Yoqilg'i sifatida vodoroddan foydalanish (iqtisodiy samaradorlik)

|
Yoqilg'i sifatida vodoroddan foydalanish (iqtisodiy samaradorlik)
|
bet | 10/14 | Sana | 09.06.2024 | Hajmi | 208,62 Kb. | | #261922 |
Bog'liq Vodorod va kislorod Kislorod va uning xossalari. kislorod va vodorod birikmalari. Vodorodning murakkab moddalar bilan reaksiyalari Yoqilg'i sifatida vodoroddan foydalanish (iqtisodiy samaradorlik)
Yoqilg'i sifatida ishlatiladigan moddalarning eng muhim xususiyati ularning yonish issiqligidir. Umumiy kimyo kursidan ma'lumki, vodorodning kislorod bilan o'zaro ta'sirining reaktsiyasi issiqlik ajralib chiqishi bilan sodir bo'ladi. Agar standart sharoitda 1 mol H 2 (2 g) va 0,5 mol O 2 (16 g) olib, reaksiyani qo‘zg‘atsak, tenglama bo‘yicha.
H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O
reaktsiya tugagandan so'ng, 285,8 kJ / mol energiya chiqishi bilan 1 mol H 2 O (18 g) hosil bo'ladi (taqqoslash uchun: asetilenning yonish issiqligi 1300 kJ / mol, propan - 2200 kJ / mol) . 1 m³ vodorodning og'irligi 89,8 g (44,9 mol). Demak, 1 m³ vodorod olish uchun 12832,4 kJ energiya sarflanadi. 1 kVt = 3600 kJ ekanligini hisobga olsak, biz 3,56 kVt soat elektr energiyasini olamiz. 1 kVt soat elektr energiyasi va 1 m³ gaz narxini bilib, biz vodorod yoqilg'isiga o'tish maqsadga muvofiq degan xulosaga kelishimiz mumkin.
Masalan, 156 litrli vodorod bakiga ega (tarkibida 25 MPa bosimda 3,12 kg vodorod bor) eksperimental 3-avlod Honda FCX modeli 355 km yo‘l bosib o‘tadi. Shunga ko'ra, 3,12 kg H2 dan 123,8 kVt soat olinadi. 100 km masofada energiya sarfi 36,97 kVt/soatni tashkil qiladi. Elektr energiyasining narxini, gaz yoki benzin narxini, ularning 100 km ga avtomobil uchun sarflanishini bilib, avtomobillarni vodorod yoqilg'isiga o'tkazishning salbiy iqtisodiy samarasini hisoblash oson. Aytaylik (Rossiya 2008), kVt/soat elektr energiyasi uchun 10 tsent, 1 m³ vodorod 35,6 tsent narxga olib keladi va suvning parchalanish samaradorligini hisobga olgan holda 40-45 tsent, bir xil miqdorda kVt soat. benzinni yoqishdan chakana narxlarda 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 sent/l=34 tsent turadi, vodorod uchun esa transport, asbob-uskunalarning eskirishi va hokazolarni hisobga olmagan holda ideal variantni hisobladik. Metan bilan metan uchun m³ uchun taxminan 39 MJ yonish energiyasi, natija narx farqi tufayli ikki-to'rt baravar past bo'ladi (1m³ Ukraina uchun 179 dollar, Evropa uchun esa 350 dollar). Ya'ni, metanning ekvivalenti 10-20 sent turadi.
Biroq, biz vodorodni yoqib yuborganimizda, biz toza suvni olishimizni unutmasligimiz kerak, undan olingan. Ya'ni, bizda qayta tiklanadigan energiya mavjud omborchi energiyaning asosiy manbalari bo'lgan gaz yoki benzindan farqli o'laroq, atrof-muhitga zarar etkazmasdan energiya.
