Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Исследовательская работа по водороду
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям рекомендуем принять участие в Международном конкурсе «Я люблю природу», приуроченном к году экологии. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

СЕГОДНЯ (15 ДЕКАБРЯ) ПОСЛЕДНИЙ ДЕНЬ ПРИЁМА ЗАЯВОК!

Конкурс "Я люблю природу"

Исследовательская работа по водороду



Московские документы для аттестации!

124 курса профессиональной переподготовки от 4 795 руб.
274 курса повышения квалификации от 1 225 руб.

Для выбора курса воспользуйтесь поиском на сайте KURSY.ORG


Вы получите официальный Диплом или Удостоверение установленного образца в соответствии с требованиями государства (образовательная Лицензия № 038767 выдана ООО "Столичный учебный центр" Департаментом образования города МОСКВА).

ДИПЛОМ от Столичного учебного центра: KURSY.ORG


библиотека
материалов

МУНИЦИПАЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ

МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДСКОГО ОКРУГА «УСИНСК»

«УСИНСК КАР КЫТШЫН МУНИЦИПАЛЬНÖЙ ЮКÖНЛÖН АДМИНИСТРАЦИЯСА ЙÖЗÖС

ВЕЛÖДÖМ ВЕСЬКÖДЛАНІН МУНИЦИПАЛЬНÖЙ УЧРЕЖДЕНИЕ.


МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА» С. ЩЕЛЬЯБОЖ.

«ШÖР ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНÖЙ ШКОЛА» МУНИЦИПАЛЬНÖЙ БЮДЖЕТНÖЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНÖЙ ВЕЛÖДАНІН ЩЕЛЬЯБÖЖ СИКТ.











Название секции: Химия, биология и экология.

Название предмета: Химия

Тема: Водород как альтернативный вид топлива.







Автор: Минаева Олеся ,

ученица 10 класса МБОУ «СОШ» с.Щельябож.

Руководитель: Брюханова В.Н., учитель биологии,

химии и географии МБОУ «СОШ» с. Щельябож.













2016год



Содержание



1.

Введение

3-4

2.

Материал исследования.

5-12

2.1.

Физические свойства водорода

5-6

2.2

Что такое водородная технология?

7

2.3.

Моторные характеристики. Преимущества водородных двигателей внутреннего сжигания.

8-11

2.4.

Сколько получают водорода и для каких целей?

11-12

3.

Практическая работа по получению водорода в лабораторных условиях.

13-15

3.1.

Выполнение практической работы по получению водорода в лабораторных условиях МБОУ «СОШ» с.Щельябож.

13-15

4.

Заключение

15

5

Выводы

15-17

6

Литература

18

7.

Приложения

19- 23


Приложение № 1

19

.

Приложение № 2.

20


Приложение № 3.

21


Презентация « Водородное топливо»

22-23























1.Введение

Значительную роль в использовании природных энергетических источников играют транспортные средства, потребляющие около трети всей добываемой в мире нефти , причем из всех видов транспорта наиболее энергоемким является автомобильный. Использование в автомобилях углеводородных топлив нефтяного происхождения сопровождается выбросом в атмосферу огромного количества вредных веществ. В результате на автомобильный транспорт приходится от 39 до 63% загрязнения окружающей среды, масштабы которой глобальны – воздух, суша и вода. Альтернативные приводы и источники энергии, не наносящие ущерба окружающей среде, называют надеждой завтрашнего дня. Топливные элементы считаются самым оптимальным решением энергетических проблем: из водорода и кислорода вырабатывается электрический ток, который используется для привода двигателя. В результате электрохимического процесса, помимо электрической энергии, образуются только тепло и водяной пар. Водородное топливо уже давно занимает ведущие позиции среди других источников энергии. Обладающий уникальными свойствами, водород по праву называют топливом ближайшего будущего. По сравнению с дизельным и бензиновым топливом, у него больший КПД и экологичность вещества. Хотя водород обладает чудесными характеристиками, его почти не применяют на автотранспорте потому, что люди привыкли использовать бензин, хотя он и дорожает с каждым днем. Также ведущие автокомпании постоянно откладывают сроки перехода на водородное топливо, мотивируя это тем, что установки для получения водорода появятся только к 2030 году.[1]

Актуальность представленной работы состоит в том, что необходимо еще раз проверить данные о водородной энергетики как о производстве водорода и его использование на основе топливных элементов в промышленности, энергетике, на транспорте, в жилищно-коммунальном хозяйстве и других сферах экономики.

