий производства водорода и топливных элементов.

Распределение

Большая часть водорода, используемого в Соединенных Штатах, производится там или поблизости от того места, где он используется, обычно на крупных промышленных предприятиях. Инфраструктура, необходимая для распределения водорода по общенациональной сети заправочных станций, необходимых для повсеместного использования электромобилей на топливных элементах, все еще нуждается в развитии.Первоначальное развертывание транспортных средств и станций сосредоточено на построении этих распределительных сетей, в первую очередь в южной и северной Калифорнии.

В настоящее время водород распределяется тремя способами:

  • Трубопровод: Это наименее затратный способ доставки больших объемов водорода, но его мощность ограничена, поскольку в настоящее время в Соединенных Штатах имеется всего около 1600 миль трубопроводов для доставки водорода. Эти трубопроводы расположены недалеко от крупных нефтеперерабатывающих и химических заводов в Иллинойсе, Калифорнии и на побережье Мексиканского залива.

  • Трубчатые прицепы высокого давления: Транспортировка сжатого водородного газа грузовиком, железнодорожным вагоном, кораблем или баржей в трубчатых прицепах высокого давления является дорогостоящей и используется в основном на расстояния до 200 миль или меньше.

  • Цистерны для сжиженного водорода: Криогенное сжижение — это процесс, при котором водород охлаждается до температуры, при которой он становится жидкостью. Хотя процесс сжижения является дорогостоящим, он позволяет транспортировать водород более эффективно (по сравнению с трубными прицепами высокого давления) на большие расстояния грузовиком, железнодорожным вагоном, кораблем или баржей.Если сжиженный водород не используется с достаточно высокой скоростью в точке потребления, он выкипает (или испаряется) из резервуаров для хранения. В результате необходимо тщательно согласовывать скорости доставки и потребления водорода.

Создание инфраструктуры для распределения и доставки водорода на тысячи будущих заправочных станций представляет собой множество проблем. Поскольку водород содержит меньше энергии на единицу объема, чем все другие виды топлива, его транспортировка, хранение и доставка к месту конечного использования обходятся дороже в пересчете на один галлон бензина.Строительство новой сети водородных трубопроводов связано с высокими начальными капитальными затратами, а свойства водорода создают уникальные проблемы для материалов трубопроводов и конструкции компрессора. Однако, поскольку водород можно производить из самых разных ресурсов, региональное или даже местное производство водорода может максимально использовать местные ресурсы и минимизировать проблемы с распределением.

Необходимо учитывать компромисс между централизованным и распределенным производством. Производство водорода централизованно на крупных заводах снижает производственные затраты, но увеличивает затраты на сбыт.Производство водорода в точке конечного использования — например, на заправочных станциях — снижает затраты на сбыт, но увеличивает производственные затраты из-за затрат на создание производственных мощностей на месте.

Государственные и промышленные научно-исследовательские проекты преодолевают препятствия на пути к эффективному распределению водорода. Узнайте больше о распределении водорода в Управлении технологий водорода и топливных элементов.

Производство водорода: электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом.Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа материала электролита и ионных частиц, которые он проводит.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с мембраной с полимерным электролитом (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластик.

  • Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
  • Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через PEM к катоду.
  • На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода. Анодная реакция: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e Катодная реакция: 4H + + 4e → 2H 2

Электролизеры щелочные

Щелочные электролизеры работают за счет переноса гидроксид-ионов (OH ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на катодной стороне.Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, коммерчески доступны в течение многих лет. Новые подходы, использующие твердые щелочно-обменные мембраны (AEM) в качестве электролита, перспективны в лабораторных условиях.

Электролизеры на твердом оксиде

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, который избирательно проводит отрицательно заряженные ионы кислорода (O 2-) при повышенных температурах, генерируют водород несколько иначе.

