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.
Ответы
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.