Цель: представить водород как альтернативный вид топлива, как топливо будущего.

Задачи:

  1. Проанализировать основные характеристики водорода, обладающего уникальными свойствами.

  2. Подтвердить гипотезу о водороде как альтернативный вид топлива, как топливо будущего.

  3. Провести лабораторный эксперимент по получению водорода в лаборатории.

Применение водорода в качестве топлива началось еще в XIX веке, когда французский изобретатель Франсуа Исаака де Риваз в 1806 году разработал самый первый в мире ДВС, потребляющий водородное топливо. Необходимую электрическую энергию он получал методом электролиза воды. Позже бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар заставил самоходный экипаж двигаться с помощью энергии водорода. Так бы водород и служил бы человечеству в качестве основного топлива, но в 1870 году в ДВС стали применять бензин, сведя на нет первые опыты с водородным топливом. О водороде вспомнили только в блокадном Ленинграде в конце 1941 года, благодаря военному технику Б. И. Шелищу, который предложил использовать отработанный водородный газ для заправки автотранспорта. От налетов вражеской авиации Ленинград защищался зенитными орудиями, а также заградительными аэростатами, наполненными водородом, чтобы помешать прицельной бомбардировке города. Когда водородные аэростаты спускались на землю, их использовали в качестве альтернативного источника топлива. Всего лишь за неделю группа техников переоборудовала на водородное топливо 600 грузовиков ГАЗ. После войны об этом изобретении снова забыли, перейдя опять на бензин. В 1970 годах, когда произошел энергетический кризис, люди опять оценили необходимость альтернативных источников энергии. Так, Украинским ИПМ был переоборудован весь свой автомобильный парк водородное топливо, отлично справившись с топливным кризисом. Об успешных экспериментах снова забыли после распада советского союза. Современные автомобили на водороде находятся пока в стадии проектирования, а вернее выпускать серийно опытные модели пока не собираются из-за неразвитой инфраструктуры заправок автотранспорта водородным топливом. В промышленных масштабах получить водород электролизом воды недешево, поэтому автокомпании пока не спешат на него переходить, ожидая более дешевый и простой способ получения топлива. [3]

Ведущую роль в научно-технологическом перевороте первой половины XXI века сыграет глобальная энергетическая революция — переход от преобладания истощающегося, загрязняющего окружающую среду ископаемого топлива к возобновляемым, экологически чистым источникам энергии. [1]

В ходе проведения работы был проведен химический эксперимент по способам получения водорода в школьной лаборатории и изучению его свойств. Серия опытов показала о величайшей силе водорода, что непременно будет использовано в будущем человечеством.

Данное исследование проводилось в январе-феврале 2016 года под руководством учителя химии Брюхановой В.Н.. Данная работа является первой исследовательской работой школьного уровня МБОУ «СОШ» с.Щельябож по подтверждению гипотезы о водородном топливе как химическом уникальном элементе. Тема «Водород как альтернативный вид топлива, как топливо будущего» была представлена на уроке химии для учащихся 8 класса.





2.Материал исследования

2.1. Физические свойства водорода.