  • Пар у катода объединяется с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
  • Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешнего контура.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких для нормального функционирования твердооксидных мембран (около 700–800 ° C, по сравнению с электролизерами из ПЭМ, которые работают при 70–90 ° C, и промышленными щелочными электролизерами, которые обычно работать при температуре ниже 100 ° C).Усовершенствованные лабораторные твердооксидные электролизеры на основе протонпроводящих керамических электролитов обещают снизить рабочую температуру до 500–600 ° C. Электролизеры на твердом оксиде могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Электролиз — это ведущий способ производства водорода для достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за 1 килограмм за 1 десятилетие («11 11»).Водород, произведенный посредством электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от источника используемой электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая ее стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке выгод и экономической целесообразности производства водорода посредством электролиза. Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выделяемых парниковых газов и количества топлива, необходимого из-за низкой эффективности процесса производства электроэнергии.Производство водорода посредством электролиза используется для возобновляемых источников энергии (ветровой, солнечной, гидро-, геотермальной) и ядерной энергии. Эти способы производства водорода приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ; тем не менее, необходимо значительно снизить производственные затраты, чтобы быть конкурентоспособными с более зрелыми углеродными технологиями, такими как риформинг природного газа.

Потенциал для синергизма с производством электроэнергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может открыть возможности для синергизма с динамическим и прерывистым производством электроэнергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемой энергетики.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать доступность ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во время избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить …

  • Сегодняшняя электросеть не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, потому что большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Производство электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо в качестве растущей части структуры сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода посредством электролиза.
  • Министерство энергетики США и другие продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии на основе возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива с улавливанием, использованием и хранением углерода. Например, производство ветровой электроэнергии быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на преодоление трудностей

  • Достижение целевого показателя затрат на чистый водород Hydrogen Shot в размере 1 долл. США / кг H 2 к 2030 г. (и промежуточного целевого показателя в 2 долл. США / кг H 2 к 2025 г.) за счет лучшего понимания компромиссов производительности, стоимости и долговечности электролизера системы в прогнозируемых будущих динамических режимах работы, использующие электроэнергию без CO 2 .
  • Уменьшение капитальных затрат на электролизер и баланс системы.
  • Повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород в широком диапазоне рабочих условий.
  • Повышение уровня понимания процессов деградации ячеек электролизера и батареи и разработка стратегий смягчения последствий для увеличения срока эксплуатации.

Производство, сбор и проверка газов | Эксперимент

Газы создают особую опасность, поэтому при их приготовлении, сборе или испытании необходимо проявлять особую осторожность.

То, как следует использовать газ, будет отличаться от эксперимента к эксперименту — важно внимательно прочитать конкретные инструкции, данные или упомянутые в экспериментальной методике, а также любые сопутствующие технические примечания. Это особенно важно, если нужно осушить газ.

Газы можно собирать восходящей или нисходящей подачей или над водой. См. Конкретную информацию по каждому газу ниже.

Общая подготовка газа

На схеме ниже показан типичный набор аппаратов, которые можно использовать для приготовления ряда газов.

Показать в полноэкранном режиме

Методы сбора газа

На схемах ниже показаны три различных метода сбора газа.

Показать в полноэкранном режиме

Подготовка специальных газов

Используйте соответствующие средства защиты глаз. Приведенных ниже количеств достаточно для производства 1 литра (1 дм 3 ) каждого из названных газов.

Двуокись углерода, CO

2

Медленно добавьте 42 см 3 2 М соляной кислоты (РАЗДРАЖАЮЩЕЕ) к избытку мраморной крошки.Соберите газ путем подачи вниз или над водой (слаборастворимой).

См. Карты опасностей CLEAPSS HC020a и HC047a, а также книгу рецептов CLEAPSS RB021.

Водород, H

2

Медленно добавьте 28 см 3 3 М соляной кислоты (КОРРОЗИОННОЕ) к избытку гранул цинка и 1 г гидратированного сульфата меди (ВРЕДНО). Соберите газ путем подачи снизу вверх или над водой.

См. Карты опасностей CLEAPSS HC048, HC047a, HC107 и HC027c, а также книгу рецептов CLEAPSS RB044.

Газообразный водород ЧРЕЗВЫЧАЙНО ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ — убедитесь в отсутствии открытого огня.

Кислород, O

2

Медленно добавьте 50 см 3 20 объемов перекиси водорода (РАЗДРАЖАЮЩИЙ) к порошку оксида марганца (IV) (ВРЕДНО). Соберите газ над водой.

См. CLEAPSS Hazcard HC069, HC050 и HC060, а также книгу рецептов CLEAPSS RB064.

Кислород — ОКИСЛИТЕЛЬ.

Хлор, Cl 2

Работа в вытяжном шкафу.Метод 2 безопаснее и рекомендуется, но медленнее.