Php on line 377 Ogohlantirish: talab (http://www..php): oqimni ochib boʻlmadi: 377-qatorda /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php da mos oʻram topilmadi. xato: talab (): Muvaffaqiyatsiz ochilmadi "http://www..php" (include_path="..php 377-qatorda"
Valentlik holati
|
|
|
|
Kimyoviy moddalarga misollar
|
|
|
|
I
0
-I
|
HCl, H 2 O, H 2 S, NH 3, CH 4, C 2 H 6, NH 4 Cl, H 2 SO 4, NaHCO 3, KOH
H2
B 2 H 6, SiH 4, GeH 4
|
|
|
|
|
NaH, KH, CaH 2, BaH 2
|
v) vodorod molekulasi
Ikki atomli vodorod molekulasi H 2 vodorod atomlari ular uchun mumkin bo'lgan yagona kovalent aloqa bilan bog'langanda hosil bo'ladi. Aloqa almashinuv mexanizmi orqali shakllanadi. Elektron bulutlarning bir-birining ustiga chiqishiga ko'ra, bu s-bog'dir (10.1-rasm). lekin). Atomlar bir xil bo'lgani uchun bog'lanish qutbsizdir.
Vodorod molekulasidagi atomlararo masofa (aniqrog'i, atomlararo muvozanat, chunki atomlar tebranadi) r(H-H) = 0,74 A (10.1-rasm ichida), bu orbital radiuslar yig'indisidan (1,06 A) ancha kichikdir. Binobarin, bog'lovchi atomlarning elektron bulutlari bir-biriga chuqur tushadi (10.1-rasm). b), vodorod molekulasidagi bog'lanish kuchli. Buni bog'lanish energiyasining ancha katta qiymati ham tasdiqlaydi (454 kJ/mol).
Agar molekula shaklini chegara yuzasi (elektron bulutining chegara yuzasiga o'xshash) bilan tavsiflasak, u holda vodorod molekulasi biroz deformatsiyalangan (cho'zilgan) shar shakliga ega ekanligini aytishimiz mumkin (10.1-rasm). G).
d) vodorod (modda)
Oddiy sharoitlarda vodorod rangsiz va hidsiz gazdir. Kichik miqdorda, u toksik emas. Qattiq vodorod 14 K (-259 ° C) da eriydi, suyuq vodorod esa 20 K (-253 ° C) da qaynaydi. Past erish va qaynash nuqtalari, suyuq vodorod mavjudligi uchun juda kichik harorat oralig'i (faqat 6 ° C), shuningdek erish (0,117 kJ / mol) va bug'lanishning kichik molyar issiqliklari (0,903 kJ / mol) molekulalararo bog'lanishni ko'rsatadi. vodorodda juda zaif.
Vodorod zichligi r (H 2) \u003d (2 g / mol): (22,4 l / mol) \u003d 0,0893 g / l. Taqqoslash uchun: havoning o'rtacha zichligi 1,29 g / l. Ya'ni, vodorod havodan 14,5 marta "engilroq". U suvda amalda erimaydi.
Xona haroratida vodorod faol emas, lekin qizdirilganda u ko'plab moddalar bilan reaksiyaga kirishadi. Ushbu reaksiyalarda vodorod atomlari oksidlanish darajasini ham oshirishi, ham kamaytirishi mumkin: H 2 + 2 e- \u003d 2H -I, H 2 - 2 e- \u003d 2H + I.
Birinchi holda, vodorod oksidlovchi vositadir, masalan, natriy yoki kaltsiy bilan reaktsiyalarda: 2Na + H 2 = 2NaH, ( t) Ca + H 2 = CaH 2. ( t)
Ammo qaytaruvchi xususiyatlar vodorodga ko'proq xosdir: O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O, ( t)
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. ( t)
Qizdirilganda vodorod nafaqat kislorod, balki boshqa ba'zi metall bo'lmaganlar, masalan, ftor, xlor, oltingugurt va hatto azot bilan ham oksidlanadi.
Laboratoriyada vodorod reaksiya natijasida hosil bo'ladi
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.
Rux o'rniga temir, alyuminiy va boshqa ba'zi metallar, sulfat kislota o'rniga ba'zi boshqa suyultirilgan kislotalar ishlatilishi mumkin. Hosil bo'lgan vodorod probirkaga suvni siljitish usuli bilan yig'iladi (10.2-rasmga qarang). b) yoki oddiygina teskari kolbaga (10.2-rasm). lekin).