Водород – один из наиболее распространённых химических элементов на Земле. В земной коре из каждых 100 атомов 17 – атомы водорода. ( Приложение № 7.1) Он составляет примерно 0,88 % от массы земного шара (включая атмосферу, литосферу и гидросферу). Если вспомнить, что воды на земной поверхности более 1,5∙1018 м 3 и что массовая доля водорода в воде составляет 11,19 %, то становится ясно, что сырья для получения водорода на Земле – неограниченное количество. Водород входит в состав нефти (10,9 – 13,8 %), древесины (6 %), угля (бурый уголь – 5,5%), природного газа (25,13 %). Водород входит в состав всех животных и растительных организмов. Он содержится и в вулканических газах. Основная масса водорода попадает в атмосферу в результате биологических процессов. При разложении в анаэробных условиях миллиардов тонн растительных остатков в воздух выделяется значительное количество водорода. Этот водород в атмосфере быстро рассеивается и диффундирует в верхние слои атмосферы. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство. Концентрация водорода в верхних слоях атмосферы составляет 1∙10-4 %. При нормальной температуре водород представляет собой бесцветный газ без запаха. Жидкий водород представляет собой бесцветную жидкость без запаха, отличающуюся высокой степенью криогенности. Водород сжижается при 20 К, а при 14 К переходит в твердое состояние, т. е. в жидкофазном состоянии он находится в узком диапазоне температуры – около 60. В этой области возможно образование промежуточной формы водорода – шугообразной, представляющей собой смесь жидкого водорода с твердым водородом в виде льда, плавающего в жидкости. Для образования шуги в жидком водороде требуется его небольшое – до 0,7 0С переохлаждение. В шугообразной форме плотность водорода повышается до 0,08-0,087 г/см 3 и становится максимальной при полном застывании. Водород обладает способностью проникновения через толщу материала, в частности металлов. Это отрицательное явление ведущее к ухудшению свойств материала, получило название наводороживание. С повышением давления и температура диффузия водорода в металлы возрастает. Глубина наводораживания, т.е. проникновения молекул водорода в кристаллическую решетку металла, в большинстве случаев не превышает 4-6 мм, а при нагортовке материала может быть снижена до 2-1,5 мм. Водородо – воздушные смеси характеризуются широкой областью воспламенения (4-75% по объему) и взрываемости (18,3-74% по объему), что повышает их пожаро- и взрывоопасность. В то же время водород отличается высокой температурой воспламенения (590 0С) и способностью к быстрому рассеиванию в воздушной среде, благодаря чему по суммарным показателям безопасности он примерно равноценен природному газу. При загрязнении технологическими примесями взрывоопасность водорода увеличивается. Поэтому основным условием безопасной работы с водородом в закрытых помещениях является контроль за его содержанием в воздухе и возможными утечками. [4,5]

























2.2.Что такое водородная технология?


Под водородной технологией подразумевается совокупность промышленных методов и средств для получения, транспортировки и хранения водорода, а также средств и методов его безопасного использования на основе неисчерпаемых источников сырья и энергии. Переход транспорта, промышленности, быта на сжигание водорода – это путь к радикальному решению проблемы охраны воздушного бассейна от загрязнения оксидами углерода, азота, серы, углеводородами. Переход на водородную технологию и использование воды в качестве единственного источника сырья для получения водорода не может изменить не только водного баланса планеты, но и водного баланса отдельных её регионов. Так, годовая энергетическая потребность такой высокоиндустриальной страны, как Германия, может быть обеспечена за счёт водорода, полученного из такого количества воды, которое соответствует 1,5% среднего стока реки Рейн (2180 л воды дают 1 тут в виде H 2). Отметим попутно, что на наших глазах становится реальной одна из гениальных догадок великого фантаста Жюля Верна, который устами героя рома «Таинственный остров» (гл. XVII) заявляет: «Вода – это уголь будущих веков». Водород, получаемый из воды, - один из наиболее энергонасыщенных носителей энергии. Ведь теплота сгорания 1 кг H 2 составляет (по низшему пределу) 120 МДж/кг, в то время как теплота сгорания бензина или лучшего углеводородного авиационного топлива – 46 – 50 МДж/кг, т.е. в 2,5 раза меньше 1 т водорода соответствует по своему энергетическому эквиваленту 4,1 тут, к тому же водород – легковозобновляемое топливо. Чтобы накопить ископаемое горючее на нашей планете, нужны миллионы лет, а чтобы в цикле получения и использования водорода из воды получить воду, нужны дни, недели, а иногда часы и минуты.

Но водород как топливо и химическое сырьё обладает и рядом других ценнейших качеств. Универсальность водорода заключается в том, что он может заменить любой вид горючего в самых разных областях энергетики, транспорта, промышленности, в быту. Он заменяет бензин а автомобильных двигателях, керосин в реактивных авиационных двигателях, ацетилен в процессах сварки и резки металлов, природный газ для бытовых и иных целей, метан в топливных элементах, кокс в металлургических процессах (прямое восстановление руд), углеводороды в ряде микробиологических процессов. Водород легко транспортируется по трубам и распределяется по мелким потребителям, его можно получать и хранить в любых количествах. В то же время водород – сырьё для ряда важнейших химических синтезов (аммиака, метанола, гидразина), для получения синтетических углеводородов. [7]



2.3 Моторные характеристики.

Водород характеризуется наиболее высокими энерго-массовыми показателями среди химических топлив. Низшая теплота сгорания молекулярного водорода (с образованием водяного пара) составляет 241,9 МДж/моль (57740 ккал/моль), что соответствует 120 МДж/кг ( 28640 ккал/кг). Таким образом, водород по массовой энергоемкости превосходит традиционные углеводородные топлива примерно в 2,5-3раз, спирты-в 5-6раз и аммиак-в 7 раз. Однако вследствие очень низкой плотности водорода его объемные энергетические характеристики невысоки даже в криогенной форме:

Таблица 1.

