Электролиз хлорида натрия

Электролиз хлорида натрия с образованием гипохлорита и хлорноватистой кислоты происходит в электролизерах 1, снабженных активированными ПТА и стальными катодами. Электролит, содержащий указанные компоненты, за счет подъемной силы водорода, образующегося на катоде, быстро поднимается по трубам 2 и поступает в сепараторы 3, где водород отделяется от жидкости. Реакция между гипохлоритом и хлорноватистой кислотой протекает в основном вне электролизера, во всей циркуляционной системе. Водород промывается в емкости / и отводится из системы. Раствор из сепараторов 4 поступает в реакционный бак 3, где образуется хлорат натрия из гипохлорита и хлорноватистой кислоты.  [2]

Процесс электролиза хлорида натрия с образованием гипохлорита и хлорноватистой кислоты происходит в электролизерах 1, снабженных активированными плати-но-титановыми анодами и стальными катодами. Электролит, содержащий указанные компоненты, за счет подъемной силы водорода, образующегося на катоде, быстро поднимается по трубам 2 и поступает в сепараторы 3, где водород отделяется от жидкости. Реакция между гипохлоритом и хлорноватистой кислотой протекает в основном вне электролизера, во всей циркуляционной системе.  [3]

При электролизе хлорида натрия образующиеся гипохлорит и хлорноватистая кислота выносятся из электролизера выделяющимся на катоде водородом в узкие трубки 2, по которым электролит поднимается в сепараторы 3, где водород отделяется от жидкой фазы.  [4]

Если вести электролиз хлорида натрия ( или калия) без диафрагмы при температуре не выше 20 С, создаются условия, благоприятные для образования гипохлоритов. При температуре около 70 — 75 С без диафрагмы в слабокислой среде и при большом содержании в электролите исходных хлоридов образуются преимущественно хлораты.  [5]

Например, электролиз хлорида натрия в водном растворе протекает иначе, чем в расплаве. В результате этого у катода выделяется водород. У анода процессы в данном случае и в расплаве и в растворе аналогичны.  [6]

Второй способ электролиза хлорида натрия — мембранный только начали применять в промышленности. Существенным его отличием от диафрагменного является замена диафрагмы тонкой полимерной мембраной, разделяющей анодное и катодное пространства. Мембрана, обладая ионной проводимостью, создает надежный диффузионный барьер между анолитом и католитом. Два циркуляционных контура обеспечивают протекание через электролизер разных по составу растворов. В анодное пространство подается раствор хлорида натрия. Требования к очистке соли для этого способа электролиза значительно выше, чем при диафрагменном. В процессе электролиза раствор обедняется за счет разряда на поверхности анода анионов хлора и миграции через мембрану катионов натрия. В катодном пространстве циркулирует раствор щелочи.  [7]

Получение хлора электролизом хлорида натрия ( подобно тому, как это описано выше в пп.  [8]

По отношению к электролизу хлоридов натрия и калия установилось представление, что получение перхлоратов непосредственно из хлоридов и гипохлоритов совершенно невозможно.  [9]

В промышленности хлор получают электролизом хлорида натрия.  [10]

Таким образом, при электролизе хлорида натрия образуются три технически важных продукта — щелочь, хлор и водород.  [11]

В первую очередь при электролизе хлорида натрия должны были б разряжаться ионы с наименьшими по абсолютному значению п тенциалами разряжения Н4 и ОН, но на графитовых анодах поте циал перенапряжения кислорода больше, чем хлора, и в основнс разряжается хлор. Поэтому при электролизе водного раствора хл ( рида натрия будут разряжаться ионы хлора и водорода, а нака: ливаться ионы натрия и гидроксид-ионы, образующие гидрокс натрия.  [12]