Sanoatda vodorod tabiiy gazdan (asosan metan) nikel katalizatori ishtirokida 800 ° C da suv bug'lari bilan o'zaro ta'sir qilish orqali ko'p miqdorda olinadi:
CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 ( t, Ni)
yoki yuqori haroratda suv bug'li ko'mir bilan ishlov beriladi:
2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2. ( t)
Sof vodorod suvdan elektr toki bilan parchalanib (elektrolizga uchragan holda) olinadi:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (elektroliz).
e) vodorod birikmalari
Gidridlar (tarkibida vodorod boʻlgan ikkilik birikmalar) ikkita asosiy turga boʻlinadi:
a) uchuvchan (molekulyar) gidridlar,
b) tuzga o'xshash (ionli) gidridlar.
Elementlar IVA - VIIA guruhlari va bor molekulyar gidridlarni hosil qiladi. Ulardan faqat metall bo'lmaganlar hosil qiluvchi elementlarning gidridlari barqarordir:
B 2 H 6 ; CH 4 ; NH3; H2O; HF
SiH 4 ;PH 3 ; H2S; HCl
AsH 3; H2Se; HBr
H2Te; Salom
Suvdan tashqari, bu birikmalarning barchasi xona haroratida gazsimon moddalardir, shuning uchun ularning nomi - "uchuvchi gidridlar".
Nometalllarni hosil qiluvchi ba'zi elementlar ham murakkabroq gidridlar tarkibiga kiradi. Masalan, uglerod umumiy formulalari C bilan birikmalar hosil qiladi n H2 n+2, C n H2 n, C n H2 n-2 va boshqalar, qaerda n juda katta bo'lishi mumkin (organik kimyo bu birikmalarni o'rganadi).
Ion gidridlariga ishqoriy, ishqoriy tuproq va magniy gidridlari kiradi. Bu gidridlarning kristallari Me yoki Me 2 (elementlar sistemasi guruhiga qarab) eng yuqori oksidlanish darajasidagi H anionlari va metall kationlaridan iborat.
LiH
|
|
NaH
|
MgH2
|
KH
|
CaH2
|
RbH
|
SrH 2
|
CSH
|
BaH2
|
Ham ion, ham deyarli barcha molekulyar gidridlar (H 2 O va HF dan tashqari) qaytaruvchi moddalardir, ammo ion gidridlari molekulyarlarga qaraganda ancha kuchliroq qaytaruvchi xususiyatga ega.
Gidridlardan tashqari, vodorod gidroksidlar va ba'zi tuzlarning bir qismidir. Ushbu murakkabroq vodorod birikmalarining xossalari bilan keyingi boblarda tanishasiz.
Sanoatda ishlab chiqarilgan vodorodning asosiy iste'molchilari ammiak va azotli o'g'itlar ishlab chiqarish zavodlari bo'lib, ammiak to'g'ridan-to'g'ri azot va vodoroddan olinadi:
N 2 + 3H 2 2NH 3 ( R, t, Pt - katalizator).
Vodorod ko'p miqdorda metil spirti (metanol) hosil qilish uchun 2H 2 + CO = CH 3 OH ( t, ZnO - katalizator), shuningdek, to'g'ridan-to'g'ri xlor va vodoroddan olinadigan vodorod xlorid ishlab chiqarishda:
H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl.
Baʼzan vodorod metallurgiyada sof metallar olishda qaytaruvchi sifatida ishlatiladi, masalan: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.
1. a) protiy, b) deyteriy, v) tritiy yadrolari qanday zarrachalardan iborat?
2. Vodorod atomining ionlanish energiyasini boshqa elementlar atomlarining ionlanish energiyasi bilan solishtiring. Ushbu xususiyatga ko'ra qaysi element vodorodga eng yaqin?
3. Elektron yaqinlik energiyasi uchun ham xuddi shunday qiling
4. Kovalent bog ning qutblanish yo nalishini va birikmalardagi vodorodning oksidlanish darajasini solishtiring: a) BeH 2, CH 4, NH 3, H 2 O, HF; b) CH 4, SiH 4, GeH 4.