Форма водорода

Газ (н.у.)

жидкий

шугообразный

твёрдый

Теплота сгорания

МДж/мі

10,501

8373,8

9439,2

10501,1


ккал/л

2,506

1998,5

2252,8

2506,2

Среди горючих газов водород характеризуется наиболее низкой энергией воспламенения (примерно в 70 раз меньше, чем у метана) и высокой скоростью сгорания. Влияние добавок водорода на антидетонационную стойкость углеводородного топлива носит довольно сложный характер. Однако при дальнейшем повышении содержания водорода наблюдается тенденция к детонационному сгоранию, так что при концентрациях Н 2 свыше 60% детонация имеет место уже при е=6, а при содержании водорода от 90 до 95 диапазон детонации расширяется почти в 2 раза. Современная технология обеспечивает ежегодное получение во всём мире десятков миллионов тонн молекулярного водорода. Более 90% его получается каталитической конверсией метана, жидких углеводородов, газификацией твёрдого топлива. Совершенно ясно, что в будущем при переходе на водородную технологию такие источники получения водорода, кроме твёрдого топлива, будут в основном исключены. В качестве основного источника сырья будет использоваться вода. Электролиз воды проводится в промышленной практике давно и широко описан в литературе. Сейчас делаются значительные усилия в науке промышленности, чтобы использовать неисчерпаемую энергию солнечного излучения для разложения воды. Но наиболее в технологическом плане являются методы термохимического разложения воды. Эти методы важны тем, что для разложения воды они могут использовать и тепло атомных реакторов, солнечное тепло, и тепло геотермальных вод, и любые другие виды тепла, например перепад температур верхних и нижних слоёв тропических морей. Разрабатываются и комбинированные термохимические процессы, которые наряду с теплом используют электрическую энергию – термоэлектрохимические процессы, солнечное излучение, фото- и термохимические процессы. Для промышленного получения водорода было предложено большое количество различных способов. Основные методы получения водорода в промышленности можно сгруппировать в следующие: а) химические методы; б) электрохимические методы; в) физические методы. К химическим методам относятся те процессы, в которых исходным веществом для получения водорода является химическое соединение (или ряд химических соединений) водорода с другими элементами, и откуда водород получается при помощи тех или иных химических реакций. Под электрохимическими следует понимать те методы, где выделение водорода из его химических соединений осуществляется разложением последних под действием электрического тока. К физическим методам следует причислять те процессы, в которых исходное сырьё (газовая смесь) уже содержит свободный водород и требуется тем или иным физическим путём (например, фракционной конденсацией) освободить его от остальных компонентов. Химическими методами водород в промышленности получается следующими путями. Из водяного пара восстановлением его железом (железо - паровой способ) или углеродом (газификация кокса, каменных и бурых углей и других видов твёрдого топлива на водяной газ). Из газообразных углеводородов термическим разложением или конверсией с окислителями (Н 2О, О 2, СО 2). Из жидких углеводородов термическим разложением или неполным окислением (газификацией) с применением в качестве окислителей Н 2О и О 2. Необходимо отметить, что при получении водорода из углеводородов с применением в качестве окислителя водяного пара последний является дополнительным источником водорода.

Конкретным сырьём для получения водорода из газообразных углеводородов при термическом разложении служат любые углеводородные газы, не содержащие кислородных соединений, или содержащие их в незначительном количестве, как природные так и попутные газы, газы нефтепереработки и газы гидрирования. При конверсии газообразных углеводородов с водяным паром углекислотой или кислородом сырьём являются: а) природные и попутные газы; б) газы нефтепереработки, в) газы гидрирования; г) жидкие газы (пропан, бутан); д) коксовый газ; е) метановая фракция после выделения водорода из коксового газа методом глубокого охлаждения. При неполном окислении жидких углеводородов в качестве сырья применяются преимущественно нефтяные остатки.



Преимущества водородных двигателей внутреннего сгорания

  1. Главное неоспоримое преимущество автомобилей на водороде – это высокая экологичность, так как продуктом горения водорода является водяной пар. Конечно, при этом сгорают еще различные масла, но токсичных выбросов гораздо меньше, чем у бензиновых выхлопов.

  2. Простая конструкция.

  3. Отсутствие дорогостоящих систем топливоподачи, которые к тому же опасны и ненадежны.

  4. Бесшумность.