Метод 1

Добавьте 14 см 3 концентрированной соляной кислоты (КОРРОЗИОННОЕ) минимум к 3 г манганата калия (VII) (ОКИСЛЯЮЩИЙ, ВРЕДНЫЙ и ОПАСНЫЙ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ).

Еще раз проверьте, является ли кислота соляной, а НЕ серной. См. Карты опасностей CLEAPSS HC022a, HC047a и HC081, а также книгу рецептов CLEAPSS RB024.

Метод 2

Добавьте 5 M соляную кислоту (РАЗДРАЖАЮЩИЙ) на 30 см. 3 недавно приобретенного (10–14% доступного хлора) раствора хлората натрия (I) (КОРРОЗИОННОЕ) при большом перемешивании.Обратите внимание, что хлорат натрия (I) доступен только в виде раствора, который часто называют «гипохлоритом натрия»; его не следует путать с хлоратом натрия (V) (иногда называемым просто «хлоратом натрия»), который представляет собой белое кристаллическое твердое вещество. Школьные образцы часто реагируют слишком медленно из-за использования старого хлората натрия (I). В нем будет менее 10% доступного хлора (что относится к обоим методам). См. Карты опасностей CLEAPSS HC022a, HC047a и HC089, а также книгу рецептов CLEAPSS RB024.

Показать в полноэкранном режиме

Соберите газ нисходящей подачей.Хлор классифицируется как ТОКСИЧНЫЙ, РАЗДРАЖАТЕЛЬНЫЙ и ОПАСНЫЙ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Сжигание водорода на воздухе | Эксперимент

Это практическое применение может быть использовано для представления идеи о том, что относительные количества топлива и кислорода (из воздуха) важны при сгорании, и что существует оптимальное соотношение, в котором два вещества реагируют. Это приводит к идее химических уравнений.

В случае классного эксперимента, когда ученики сами производят водород под строгим контролем, все генераторы водорода должны быть собраны после того, как пробирки будут заполнены и до того, как будет зажжено какое-либо пламя, чтобы предотвратить возможность случайного или преднамеренного воспламенения. водород в генераторе.В прошлом это приводило к ряду несчастных случаев. В качестве альтернативы пробирки могут быть заполнены водородом заранее или под наблюдением студентов из постоянного баллона.

Время проведения демонстрации должно составлять около пяти минут. Для классного эксперимента потребуется больше времени (20–30 минут).

Оборудование

Аппарат

За одну демонстрацию
  • Защита глаз
  • Желоб из стекла или пластика
  • Пробирки, 3 шт.
  • Штатив для пробирок
  • Напорная трубка для сбора газа над водой (см. Схему ниже)
  • Резиновые заглушки для пробирок, 3 шт.
  • Водонепроницаемый маркер
  • Шины деревянные
  • Бобышка, зажим и подставка
Для студенческих экспериментов
  • Средства защиты глаз
  • Колба коническая, 100 см 3
  • Заглушка с одним отверстием для колбы
  • Напорная трубка для сбора газа над водой (см. Схему ниже)
  • Желоб для сбора газа из стекла или пластика
  • Измерительный цилиндр, 50 см 3
  • Пробирки, 3 шт.
  • Резиновые заглушки для пробирок, 3 шт.
  • Штатив для пробирок
  • Водонепроницаемый маркер
  • Шины деревянные
  • Бобышка, зажим и стойка для реторты
  • Доступ к вытяжному шкафу для хранения генераторов водорода после использования

Химическая промышленность

За одну демонстрацию
Для опытов студентов
  • Соляная кислота, 2 M (РАЗДРАЖАЮЩИЙ), 50 см 3
  • Цинк гранулированный, 4–5 г
  • Раствор сульфата меди (II), около 0.5 М (МИНИМАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ), несколько капель