В первую очередь при электролизе хлорида натрия должны были бы разряжаться ионы с наименьшими по абсолютному значению потенциалами разряжения Н и ОН -, но на графитовых анодах потенциал перенапряжения кислорода больше, чем хлора, и в основном разряжается хлор. Поэтому при электролизе водного раствора хлорида натрия будут разряжаться ионы хлора и водорода, а накапливаться ионы натрия и гидроксид-ионы, образующие гидроксид натрия.  [13]

При получении хлора и щелочи электролизом хлорида натрия с ртутным катодом на жидком ртутном катоде выделяется натрий, образуя амальгаму, а анодный процесс идет так же, как и в способе с твердым катодом. Таким образом, в ванне с жидким ртутным катодом образуются амальгама натрия и хлор. Переработка амальгамы натрия возможна несколькими путями.  [14]

Электрохимический метод, основанный на электролизе хлорида натрия. был разработан русскими учеными А. П. Лидовым и В.  [15]

Страницы:    9ensp;9ensp;1  9ensp;9ensp;2  9ensp;9ensp;3  9ensp;9ensp;4

Поделиться ссылкой:

Электролиз раствора хлорида натрия

Электролиз раствора NaCl – наиболее простой и экономичный метод одновременного получения трех важнейших химических продуктов – хлора, водорода и гидроксида натрия с использованием дешевого и доступного природного сырья. Это самое крупномасштабное электрохимическое производство. Суммарная реакция в электролизере может быть выражена уравнением

Хлор применяют в больших масштабах как сырье для производства хлорорганических растворителей и пластмасс, синтетических каучуков, химических волокон, ядохимикатов. В металлургии хлор применяется для хлорирующего обжига руд, в текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности – для очистки и отбеливания целлюлозы, бумажной массы и тканей. Большие количества хлора идут на очистку и стерилизацию сточных вод и питьевой воды.

Гидроксид натрия используется в производстве многих химических продуктов, прежде всего в промышленном органическом синтезе, в целлюлозно-бумажном производстве, в производстве искусственных волокон, в металлургии (производство алюминия), в нефтехимической промышленности и др.

О значении водорода как топлива будущего и химическом реагенте говорилось раньше.

Электролиз раствора NaCl осуществляется двумя методами, различными по характеру электродных процессов и по аппаратурному оформлению:

1. электролиз с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой;

2. электролиз без диафрагмы с жидким ртутным катодом.

Газообразные продукты – хлор и водород при любом способе отличаются высокой чистотой. При электролизе с ртутным катодом и третий продукт – раствор гидроксида натрия имеет высокую концентрацию NaOH и является химически чистым. Благодаря чистоте получаемых продуктов, простому и компактному аппаратурному оформлению, а также одностадийности процесс электролиза раствора NaCl является единственным в мире способом производства хлора и основным способом получения гидроксида натрия.

Электролиз раствора NaCl с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой

При реализации этого процесса на катоде в соответствии с значениями электродных потенциалов протекают следующие процессы:

Материалами для катода служит сталь, на которой водород выделяется с относительно невысоким перенапряжением (0,3 В). В реальных условиях электролиза (концентрированный раствор NaCl, содержащий NaOH, температура 90°С) фактический потенциал выделения водорода составляет около – 0,845 В. Снижение потенциала до 0,3 – 0,4 В можно достичь применением пористых графитовых катодов, для упрочнения и гидрофобизации пропитанных политетрафторэтиленом и активированных солями меди или серебра.

Накапливающиеся в катодном пространстве гидроксид-ионы образуют нейтральные молекулы гидроксида натрия

На аноде выделяется хлор:

Материалом анода служит оксидно-рутениевая система (композиция из оксидов рутения и титана, нанесенных на титановую основу), обладающая прочностью и химической инертность по отношению к кислороду являющемуся побочным продуктом, образующемся на аноде:

Кроме того, в объеме электролита анодного пространства в результате гидролиза хлора идут побочные химические реакции:

Образующийся в результате этой последовательной реакции гипохлорит анион претерпевает анодное окисление

Побочные реакции снижают выход по току основных продуктов и повышают расходные коэффициенты по энергии. Поэтому условия электролиза и концентрация электролитов должны обеспечивать минимальное протекание побочных реакций и достижение максимального выхода по току целевых продуктов. Для этого электролиз реализуют в электролизерах непрерывного действия с вертикальными фильтрующими диафрагмами при противотоке движения электролита и OH – ионов. Схема электролизера представлена на рис. 1.