  5. КПД электродвигателя на водородном топливе намного выше, чем у ДВС.

Недостатки.

Имеются и недостатки у автомобилей на водородном топливе:

  1. Дорогой и сложный способ получений топлива в промышленных объемах.

  2. Отсутствие водородной инфраструктуры заправок автотранспорта.

  3. Не разработаны стандарты транспортировки, хранения и применения топлива на водороде.

  4. Несовершенство технологий хранения такого топлива.

  5. Дорогие водородные элементы.

  6. Большой вес транспорта. Работа электродвигателя на водородном топливе требуют водородные преобразователи тока и мощные аккумуляторные батареи, которые весят не мало, а также обладают внушительными габаритами.

  7. Существует опасность возгорания и взрыва при работе водорода с традиционным топливом.

Ознакомившись с достоинствами и недостатками водородного топлива можно понять, почему до сих пор откладывается серийный выпуск водородных автомобилей. Однако из-за ухудшающейся экологии этот альтернативный источник энергии может оказаться единственным решением проблемы.



Мировые производители все же проводят испытание в этой сфере и даже выпускают автотранспорт на водородном топливе:

Toyota — модель Toyota Highlander FCHV;

Ford Motor Company проводит испытания с концептом Focus FCV;

Honda со своей моделью Honda FCX;

Hyundai выпускает Tucson FCEV;

Daimler AG отвечает за модель Mercedes-Benz A-Class;

General Motors. [3]

2.4.Сколько получают водорода и для каких целей?

Водород получают в газообразном виде и, если для использования необходим жидкий водород, его подвергают глубокому охлаждению и ожижению.

Производство молекулярного водорода в 1985 году достигло примерно 57 млн. тонн (без СССР), а в 1990 году уже 95. Если вспомнить, что водород это газ, который в 14,5 раза легче воздуха, то станет ясно, какой это громадный объем.

Где же в настоящее время используется такая масса водорода? Во-первых, в азотной промышленности, для получения синтетического аммиака. Во-вторых, для получения метанола из СО и Н 2, Значительное количество водорода используется в нефтехимической промышленности для очистки нефти от сернистых соединений, для гидрирования тяжелых нефтяных фракций и повышения выхода легких фракций, в ряде нефтехимических синтезов, для гидрирования жиров, в металлургии для восстановления руд черных и цветных металлов, жидкий водород необходим в авиации и космонавтике, в ряде производств. Раскрывается широкое использование водорода в промышленности (водородная сварка и резка металлов, микроэлектроника и т. д.), в сельском хозяйстве. Особо стоит вопрос об использовании изотопов водорода в атомной и термоядерной энергетике. Вот пример, который будет характеризовать одного из будущих потребителей водорода. Дом на водороде. Как это мыслится? В настоящее время для обеспечения всех городских удобств к городскому дому должны быть подключены коммуникации для бытового газа, источники электропитания, источники бытового теплоснабжения. Все это очень дорого и сложно. Нельзя ли упростить эту схему? Современная техника дает на это однозначный ответ – можно. Для этого к дому должна быть подведена лишь одна трасса – трубопровод для водорода. Использование водорода для бытовых целей в значительной степени технически подготовлено. Известны и испытаны различные типы керамических горелок. Регулируя подачу газа в горелку, в которую вмонтирована каталитическая пластина, можно менять в широких пределах температуру нагрева при приготовлении пищи. Водород легко и полностью сгорает при низких температурах на поверхности катализаторов. При этих температурах полностью исключается образование оксидов азота. Единственным продуктом сгорания на кухне будет водяной пар. Низкотемпературное сжигание водорода обеспечивает его использование в низкотемпературных каталитических калориферах для бытового отопления. Форма обогревателя конструируется в зависимости от целей обогрева. Например, стены квартиры могут использоваться как поверхность нагрева. Освещение в доме на водороде может обеспечиваться специальными светильниками, в которых на внутреннюю сторону трубки наносится фосфор точно так же. Как в люминесцентных лампах. Когда водород в присутствии регулируемого количества воздуха вступает в контакт с фосфором, последний люминесцирует, освещая квартиру, но сама лампа не нагревается. Холодильники и кондиционеры в таком доме могут работать с помощью адсорбционных рефрижераторов с использованием каталитической водородной горелки в качестве источника энергии. К такому дому не надо подводить электроэнергию для других электробытовых приборов (пылесосов, телевизоров, вентиляторов и т.д.), так как электроэнергия может вырабатываться в самом доме на основе водородного топливного элемента. Дом на водороде ведёт к посёлку на водороде и городу на водороде, где единственны энергоносителем становится водород, который используется не только в быту, но и для транспортных целей (автомобили на водородном топливе), в промышленности. Такой город будет совершенно чистым в экологическом отношении, так как единственным выбросом в атмосферу будет чистый водяной пар. [5]

























3. Практическая работа по получению водорода в лабораторных условиях.