Примечания по безопасности, охране труда и технике

  • Прочтите наше стандартное руководство по охране труда и технике безопасности.
  • Во всем пользоваться защитными очками.
  • Водород, H 2 (г), (ЧРЕЗВЫЧАЙНО ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ) — см. CLEAPSS Hazcard HC048.
  • Разбавленная соляная кислота, HCl (водн.), (РАЗДРАЖАЮЩИЙ в используемой концентрации) — см. CLEAPSS Hazcard HC047a и CLEAPSS Recipe Book RB043. Общий объем водорода, который может быть произведен с использованием данных количеств (избыток цинка), составляет немногим более 1000 см 3 .
  • Цинк, Zn (s) — см. CLEAPSS Hazcard HC107. Скорость производства водорода будет зависеть от площади поверхности гранул цинка. Избегайте больших комков и проведите пробный запуск перед занятием, чтобы убедиться, что объем и скорость производства водорода достаточны для заполнения трех пробирок до отмеченного объема после того, как воздух будет выпущен из устройства. Соответственно отрегулируйте количество гранул цинка и / или кислоты.
  • Раствор сульфата меди (II), CuSO 4 (водный), (МИНИМАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ при используемой концентрации) — см. CLEAPSS Hazcard HC027c и книгу рецептов CLEAPSS RB031.Сульфат меди вступает в реакцию с цинком, образуя отложение металлической меди на цинке. Это действует как катализатор, ускоряя производство водорода. В центре должна быть одна капля раствора.
Показать полноэкранный режим

Процедура

Демонстрация учителей
  1. Отметьте три пробирки водонепроницаемой ручкой на четверть, половину и три четверти полной отметки соответственно.
  2. Наполните кювету водой и погрузите в нее пробирки, чтобы они наполнились водой.Поставьте резиновые пробки на дно лотка так, чтобы пробирки можно было надвинуть на них вниз, когда они наполнены, чтобы запечатать их.
  3. Подсоедините источник водорода к подающей трубке. Зажмите наполненную водой пробирку над желобом так, чтобы ее конец был хорошо погружен в воду. Отрегулируйте поток водорода так, чтобы пробирку можно было легко наполнить до заданной отметки. Дайте газу выйти в течение минуты или двух, чтобы удалить весь воздух из системы. Если в водороде мало или совсем нет воздуха, тогда полная пробирка должна загореться без хлопка и гореть тихо.(Добавление нескольких сантиметров магниевой ленты с цинком ускоряет выделение газа и помогает быстрее вымывать воздух.)
  4. Заполните каждую из отмеченных пробирок до отметки, удерживая ее вертикально над концом трубки подачи. Затем переместите его в сторону и медленно поднимите, пока воздух не войдет в трубку и не заполнит ее. Немедленно прижмите заполненную пробирку к пробке, закройте ее и поместите в штатив. Повторите то же самое с оставшимися пробирками.
  5. Зажигают газовую смесь в каждой из трубок по очереди либо с помощью светящейся шины, либо удерживая каждую трубку вверх дном, прежде чем снимать пробку, а затем ненадолго пропустить горлышко трубки через пламя Бунзена.Смеси должны загореться с взрывными «хлопками» различной интенсивности.

Студенческие эксперименты
  1. Отметьте три пробирки водонепроницаемой ручкой на четверть, половину и три четверти полной отметки соответственно.
  2. Наполните кювету водой и погрузите в нее пробирки, чтобы они наполнились водой. Поставьте резиновые пробки на дно лотка так, чтобы пробирки можно было надвинуть на них вниз, когда они будут заполнены, чтобы запечатать их.
  3. Поместите гранулы цинка в колбу, свободно установите пробку, несущую трубку подачи, и зажмите колбу так, чтобы конец трубки подачи находился значительно ниже поверхности воды в желобе.
  4. Отмерьте 50 см 3 подаваемой разбавленной соляной кислоты, снимите подающую трубку и добавьте кислоту к гранулам цинка в колбе. Добавьте несколько (5–10) капель раствора медного купороса. Вращайте, чтобы перемешать, и снова подсоедините трубку подачи.
  5. Позвольте потоку пузырьков водорода из подающей трубки уйти в течение минуты или двух, чтобы удалить весь воздух из колбы.
  6. Заполните одну из пробирок с водой до отметки водородом, удерживая ее вертикально горлом под водой над концом трубки подачи. Затем переместите его в сторону и медленно поднимите, пока воздух не войдет в трубку и не заполнит ее. Немедленно прижмите заполненную пробирку к погруженной в воду пробке, чтобы закрыть ее и поместить в штатив. Повторите то же самое с двумя другими пробирками.
Важно

Перед тем, как перейти к следующему этапу, переместите все устройства для производства водорода в безопасное место.

  1. Зажигают газовую смесь в каждой из трубок по очереди либо с помощью светящейся шины, либо удерживая каждую трубку вверх дном перед тем, как снять пробку, а затем ненадолго пропустить горлышко трубки через пламя Бунзена. Смеси должны загореться с взрывными «хлопками» различной интенсивности.

