Лабораторная работа №2

Исследование электролизера:

увеличивается ли ток, если увеличивать напряжение?

Электролиз происходит, когда через электролизер протекает постоянный ток. Величина тока зависит от поданного напряжения. Кривая изменения тока в зависимости от приложенного напряжения называется характеристикой электролизера.

Цель работы

Измерение напряжения и тока подключенного к источнику напряжения электролизера. Сравнение потенциала разложения с характеристикой омического сопротивления.

Задание

Исследовать зависимость тока от напряжения подключенного к источнику напряжения электролизера.

Комплектующие, необходимые для проведения экспериментов:

• Электролизер

• Солнечный элемент

• Измерительный модуль-нагрузка

• 5 кабелей

• Схема эксперимента

Дополнительные компоненты:

• Лампа 100 – 150 Вт

• Дистиллированная вода

Указания по безопасности:

Во время экспериментов надевайте защитные очки и держите подальше источники возгорания! Солнечный модуль нагревается!

Методические указания

Из вольт-амперной характеристики видно, что только при определенном напряжении появляется заметный ток, который затем резко возрастает. Какова величина напряжения при котором в электролизере появляется ток?

При низком напряжении не возникает тока электролиза, т.е. не появляется ни водород на катоде, ни кислород на аноде (видно, что в цепи электролизера нет тока при напряжении в 1 В).

Возникающие при низком напряжении газы сначала абсорбируются электродом, при этом возникает гальваническая ячейка. Эта гальваническая ячейка имеет определенное напряжение (напряжение поляризации), которое ведет к появлению тока . Этот внутренний ток противодействует току электролиза. При увеличении внешнего напряжения абсорбируется большее количества газов.

В определенный момент давление газа на электродах достигает величины внешнего давления воздуха. На электродах начинается образование газовых пузырей.

Дальнейшее повышение внешнего напряжения ведет к резкому образованию газов с экспоненциальным возрастанием величины тока электролиза (см. характеристику).

Минимальное напряжение, при котором начинается разложение воды, называют напряжением разложения. Оно теоретически равно напряжению гальванической ячейки H₂//H₂O//O_{2 .} При стандартных условиях оно равно 1.23 V.

¹/₂О₂(г) + 2Н⁺ + 2e H₂O(ж)

E⁰ = +1.23 V

Видно, что теоретически предсказанное и экспериментально полученное напряжения различаются. Разницу между теоретическим и экспериментальным напряжением называют перенапряжением.

Перенапряжение зависит от материала электродов, от состояния поверхности электродов, от типа и концентрации электролита, а также от плотности тока (силы тока на площадь) и температуры.

Перенапряжения всегда незначительны при реакциях на электродах, которые приводят к разделению металлов, и они особенно велики при разделении газов (H_{2 ,} О_{2 ,} Cl₂).

На практике стараются добиться уменьшения перенапряжение. Самым важным при этом является выбор хорошего активного материала электродов и выбор электролита.

Электролизер с полимерной мембраной не содержит жидкого электролита. Функцию электролита берет на себя специальная протоно-проводящая мембрана (PЕМ – Proton Exchange Membranе). Она содержит серную кислоту с кислотностью 1 М. В кислотной среде в качестве электродов-катализаторов могут быть использованы только благородные металлы. Со стороны кислорода катализатор на электроде выполнен из специального рутений-индиевого сплава, со стороны водорода – платины. Оба катализатора нанесены прямо на мембрану в малых количествах. Ток отводится через электроды, изготовленные из высококачественной листовой стали.

Активность электродов при катализе является для процесса электролиза решающим фактором для минимизации рабочего напряжения и для повышения коэффициента полезного действия.

рис.

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему по рис.. Соблюдайте полярность! Наполните резервуар электролизера дистиллированной водой до отметки 0 мл.

Установите переключатель потребителя - измерительного бокса в положение короткое замыкание».

2. Изменяйте ток солнечного модуля путем изменения интенсивности света, для чего, например, вращайте солнечный модуль относительно лампы. Установите различные величины тока. Начните с величины около 10мА и увеличивайте величину тока до 350 мА (в зависимости от используемой лампы). При этом измеряйте напряжение на электролизере.

3. Определите минимум 8 значений величин ток-напряжение и занесите их в таблицу измерений.

Подведение итогов

1. Начертите вольт-амперную характеристику электролизера (ток – по вертикальной оси).

2. Объясните ход вольт-амперной характеристики.

Таблица измерений

Напряжение, В	Ток, мА