3.1. Существует несколько способов получения водорода в лабораторных условиях.

Получение водорода действием разбавленных кислот на металлы. Металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше водорода, реагируют с разбавленной серной или соляной кислотой, образуя соль и водород. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную соляную кислоту:

http://edu.sernam.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_act_chem2/files.book&file=act_chem2_9.files/image1.gif

Получение водорода с помощью электролиза. При электролизе разбавленных водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например

http://edu.sernam.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_act_chem2/files.book&file=act_chem2_9.files/image2.gif

Получение водорода действием щелочей на цинк или алюминий. Цинк и алюминий реагируют с водными растворами гидроксида натрия или гидроксида калия, образуя водород:

http://edu.sernam.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_act_chem2/files.book&file=act_chem2_9.files/image3.gif

Получение водорода гидролизом ионных гидридов. Ионные гидриды, как, например, гидрид кальция , реагируют с холодной водой, образуя водород:

http://edu.sernam.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_act_chem2/files.book&file=act_chem2_9.files/image4.gif[1]

(Приложение № 2)

3.2. Выполнение практической работы по получению водорода в лабораторных условиях МБОУ «СОШ» с.Щельябож.

В ходе проведения работы был проведен химический эксперимент по способам получения водорода в школьной лаборатории и изучению его свойств. Серия опытов показала о величайшей силе водорода, что непременно будет использовано в будущем человечеством.

Данное исследование проводилось в январе-феврале 2016 года под руководством учителя химии Брюхановой В.Н.. Данная работа является первой исследовательской работой школьного уровня МБОУ «СОШ» с.Щельябож по подтверждению гипотезы о водородном топливе как химическом уникальном элементе.


Опыт №1.

Для проведения химической реакции использовали  цинк и разбавленную соляную кислоту:

http://edu.sernam.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_act_chem2/files.book&file=act_chem2_9.files/image1.gif

В ходе опыта нужно было подтвердить гипотезу о силе водорода как источнике энергии. Газоотводную трубку от прибора для получения газов направили в пустую консервную банку с закрытым бумажной полоской отверстием и подождали в течение часа. Подожгли лучинку и поднесли к отверстию консервной банки и результат опыта подтвердился – раздался хлопок и банка подпрыгнула с песочной основы на 5см. Такой опыт можно назвать «летающая банка», если собрать больше водорода в металлической банке. В смеси водорода с кислородом при комнатной температуре реакция не протекает. Однако при поджигании смеси происходит реакция со взрывом. Если объемы водорода и кислорода находятся в соотношении 2:1, то происходит сильный взрыв. Такую смесь называют гремучим газом.

Чистый водород в пробирке сгорает с тихим звуком. Если же водород смешан с воздухом, то он взрывается с лающим звуком, такая смесь опасна. При поджигании водорода пробирку держат вверх дном, так как водород легче воздуха. В результате реакции горения водорода образуется вода: 2H2 + O2 = 2H2O.

Опыт № 2. Водород из алюминия и щелочи.

Используемый раствор щелочи – гидроксид натрия. Насыпаем в колбу небольшое количество гидроксида натрия и заливаем 50 -100 мл воды, перемешиваем раствор до полного растворения кристаллов. Далее добавляем несколько кусочков алюминия. Сразу же начнется реакция с выделением водорода и тепла, сначала слабая, но постоянно усиливающаяся. Дождавшись пока реакция будет происходить более активно, аккуратно добавим еще 10г щелочи и несколько кусочком алюминия. Закупориваем колбу, пробиркой с трубкой ведущей сосуд для сбора газа. Ждем примерно 3 -5 мин., пока водород вытеснит воздух из сосуда. Алюминий является активным металлом, то он начинает реагировать с водой, растворяясь в ней, при этом выделяется водород.

2Al + 2NaOH + 6H 2O → 2Na [Al(OH) 4] + 3H 2





Опыт № 3.Водород из алюминия, сульфата меди и пищевой соли.