Учебные заметки

Происходящая реакция — сгорание водорода с образованием воды:

2H 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (г), ΔH = –484 кДж моль –1

Выделяемая энергия проявляется в виде тепла, света, звука и кинетической энергии, как в двигателе внутреннего сгорания.Смеси воздуха и горючих газов обычно имеют довольно узкие пределы взрываемости, но смеси водорода с воздухом взрывоопасны в гораздо более широком диапазоне (4–77 мол.% Водорода).

Наилучший эффект «взрыва» обычно достигается при использовании смеси, содержащей 20–40% по объему водорода. Можно указать повседневные примеры потребности в достаточном количестве воздуха для эффективного сгорания, например горелки Бунзена, бытовые газовые приборы и двигатели внутреннего сгорания.

Учитывая формулу для воды H 2 O, идеальное объемное соотношение водорода и кислорода для полного сгорания может быть рассмотрено классом с учетом закона Авогадро.Используя это соотношение и объемный состав воздуха, можно рассчитать объем воздуха, необходимый для полного сгорания водорода, и сравнить его с результатами класса.

Дополнительная информация

Это ресурс из проекта «Практическая химия», разработанного Фондом Наффилда и Королевским химическим обществом. Этот сборник из более чем 200 практических занятий демонстрирует широкий спектр химических концепций и процессов. Каждое упражнение содержит исчерпывающую информацию для учителей и технических специалистов, включая полные технические примечания и пошаговые инструкции.Практическая химия сопровождает практическую физику и практическую биологию.

© Фонд Наффилда и Королевское химическое общество

Проверено на здоровье и безопасность, 2016

Производство водорода — Управление энергетической информации США (EIA)

Как производится водород?

Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, в которых он находится. Есть много различных источников водорода и способов его производства для использования в качестве топлива.Двумя наиболее распространенными методами производства водорода являются паровой конверсии метана и электролиз (разделение воды на электричество. Исследователи изучают другие методы.

Процессы производства водорода

Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Производство водорода (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Паровой риформинг метана — широко используемый метод получения коммерческого водорода.

Паровой риформинг метана составляет почти весь коммерчески производимый водород в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.

Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз, который можно назвать биометаном , является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.

Электролиз использует электричество

Электролиз — это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Электролиз обычно используется для демонстрации химических реакций и производства водорода на уроках естественных наук в средней школе. В крупном промышленном масштабе процесс может называться power-to-gas , где power — электричество, а водород — газ .Сам по себе электролиз не производит никаких побочных продуктов или выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из возобновляемых источников, таких как гидро-, солнечная или ветровая энергия. Если электричество для электролиза производится из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) или сжигания биомассы, то соответствующее воздействие на окружающую среду и выбросы углекислого газа косвенно связаны с электролизом.

Другие способы получения водорода

  • Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
  • Преобразование биомассы в газ или жидкость и отделение водорода
  • Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды

Категории водорода

Производители водорода, продавцы, государственные учреждения и другие организации могут классифицировать или определять водород в соответствии с источниками энергии для его производства.Например, водород, произведенный с использованием возобновляемых источников энергии, может называться возобновляемым водородом или зеленым водородом . Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом , а водород, полученный из природного газа или нефти, может называться серым водородом . Производство коричневого или серого водорода в сочетании с улавливанием и хранением / секвестрацией углерода может обозначаться как синий водород .

Последнее обновление: 7 января 2021 г.

Производство и доставка водорода | Водород и топливные элементы | Водородные и топливные элементы

Исследователи из NREL разрабатывают передовые процессы для экономичного производства водорода. из устойчивых ресурсов.

Узнайте, как NREL развивает и продвигает ряд путей к возобновляемому водороду производство. Текстовая версия

Биологическое расщепление воды

Некоторые фотосинтетические микробы используют световую энергию для производства водорода из воды в виде часть их метаболических процессов.Поскольку кислород образуется вместе с водородом, Фотобиологическая технология производства водорода должна преодолевать присущую ему чувствительность к кислороду. ферментативных систем, выделяющих водород. Исследователи NREL решают эту проблему с помощью скрининг на естественные организмы, которые более устойчивы к кислороду и создание новых генетических форм организмов, способных поддерживать производство водорода в наличие кислорода.Исследователи также разрабатывают новую систему, в которой используется метаболический переключение (лишение серы) на цикл клеток водорослей между фотосинтетическим ростом фаза и фаза производства водорода.