Электролиз хлорида натрия

Корпус ванны в этой конструкции разделен на катодное и анодное пространства пористой диафрагмой из асбеста, модифицированного полимерными веществами. Диафрагма плотно прилегает к перфорированному стеклянному катоду. В современных электролизерах катоды имеют гребенчатую разветвленную форму с целью развития поверхности. В анодном пространстве расположен оксидно-рутениевый анод. Очищенный рассол подают в анодное пространство и вследствие гидростатического давления он фильтруется через диафрагму и катод в катодное пространство. Из катодного пространства непрерывно отводят водород и раствор гидроксида натрия, а из анодного – хлор. В образующемся хлор-газе содержится 95 – 96% Cl2. Хлор-газ охлаждают до 20°С (при этом конденсируется вода) и дополнительно сушат промывкой концентрированной серной кислотой. Катодный продукт – раствор гидроксида натрия содержит 120 – 140 г/л NaOH и 170 – 180 г/л неразложившегося NaCl. Раствор выпаривают, при этом NaCl переходит в твердую фазу, т.к. его растворимость резко снижается с увеличением концентрации NaOH. После выпарки и плавки щелоков получают безводны гидроксид натрия, содержащий 92 – 95% NaOH и 2 – 4% NaCl.

Благодаря противотоку электролита и ионов OH -. последние практически не попадают в анодное пространство и побочные реакции (5 ), (7 ) – (9 ), за которые они ответственны, предельно минимизированы.

Электролиз раствора хлорида натрия с ртутным катодом

На ртутном катоде электродные реакции (1 ) и (2 ) идут с большим перенапряжением – потенциал разряда составляет 1,7 – 1,8 В. Натрий выделяется на ртутном катоде с большим эффектом деполяризации и потенциал разряда Na + на ртути много ниже стандартного и равен 1,23 В. Явление деполяризации ртутного катода обеспечивается тем, что разряд ионов натрия происходит с образованием химического соединения – амальгамы натрия

которая непрерывно отводится с поверхности анода, растворяясь в избытке ртути. На перфорированном графитовом (или оксидно-рутениевом) аноде выделяется хлор

Амальгаму натрия, содержащую 0,1 – 0,3% Na выводят из электролизера и разлагают нагретой водой в отдельном реакторе-разлагателе. В разлагателе идет электрохимическая реакция, соответствующая процессу в короткозамкнутом гальваническом элементе NaHg n [NaOH] С в котором амальгама служит катодом

Электролиз хлорида натрия

Схема электролизера с ртутным катодом представлена на рисунке 2.

Глубоко очищенный концентрированный раствор NaCl подают в наклонный удлиненный электролизер, по дну которого самотеком, противотоком рассолу, движется ртуть, служащая катодом. Над ртутью расположен горизонтальный оксидно-рутениевый (или перфорированный графитовый) анод, погруженный в рассол. Анодная жидкость, содержащая непрореагировавший NaCl, выводится из электролизера совместно с хлор-газом, от которого отделяется в сепараторах и продувочных колоннах (на схеме не показаны). Хлор подают на осушку, а обесхлоренный рассол после очистки от ртути и примесей насыщается каменной солью и возвращается в электролизер. Амальгама натрия из электролизера перетекает в наклонный реактор-разлагатель, где движется противотоком дистиллированной воде, подаваемой в количестве, обеспечивающем получение 45%-ого раствора NaOH. На дне разлагателя размещены гребенчатые графитовые плиты, образующие с амальгамой короткозамкнутый гальванический элемент NaHg n [NaOH] С. Отводимый гидроксид натрия отделяют в сепараторах от водорода и передают потребителям. Ртуть, вытекающую из разлагателя, ртутным насосом перекачивают в электролизер.