В колбу насыпаем немного сульфата меди и хлорид натрия (поваренная соль). Добавляем воду и перемешиваем до полного растворения Можно в разные бутылки приготовить растворы и потом смешать в большую банку или емкость. Раствор должен, окрасится в зеленый цвет, если этого не произошло, добавьте еще небольшое количество соли.
Колбу необходимо поставить в чашку наполненной холодной водой, т.к. при реакции, будет выделятся большое количество тепла.
Добавляем в раствор несколько кусочков алюминия или куски алюминиевой фольги. В процессе образуется хлорид меди, смывающий оксидную пленку с металла. Одновременно с восстановлением меди происходит образование газа. Можно для наглядности одеть на банку резиновую медицинскую перчатку, которая наполняется газом и поднимается. Поджигать её не следует. Взрывоопасно, что опять подтверждает силу водорода.

( Приложение № 3).

В ходе выполнения простых опытов была подтверждена гипотеза о водорода как веществе, обладающим специфическими свойствами и большой энергией. Думаем, что в скором будущем водород будет основным источников альтернативной энергии, но не безопасной, т.к. надо соблюдать требования к развитию и размещению ядерной энергетики в России.

4.Заключение.

В результате работы узнали о таком важном, незаменимом, и интереснейшем веществе на нашей планете, как водород. И если есть возможность предотвратить попадание этих опаснейших веществ в атмосферу, то почему мы этого до сих пор не сделали, почему это не сделали не мы, а те, кто этим должен заниматься?
В ходе работы я узнала, что у нашего мира ещё есть возможность хоть как то наладить экологическую обстановку. В ходе работы видим из всех доказательств, приведённых в работе, что водород – это не просто элемент, водород – это чудо, и сейчас его не без оснований называют 
чудесным топливом будущего. Выделение энергии в ядерных реакциях в миллионы раз превышает энерговыделение при обычном горении. Ввиду быстрого истощения ресурсов естественных источников энергии на Земле (нефть, газ, уголь) актуальной является проблема овладения ядерной и водородной энергией. [4]













5.Выводы

На основании изучение данной темы можно сделать следующие выводы:

1.Знаменитый английский физик и химик Г. Кавендиш в 1766 году исследовал газ и назвал его «горючим воздухом». Французский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен. Лавуазье дал водороду название hydrogène (от греч. ὕδωρ — «вода» и γενναω — «рождаю») — «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году.

2.Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько катастроф, в ходе которых дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием, несмотря на его существенно более высокую стоимость.

3.Водород практически не встречается в природе в чистой форме и должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов. В нашем регионе Республики Коми ведется добыча углеводородного сырья ( природный газ ( г.Вуктыл), нефть (г.Усинск, г.Ухта), каменный уголь ( г.Воркута, г.Инта), что даёт в будущем производство водорода из различных источников данного сырья т.е. из углеводородов за счет паровой  конверсии  природного газа  ( метана).

4.Водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. При сжигании в чистом кислороде единственные продукты — высокотемпературное тепло и вода. Таким образом, при использовании водорода не образуются парниковые газы и не нарушается даже круговорот воды в природе. 

5.  В нашей стране впервые автомобильный двигатель на водороде работал в блокадном Ленинграде в 1942 году. В 80-е годы Авиационный научно-технический комплекс (АНТК) имени А.Н. Туполева создал летающую лабораторию (на базе самолета ТУ-154В), использующую в качестве топлива жидкий водород. В результате был создан первый в мире самолет на криогенном топливе — жидком водороде и сжиженном природном газе (СПГ), — ТУ-155. Космическая система «Шаттл» использует водород как топливо для блоков разгона. Водород применяется и для запуска ракеты-носителя «Энергия», предназначенной для доставки на орбиту сверхтяжелых грузов, в частности, корабля «Буран».

6. Интересен водород и для атомных электростанций как аккумулятор энергии. В проекте, который разрабатывали РНЦ «Курчатовский институт», ЛАЭС-1 и канадские фирмы AECL («Atomic Energy of Canada Limited») и «Stuart Energy» в 1990-1992 гг. Сегодня Ленинградская атомная электростанция  недовырабатывает примерно 400 млн. кВт • ч/год, что позволило бы произвести около 8 тыс. т водорода. Полученный водород предполагалось продавать в Финляндию и использовать в общественном транспорте в г. Сосновый Бор. Другим вариантом использования получаемого водорода рассматривалась его поставка на Киришский нефтеперерабатывающий завод. Получаемый при этом кислород мог бы стать основой производства озона для очистки промышленных стоков Санкт-Петербурга. [10] Ядерные превращения могут сопровождаться значительным выделением энергии. Так, в ядерных реакциях синтеза гелия и трития из ядер - изотопов водорода имеем

d + t 4He + n + 17,6 МэВ, d + d 3He + n + 3,3 МэВ, d + d t + p + 4,0 МэВ,

p + d 3He + g + 5,5 МэВ.