Контактное лицо: Мария Гирарди

Ферментация

Ученые NREL разрабатывают технологии предварительной обработки для преобразования лигноцеллюлозного биомасса в сырье, богатое сахаром, которое может быть непосредственно ферментировано для получения водорода, этанол и ценные химикаты.Исследователи также работают над определением консорциума. Clostridium, которые могут непосредственно сбраживать гемицеллюлозу до водорода. Другое исследование области включают в себя биоразведку эффективных целлюлолитических микробов, таких как Clostridium thermocellum, который может сбраживать кристаллическую целлюлозу непосредственно до водорода, чтобы снизить затраты на сырье. После идентификации модельной целлюлолитической бактерии ее потенциал для генетических манипуляций, включая чувствительность к антибиотикам и простоту генетического трансформация, будет определена.Будущие проекты ферментации NREL будут сосредоточены на по разработке стратегий для создания мутантов, которые селективно блокируются от производства отработанные кислоты и растворители для максимального увеличения выхода водорода.

Контактное лицо: Пин-Чинг Манесс

Конверсия биомассы и отходов

Водород можно производить путем пиролиза или газификации ресурсов биомассы, таких как сельскохозяйственные остатки, такие как скорлупа арахиса; бытовые отходы, включая пластмассы и отходы смазка; или биомасса, специально выращенная для использования в энергии.Пиролиз биомассы производит жидкий продукт (био-масло), содержащий широкий спектр компонентов, которые могут быть разделены на ценные химические вещества и топливо, включая водород. Исследователи NREL в настоящее время сосредоточены на производстве водорода путем каталитического риформинга пиролиза биомассы продукты. Конкретные области исследований включают реформирование потоков пиролиза и разработку и испытание псевдоожижаемых катализаторов.

Контактное лицо: Ричард Френч

Фотоэлектрохимическое расщепление воды

Самый чистый способ производства водорода — использование солнечного света для прямого разделения воды. в водород и кислород.Технология многопереходных ячеек, разработанная фотоэлектрическими промышленность используется для фотоэлектрохимических (PEC) систем сбора света, которые генерируют достаточное напряжение для разделения воды и стабильны в среде вода / электролит. Разработанная NREL система PEC производит водород из солнечного света без дополнительных затрат. и усложнение электролизеров, при КПД преобразования солнечной энергии в водород На 12,4% ниже теплотворная способность при использовании отраженного света.Ведутся исследования, чтобы выявить больше эффективные, недорогие материалы и системы, долговечные и устойчивые к коррозии в водной среде.

Контактное лицо: Джон Тернер или Тодд Дойч

Солнечная система термоделирования воды

Исследователи NREL используют реактор High-Flux Solar Furnace, чтобы концентрировать солнечную энергию и генерировать температуры от 1000 до 2000. градусов Цельсия.Для термохимической реакции требуются сверхвысокие температуры. циклы для производства водорода. Такой высокотемпературный, высокопоточный, термохимический процессы предлагают новый подход к экологически безопасному производству водорода. Очень высокие скорости реакции при таких повышенных температурах вызывают очень быструю реакцию. скорости, которые значительно увеличивают производительность и более чем компенсируют прерывистый характер солнечного ресурса.

Контактное лицо: Джуди Неттер

Возобновляемый электролиз

Возобновляемые источники энергии, такие как фотоэлектрическая энергия, ветер, биомасса, гидро- и геотермальная энергия. может обеспечить нашу страну чистой и устойчивой электроэнергией. Однако возобновляемая энергия источники естественным образом изменчивы, требуют накопления энергии или гибридной системы для размещения суточные и сезонные изменения.Одно из решений — производить водород путем электролиза — расщепления с помощью электрического тока — воды и использовать этот водород в топливном элементе для производства электричество в периоды низкого производства электроэнергии или пикового спроса, или для использования водорода в транспортных средствах на топливных элементах.

Исследователи из Центра интеграции энергетических систем NREL и Центра испытаний и исследований водородной инфраструктуры изучают вопросы, связанные с использованием возобновляемых источников энергии для производства водород путем электролиза воды.NREL тестирует интегрированные системы электролиза и исследует варианты дизайна для снижения капитальных затрат и повышения производительности.

Узнайте больше об исследованиях электролиза возобновляемых источников энергии NREL.