5. Vodorodning eng oddiy, molekulyar, strukturaviy va fazoviy formulasini yozing. Qaysi biri eng ko'p ishlatiladi?
6. Ular tez-tez aytadilar: "Vodorod havodan engilroq". Bu bilan nima nazarda tutilgan? Qaysi hollarda bu ibora so'zma-so'z qabul qilinishi mumkin, qaysi hollarda emas?
7. Kaliy va kalsiy gidridlari hamda ammiak, vodorod sulfidi va vodorod bromidning tuzilish formulalarini tuzing.
8. Vodorodning sintezi va bug'lanishining molyar issiqliklarini bilib, tegishli xususiy miqdorlarning qiymatlarini aniqlang.
9. Vodorodning asosiy kimyoviy xossalarini ko'rsatuvchi to'rtta reaksiyaning har biri uchun elektron muvozanat tuzing. Oksidlovchi va qaytaruvchi moddalarni sanab bering.
10. Laboratoriya usulida 4,48 litr vodorod olish uchun zarur bo’lgan ruxning massasini aniqlang.
11. 1:2 hajm nisbatida olingan 30 m 3 metan va suv bug’lari aralashmasidan 80% lik hosil bilan olinadigan vodorodning massasi va hajmini aniqlang.
12. Vodorodning a) ftor bilan, b) oltingugurt bilan o'zaro ta'sirida sodir bo'ladigan reaksiyalar tenglamalarini tuzing.
13. Quyidagi reaksiya sxemalari ionli gidridlarning asosiy kimyoviy xossalarini ko‘rsatadi:
a) MH + O 2 MOH ( t); b) MH + Cl 2 MCl + HCl ( t);
c) MH + H 2 O MOH + H 2; d) MH + HCl(p) MCl + H 2
Bu erda M litiy, natriy, kaliy, rubidiy yoki seziydir. Agar M natriy bo'lsa, tegishli reaksiyalar tenglamalarini tuzing. Kaltsiy gidridning kimyoviy xossalarini reaksiya tenglamalari bilan tasvirlab bering.
14. Elektron balans usulidan foydalanib, ayrim molekulyar gidridlarning qaytaruvchi xossalarini tasvirlovchi quyidagi reaksiyalar tenglamalarini yozing:
a) HI + Cl 2 HCl + I 2 ( t); b) NH 3 + O 2 H 2 O + N 2 ( t); c) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( t).
Kislorod
Vodorod misolida bo'lgani kabi, "kislorod" so'zi ham kimyoviy elementning, ham oddiy moddaning nomidir. Oddiy moddadan tashqari" kislorod"(dioksid) kimyoviy element kislorod boshqa oddiy moddani hosil qiladi " ozon"(uch kislorod). Bular kislorodning allotropik modifikatsiyalari. Kislorod moddasi kislorod molekulalaridan O 2 dan, ozon moddasi esa O 3 molekulalaridan iborat.
a) Kimyoviy element kislorod
Elementlarning tabiiy qatorida kislorodning tartib raqami 8. Elementlar sistemasida kislorod VIA guruhida ikkinchi davrda.
Kislorod Yerdagi eng keng tarqalgan elementdir. Yer qobig'ida har bir ikkinchi atom kislorod atomidir, ya'ni Yer atmosferasi, gidrosfera va litosferadagi kislorodning molyar ulushi taxminan 50% ni tashkil qiladi. Kislorod (modda) havoning ajralmas qismidir. Havodagi kislorodning hajm ulushi 21% ni tashkil qiladi. Kislorod (element) suvning bir qismi, ko'plab minerallar, shuningdek o'simliklar va hayvonlar. Inson tanasida o'rtacha 43 kg kislorod mavjud.
Tabiiy kislorod uchta izotopdan (16 O, 17 O va 18 O) iborat bo`lib, ulardan eng yengili 16 O izotopi eng keng tarqalgan.Shuning uchun kislorodning atom massasi 16 Dn (15,9994 Dn) ga yaqin.
b) kislorod atomi
Siz kislorod atomining quyidagi xususiyatlarini bilasiz.
|
| |