Question

Скільки електроенергії треба витратити для отримання 2,5л Гідрогену при температурі 20 градусів Цельсія і тиску 100кПа, якщо електроліз проводиться при напрузі 5В і ККД установки 80 процентів.​

Answer 1

Ответ:

Для розрахунку кількості електроенергії, потрібної для виробництва 2,5 літрів водню, можна використовувати закон Фарадея для електролізу води. По-перше, треба перевести умови в задачі в СІ одиниці:

Температура: 20 градусів Цельсія дорівнює 293 К (Кельвін).

Тиск: 100 кПа дорівнює 100 000 Па.

Знаючи ці значення, ми можемо визначити кількість речовини води, яка має бути електролізована:

n = (P * V) / (R * T),

де:

P - тиск водяного пару (Па),

V - об'єм водяного пару (м^3),

R - газова стала (8,314 Дж/(моль·К)),

T - температура (К).

Розраховуємо кількість речовини (n):

n = (100 000 Па * 2,5 л) / (8,314 Дж/(моль·К) * 293 К) ≈ 107,6 моль.

Тепер, для виробництва 1 моль водню потрібно 2 моль електронів, оскільки вода розкладається на водень та кисень зі співвідношенням 2:1. Знайшовши кількість молей електронів (2 * 107,6 моль), можемо розрахувати кількість заряду, що пройшов через електролізер:

Q = n * F,

де:

Q - кількість заряду (Кулони),

n - кількість молей електронів,

F - число Фарадея (96 485 Кл/моль).

Q = 2 * 107,6 моль * 96 485 Кл/моль ≈ 20 818 972 Кл.

Тепер можна розрахувати кількість електроенергії (Е) у Дж, яку це вимагає:

E = Q * U * η,

де:

E - кількість електроенергії (Дж),

Q - кількість заряду (Кулони),

U - напруга (Вольти),

η - ККД (у відсотках).

Підставимо значення:

E = 20 818 972 Кл * 5 В * (80% / 100) ≈ 83 275 888 Дж (або 83,28 МДж).

Отже, для отримання 2,5 літрів водню при вказаних умовах, потрібно близько 83,28 МДж електроенергії.

Answer 2

Для розрахунку електроенергії, необхідної для виробництва водню методом електролізу, можна використати загальну формулу:

\[ E = \frac{Q \cdot U}{\eta} \]

де: - \( E \) - електроенергія (в джоулях або кіловат-годинах), - \( Q \) - кількість водню, яку ми хочемо отримати (в мольах), - \( U \) - напруга електролізу (в вольтах), - \( \eta \) - ККД (коефіцієнт корисної дії).

Знайдемо спочатку кількість молей водню, використовуючи стандартний об'єм і стан водню при заданих умовах (температура 20 градусів Цельсія, тиск 100 кПа). Для цього можна використати ідеальний газовий закон:

\[ PV = nRT \]

де: - \( P \) - тиск (в паскалях), - \( V \) - об'єм (в кубічних метрах), - \( n \) - кількість молей, - \( R \) - універсальна газова стала (приблизно 8.314 Дж/(моль·К)), - \( T \) - температура (в кельвінах).

Спочатку переведемо температуру в кельвіни:

\[ T = 20 + 273.15 = 293.15 \, K \]

Тепер можна визначити об'єм, використовуючи ідеальний газовий закон:

\[ V = \frac{nRT}{P} \]

При використанні тиску \( P = 100 \, kPa = 100,000 \, Pa \), ми можемо знайти кількість молей \( n \).

Далі, знаючи кількість молей \( n \), можна визначити кількість електроенергії, використовуючи формулу електролізу.

Зазначте, якщо є потреба в конкретних числах, і я вам допоможу вирішити ці розрахунки.