Номер 1, страница 238 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщения по темам (на выбор):

1. «Рождение и смерть звезды».

2. «Как получить водород из воды?».

3. «Технический проект ИТЭР».

4. «Использование радиоизотопов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине в странах мира и РК».

5. «Сравнительный анализ действия радиоактивного излучения на живые организмы».

6. «Последствия ядерных взрывов на Семипалатинском ядерном полигоне».

Водород — самый распространенный химический элемент во Вселенной, однако на Земле он практически не встречается в свободном виде. Основным его источником является вода ($H_2O$), молекула которой состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Чтобы получить газообразный водород ($H_2$) из воды, необходимо разрушить прочные химические связи в её молекуле. Этот процесс всегда требует затрат энергии. Существует несколько основных способов получения водорода из воды.

Электролиз воды. Это наиболее известный и технологически отработанный метод. Суть электролиза заключается в разложении воды на водород и кислород под действием постоянного электрического тока. Процесс проводят в специальном устройстве — электролизере. Чтобы обычная вода проводила ток, в неё добавляют электролит — кислоту, щелочь или соль. На катоде (отрицательном электроде) происходит восстановление молекул воды, что приводит к выделению газообразного водорода. На аноде (положительном электроде) происходит окисление молекул воды с выделением кислорода. Суммарное уравнение реакции выглядит следующим образом: $2H_2O \xrightarrow{электрический \ ток} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$. Эффективность этого метода может достигать 80%. Если для электролиза используется электроэнергия, полученная из возобновляемых источников (солнечная, ветровая), то производимый водород называется «зелёным», так как его получение не связано с выбросами парниковых газов.

Термическое разложение воды (термолиз). Этот метод предполагает разложение воды под воздействием очень высокой температуры. Прямой термолиз, то есть распад молекул $H_2O$ на $H_2$ и $O_2$ без катализаторов, становится заметным лишь при температурах выше 2000 °C и требует около 3000 °C для эффективного протекания. Поддержание таких температур является чрезвычайно сложной инженерной задачей и требует больших энергозатрат. Для снижения температурного порога разрабатываются термохимические циклы — многостадийные процессы, где вода реагирует с различными химическими соединениями, которые впоследствии регенерируются. Например, в серно-йодном цикле максимальная температура процесса составляет около 850–900 °C. Суммарно происходит разложение воды, но через серию промежуточных реакций.

Фотокаталитическое разложение воды (фотолиз). Данный метод основан на использовании энергии света, как правило, солнечного, для разложения воды. Этот процесс, также известный как «искусственный фотосинтез», требует наличия фотокатализатора — вещества, которое поглощает фотоны света и инициирует химическую реакцию, не расходуясь при этом. В качестве катализаторов часто используются полупроводниковые материалы, например, оксид титана ($TiO_2$). Под действием света в катализаторе генерируются пары электрон-дырка, которые запускают на его поверхности реакции восстановления воды до водорода и её окисления до кислорода. Суммарная реакция: $2H_2O \xrightarrow{h\nu, \ катализатор} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$, где $h\nu$ — энергия фотона. Фотолиз является одним из самых перспективных направлений для производства экологически чистого водорода, но пока находится на стадии лабораторных исследований из-за недостаточной эффективности и стабильности катализаторов.

Ответ: Водород из воды можно получить несколькими способами, основными из которых являются: 1. Электролиз — разложение воды электрическим током, наиболее разработанный промышленный метод, позволяющий получать «зелёный» водород при использовании возобновляемой энергии. 2. Термолиз — высокотемпературное разложение воды, требующее экстремальных температур (свыше 2000 °C) или использования более сложных термохимических циклов для снижения температуры. 3. Фотолиз (фотокатализ) — разложение воды под действием света с использованием катализаторов, перспективный, но пока не вышедший на промышленный уровень метод.