Điện phân nước Hướng dẫn

Tổng quan

Nước rất cần thiết cho cuộc sống của chúng ta, nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi năng lượng nào đang ẩn giấu bên trong các phân tử nước chưa? Bằng cách 'cho điện' qua nước, chúng ta có thể phân tách các phân tử nước thành khí hydro và oxy. Đây không chỉ là một phản ứng hóa học cơ bản mà còn là nền tảng của xã hội hydro xanh trong tương lai. Thí nghiệm này sẽ hướng dẫn bạn qua toàn bộ quá trình điện phân nước và giúp bạn xác minh tỷ lệ thể tích kỳ diệu $2:1$.

Bối cảnh

Khái niệm chính

Công thức và diễn giải

Các bước thí nghiệm

1. 1

   Chuẩn bị thí nghiệm

   Quan sát bộ thí nghiệm: hai ống nghiệm đầy nước được đặt ngược trong bể nước. Nhấp 'Làm đầy ống' để đảm bảo không có không khí bên trong ống. Tại sao ống nghiệm phải được đổ đầy nước?
2. 2

   Đặt hiệu điện thế

   Kéo thanh trượt 'Điện áp một chiều'. Hiệu điện thế phân hủy lý thuyết của nước là khoảng $1.23\text{V}$. Nên đặt trong khoảng $6\text{V}$ đến $12\text{V}$ để tăng tốc phản ứng. Quan sát xem có bọt khí xuất hiện khi hiệu điện thế không đủ không.
3. 3

   Bắt đầu và quan sát

   Nhấp 'Bật nguồn'. Quan sát kỹ tốc độ tạo bọt khí tại cả hai điện cực: điện cực nào (dương hay âm) tạo ra bọt khí nhanh hơn và nhiều hơn?
4. 4

   Khám phá mối quan hệ thể tích

   Đợi một lúc và so sánh thể tích khí thu được trong hai ống nghiệm. Hãy thử ước tính thể tích trong một ống lớn hơn bao nhiêu lần so với ống kia. Điều này có phù hợp với kỳ vọng của bạn không?

Mục tiêu học tập

• Xác nhận rằng nước được tạo thành từ các nguyên tố hydro và oxy, khiến nó là hợp chất chứ không phải nguyên tố.
• Xác minh rằng tỷ lệ thể tích hydro so với oxy được tạo ra bởi điện phân nước luôn ổn định khoảng $2:1$.
• Hiểu cách điện năng thúc đẩy các phản ứng hóa học không tự phát (phản ứng oxy hóa-khử).
• Nắm vững phương pháp kiểm tra oxy bằng que đóm còn tàn đỏ và hydro bằng que đóm đang cháy.

Ứng dụng thực tế

• Sản xuất Hydro Xanh: Sử dụng năng lượng gió hoặc mặt trời để điện phân nước tạo ra 'hydro xanh' như nhiên liệu sạch không phát thải.
• Hệ thống hỗ trợ sự sống: Trong tàu ngầm hoặc Trạm Vũ trụ Quốc tế, điện phân nước là công nghệ then chốt để tái chế và tái tạo oxy nhằm duy trì sự sống của phi hành gia.
• Mạ điện công nghiệp: Sử dụng nguyên lý điện phân để phủ bề mặt kim loại bằng vàng, bạc, crom, v.v., để chống ăn mòn hoặc mục đích thẩm mỹ.
• Tinh luyện kim loại: Chiết xuất hoặc tinh chế các kim loại có độ tinh khiết cao như nhôm, đồng và magie thông qua điện phân là cốt lõi của ngành luyện kim hiện đại.

Sự hiểu lầm phổ biến

Đọc thêm

• Wikipedia - Electrolysis of water
• Khan Academy - Electrolysis of water