在我們的認知當中,水是一種不能燃燒的液體,它是在日常生活中經常使用的滅火物質。如果有人說水也可以燃燒,一般都會認為這是無稽之談,可能會認為這是不可能的,水怎麼可能會被點燃呢?
當然水並不能直接被點燃,這裡講的水可以“燃燒”並不是指水可以直接被點燃,我們這裡需要先將水轉化為可燃的氫氣(H2)。
水的化學性質:
水也就是氧化氫(H2O),水由H2O分子(水分子)組成的,1個H2O分子由兩個氫(H)原子和一個氧(O)原子組成。它是一種弱電解質可以發生微弱的電離現象,1個水分子可以電離出1個氫離子(H+)和1個氫氧根離子(OH-),在25℃的常溫狀態下1moL水可以電離出10^-7moL的氫離子(H+)和10^-7moL的氫氧根離子(OH-)。
水的電離方程式:
H2O ↹ H+ + OH-
純水在外加直流電源的情況下,負極這時變為陰極,正極這時變為陽極,陰極可以吸引水電離出的氫離子(H+),並讓氫離子(H+)得到電子發生還原反應變為氫氣(H2),陽極可以吸引水電離出的氫氧根離子(OH-),並讓氫氧根離子(OH-)失去電子變為氧氣(O2)和水(H2O)。
陰極反應方程式:
2H+ + 2e- = H2↑
陽極反應方程式:
4OH- -4e- = O2↑+ 2H2O
總反應方程式:
2H2O (通電)= 2H2↑ + O2↑
由於純水的導電性比較微弱,這裡我們可以在水中加入蘇打(Na2CO3)來增強導電性。
我們知道氫氣(H2)是一種高效無汙染的可燃性氣體,氫氣(H2)在空氣中燃燒的反應生成物也是水(H2O)。
氫氣在空氣中燃燒的化學方程式:
2H2 + O2 (點燃)= 2H2O
汽車不使用氫氣驅動的原因:
理論上可以在汽車油箱當中加入水,然後用上面的方法將水(H2O)轉化成氫氣(H2),最後再讓氫氣(H2)燃燒驅動汽車內燃機執行,但實際為什麼現在的汽車基本不採用這種方式驅動呢?
1、水電解過程的能量浪費:
我們知道水在電解的這個過程中有一部分能量成為了我們無法使用的能量,這個過程造成了能量的浪費。
2、汽車內燃機將熱能轉化為機械能的效率較低:
汽車內燃機大約只能讓30%~40%的熱能轉化為機械能,可燃物燃燒時釋放的熱能其實大部分都會被傳遞到空氣當中,只有少部分會被我們真正利用。
這也是為什麼現在提倡汽車採用蓄電池驅動的一方面原因,蓄電池將化學能轉化成電能的效率可以達到90%,直流電動機將電能轉化為機械能的效率可以達到80%,故汽車如果採用蓄電池驅動,這個整體的能量轉化效率可以達到72%。
透過上面的分析,我們可以看出直接使用蓄電池驅動汽車執行要比採用燃燒氫氣(H2)的能量利用率更高。我們沒有這個必要多此一舉使用上面的方法讓水(H2O)轉化成氫氣(H2),再讓氫氣(H2)燃燒驅動汽車內燃機執行,這樣做其實並沒有什麼效益只是會讓能量的轉化效率降低。