Контактное лицо: Кевин Харрисон

Надежность шланга дозатора водорода

С акцентом на снижение затрат и повышение надежности и безопасности, NREL выполняет ускоренное тестирование и циклическое тестирование шлангов для подачи водорода на 700 бар на предприятии по интеграции энергетических систем с использованием автоматизированной робототехники для моделирования полевых условий.Посмотрите видео с роботом, который имитирует повторяющееся напряжение человека, сгибающегося и скручивающегося. шланг для подачи водорода в бортовой накопительный бак транспортного средства на топливных элементах. Исследователи проводить механические, термические испытания и испытания под давлением для новых и бывших в употреблении систем подачи водорода шланги. Материал шланга анализируется для выявления проникновения водорода, охрупчивания, и зарождение / распространение трещины.

Контактное лицо: Кевин Харрисон

Анализ путей производства и доставки водорода

NREL выполняет анализ на системном уровне в различных областях устойчивого производства водорода. и пути доставки.Эти усилия сосредоточены на определении улучшений статуса, в результате от технологических достижений, стоимости как функции объема производства и потенциала для снижения затрат. Результаты помогают выявить препятствия на пути к успеху этих путей. основные факторы затрат и остающиеся проблемы НИОКР. Разработанные NREL тематические исследования по анализу водорода обеспечивают прозрачные прогнозы текущих и будущих затрат на производство водорода. Узнайте больше о работе NREL по системному анализу.

Контактное лицо: Женевьева Заур

Сеть энергетических материалов HydroGEN

NREL служит ведущей лабораторией консорциума HydroGEN Energy Materials Network (EMN).

Последние публикации

Прямое преобразование солнечной энергии в водород с помощью инвертированного метаморфического многопереходного полупроводника Архитектуры, Nature Energy (2017)

Замечательная стабильность немодифицированных фотокатодов GaAs при выделении водорода в Кислотный электролит, Журнал химии материалов A (2016)

Эффективность преобразования солнечной энергии в водород: яркий свет на производительность фотоэлектрохимических устройств, Энергетика и экология (2016)

Обратимая пассивация поверхности GaInP2 за счет адсорбции воды: модельная система для зависимости от окружающей среды Фотолюминесценция, Журнал физической химии C (2016)

CO2-фиксирующий метаболизм одного углерода в разрушающей целлюлозу бактерии Clostridium thermocellum, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016)

Путь фосфокетолазы способствует метаболизму углерода у цианобактерий, Nature Plants (2016)

Контакт

Huyen Dinh

Электронная почта
303-275-3605

Производство водородного топлива из влажного воздуха — ScienceDaily

Одним из самых больших препятствий на пути широкого использования водородного топлива является эффективное и чистое производство водорода.Теперь исследователи сообщают в журнале ACS Nano о новом способе именно этого. Они включили фотокатализатор во влагопоглощающую полупроводниковую краску, которая может выделять водород из воды в воздухе при воздействии солнечного света. Разработка может позволить производить водородное топливо практически в любом месте.

Традиционно водород, предназначенный для промышленного использования, получают из ископаемого топлива. Но при таком подходе образуются побочные продукты углерода и другие загрязнители. В поисках более чистого источника исследователи обратились к воде как к источнику водорода.Современные методы разделения воды сосредоточены на ее жидкой форме и, следовательно, требуют жидких электролитов, что приводит к высокой стоимости, неэффективности и другим техническим проблемам. Эти недостатки можно преодолеть, используя воду в газовой фазе, но эта стратегия была изучена лишь в нескольких исследованиях. Итак, Торбен Даенеке, Курош Калантар-заде и его коллеги решили заполнить эту пустоту.

Используя простой масштабируемый метод, исследователи разработали фотокатализатор для получения водорода из водяного пара с использованием высокопористого, богатого серой сульфида молибдена.Компаунд относится к классу материалов с высокой проводимостью, ранее признанных эффективными катализаторами расщепления воды в жидкости. Испытания показали, что сульфид сильно поглощает влагу из воздуха. Затем, объединив сульфид с наночастицами диоксида титана, исследователи создали чернила, которые можно наносить на такие поверхности, как стекло. Пленки, напечатанные чернилами, производили водород без электролитов или внешних источников энергии с относительно высокой скоростью. Поглощающую влагу фотокаталитическую краску можно наносить на любую поверхность, например, на фасады зданий, что открывает новую возможность производства водородного топлива практически в любом месте.

История Источник:

Материалы предоставлены Американским химическим обществом .

Вам может понравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.