Символы p, n, d, t, He, g отвечают соответственно протону, нейтрону, ядрам дейтерия, трития, гелия и g-кванту. Напомним, что 1 МэВ = 106 эВ (электронвольт).

Проблема создания сверхвысоких температур и давлений, необходимых для "управляемых" взрывов мощностью в тонны тротилового эквивалента, при этом снимается, поскольку горение дейтерия инициируется небольшим взрывом заряда, состоящего из урана-233. В природе он не встречается; его получают из достаточно распространенного в природе тория. Причем тория и урана для взрывной энергетики требуется в тысячи раз меньше, чем для работы АЭС той же мощности. Соответственно в сотни раз уменьшается количество радиоактивных отходов, а химические загрязнения практически отсутствуют. [9]

Изучение возможных путей обеспечения человечества экологически чистой энергией показывает, что кардинальным решением этой проблемы может быть крупномасштабное производство с помощью ядерных реакторов не только электроэнергии и тепла, но и водорода в качестве энергоносителя для промышленности, энергетики, транспорта и бытовых нужд. В области ядерной энергетики активные исследования водородной безопасности ведутся в связи с опасностью возникновения пароциркониевой реакции при тяжелых авариях на АЭС. Нельзя забывать о трагедии на АЭС в Чернобыле. В связи с этим, оценивая предстоящие этапы развития ядерной энергетики, можно уверенно прогнозировать сочетание эволюционного улучшения отработанных и успешно реализуемых технических подходов с постепенной разработкой и освоением новых технологических решений, соответствующих требованиям ядерной энергетики будущего этапа. [11]







6.Список использованных интернет-источников .


6.1.Вид топлива - реферат, курсовая работа, диплом....

6.2.Водород как альтернативный вид топлива — текст работы revolution.allbest.ruПроизводство00019628_0.html

6.3.Водород как альтернативный вид топлива...xreferat.comПроизводство4212-1-vodorod-kak-al…

6.4.Водородное топливо для автотранспорта...referat.abc-english-grammar.comref.phpДиплом, курсовая, реферат - ...альтернативный вид топлива

6.5. Водородное топливо. | По типу работы webkursovik.rukartgotrab.asp?id=-103858

6.6.Водородное топливо для автотранспорта - Экология...KazEdu.kzreferat/69842

6.7. Водородное топливо как альтернативный вид...BestReferat.rureferat-275791.html

6.8.Водород как альтернативный вид топлива - рефераты...2dip.ruрефераты/743192/

6.9. Работа двигателя на водородном топливе. text.tr200.bizreferat_transport/?referat=186922…1

7.0.esco.co.uajournal/2006_6/art090-2.htm

Переход к водородному топливу - сердцевина глобальной энергетической революции XXI века.

7.1.kuzyk.ruallbooks/get_book.php?id=590&bookId=467

Г. Бокль. ГЛАВА  ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ 

7.2.h2club.rdmk.rusources/Vodorod_Book.pdf



7.3.Экология. Промышленная утилизация. Переработка...

novellamultimedia.narod.rupublic/2010-garbage-89…



7.4.На пути к водородной энергетикеБиблиотека Нон-фикшн...

lib.biblioclub.rubook…Na…k_vodorodnoi_energetike/



7.5.Яковец Ю.В. Россия: стратегия перехода к водородной...

studmed.rukuzyk…perehoda-k-vodorodnoy-energetike



7.6.Переход к водородному топливу

mosvet.rupage419-page4.html



7.7.На пути к водородной энергетике

otherreferats.allbest.ruФизика00256404_0.html



7.8.Б.Н., Кушлин В.И., Яковец Ю.В. На пути к водородной...

twirpx.comfile/298552/.



7.9.http://www.abitura.com/modern_physics/hydro_energy/hydro_energy3.html.



7.10.http://www.abitura.com/modern_physics/hydro_energy/hydro_energy2.html.



7.11.http://potential.org.ru/Phys/ArtDt200504231615PH4J4.

18


Очень низкие цены на курсы переподготовки от Московского учебного центра для педагогов

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 65% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: KURSY.ORG


Общая информация

Номер материала: ДВ-570429

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>