根据能量守恒定律,电解水产生氢气(H2)和氧气(O2)的过程中,消耗的电能等于产生的氢气与氧气的化学键能之和。
首先计算生成1千克氢气所需的能量:
1. 氢气的摩尔质量为2g/mol; 2. 1摩尔氢气含有2克氢原子,所以其化学键能为285.8kJ/mol(氢气的摩尔能量); 3. 因此,生成1千克氢气所需能量为285.8MJ。
然后考虑电解水的能耗:
1. 水电解过程中,需要将水分解为氢气和氧气,每分子水分解时会产生241.3kJ的能量; 2. 假设电解水过程中电能的利用率为100%,则消耗的电能为285.8MJ。
综上所述,电解水产生1千克氢气需要的电能约为285.8兆焦耳。