水的分解——化学反应笔记
我们可能会发现日常生活中最常见的水其实是一种隐藏的能源,因为它可以分解成氢气和氧气,在混合燃烧的过程中释放出大量的热(能量)。
那么,我们可以做些什么来分解水呢?
实际上,科学家们已经找到了很多方法来做到这一点。
使用电
Eletric,移动电荷的技术,它实际上是水分解中最常见的方式。
$$ \ce{\ce{2H2O}->[通电]\ce{2H2 ^}+\ce{O2 ^}} $$
但是,根据欧姆定律,要让水中产生有效电流,需要很大的电压。而且即使给水足够的电压,由于原子核和电子之间的硬吸引力或原子与原子之间的力,它会带走很多电。
另一种更容易分解水的方法是让水的导电性更强(其实没有办法,但是我们要介绍一种方法让分解系统的阻力变小),所以我们需要添加一些额外的化学材料到水中去。
注意:勿将NaCl(盐)放入水中并电解,以免意外分解!这将产生氢气、氢氧化钠和氯气,没有任何氧气!
$$ \ce{\ce{2H2O + 2NaCl}->[通电]\ce{H2 ^ + Cl2 ^ + 2NaOH}} $$
通过实验,我们至少可以得到一点,将盐放入水中作为增强系统导电性的方法是非常不可靠甚至危险
的。所以我们必须另寻他路。
经过探究,我们可以发现,小苏打(主要成分为NaOH,碳酸氢钠)是相当好的增强导电性,且安全不产生氯气的材料。同时使用小苏打增强水的导电性,还可以提升制取氢气和氧气的效率,因为彼时不再产生氢氧化钠。
使用光
通过对于放射性水的追踪,科学家们发现了光合作用中不仅包括对于空气中碳的固化(将水和二氧化碳转化为氧气和淀粉的过程)还包括对于水的光解。
碳的固化的总反应方程式是
$$ \ce{6CO2 + 6H2O->[光照][叶绿体] C6H12O6 + 6O2} $$
水的光解的总反应方程式是
$$ \ce{2H2O ->[光] 4H + O2 -> ATP} $$
可是目前光解水制氢制氧还处于高新科技的试验阶段,故难以于实际当中运用。
使用“趁热打铁”
“趁热打铁”是一种行之有效,也是最早被用来制取氢气供验证其他实验的办法。可惜这种办法太过于浪费铁,所以不常用于工业。
简单来说需要使用烧红的铁管,并将水蒸气从当中通过,这时会产生氢气和四氧化三铁。
$$ \ce{4H2O + 3Fe ->[高温] 4H2 + Fe3O4} $$
注意看,这里参与反应的反应物有2种,所以这其实并不是一个分解反应,也不可能用来实际制取大量氢气。