Поскольку на стадии электролиза щелочь не образуется, то в процессе с ртутным катодом исключены побочные реакции (5 ), (7 ) – (9 ) и процесс характеризуется высоким выходом по току и энергии.

Однако, метод электролиза с ртутным катодом требует особо тщательной очистки исходного циркулирующего рассола, так как примеси магния, железа, кальция и других металлов снижают перенапряжение водорода на ртутном катоде, что может привести к нарушению катодного процесса и взрывам.

Электролиз с ртутным катодом дает высококонцентрированные, химически чистые растворы гидроксида натрия, которые необходимы для целого ряда потребителей, прежде всего в производстве искусственных волокон, при синтезе и подготовки ионообменных материалов и др. Но использование ртути вредно для здоровья людей. Для получения химически чистых растворов NaOH начали применять электролиз раствора NaCl с ионообменной (катионообменной) мембраной, разделяющей катодное и анодное пространства. Этот метод более сложен по аппаратурному оформлению и эксплуатации аппаратуры, но значительно безопаснее, чем ртутный. Мембранный метод электролиза, так же как и диафрагменный, может считаться малоотходным технологическим процессом.

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Электролиз хлорида натрия

 9ensp;9ensp;9ensp;Для получения чистой каустической соды. не содержащей хлорида натрия. которая удовлетворяла бы требованиям вискозной промышленности, кроме электролиза хлорида натрия с ртутным катодом предложен ионообменный метод электролиза. Сущность метода заключается в том, как видно из рис. 39, что процесс электролиза хлорида натрия осуществляется в электролизерах с твердым катодом с использованием взамен асбестовой диафрагмы селективной ионообменной мембраны. которая пропускает ионы натрия в катодное пространство и препятствует прохождению туда ионов хлора. Диафрагма препятствует также прохождению ионов гидроксила из катодного пространства в анодное. [c.116]

 9ensp;9ensp;9ensp;Вариант II. Электролиз хлорида натрия в электролизере с ионообменной /мембраной [c.173]

 9ensp;9ensp;9ensp;При электролизе хлорида натрия током в 1050 А в течение суток выделилось 30,5 кг хлора. Вычислить коэффициент полезного действия тока. [c.211]

 9ensp;9ensp;9ensp;Для электролиза хлорида натрия с ионообменной мембраной можно применять электролизер фильтр-прессной конструкции с рамами круглого или прямоугольного сечения (рис. 27.5). В процессе электролиза циркуляцию анолита и католита осуществляют насосами. [c.174]

 9ensp;9ensp;9ensp;Другое обстоятельство, которое может привести к нарушению последовательности разряда ионов ,— природа катода. Так, на ртутном катоде — по сравнению с платиновым или графитовым — для разряда ионов водорода требуется значительно большее напряжение. Ионы натрия на ртутном катоде разряжаются предпочтительнее ионов водорода и в результате образуется амальгама натрия. По этой причине ртутный электрод является основным в промышленном способе получения натрия электролизом хлорида натрия (см. рис. 18.5). [c.267]

 9ensp;9ensp;9ensp;Вариант I. Электролиз хлорида натрия по методу с фильтрующей диафрагмой [c.171]

 9ensp;9ensp;9ensp;В промышленности хлор получают электролизом хлорида натрия. Газообразный хлор выделяется на аноде  [c.167]

 9ensp;9ensp;9ensp;При получении хлора и щелочи электролизом хлорида натрия с ртутным катодом на жидком ртутном катоде выделяется натрий, образуя амальгаму, а анодный процесс идет так же, как и в способе с твердым катодом. Таким образом, в ванне с жидким ртутным катодом образуются амальгама натрия и хлор. Переработка амальгамы натрия возможна несколькими путями. [c.374]

 9ensp;9ensp;9ensp;Помимо хлора и серной кислоты. производство широкого ассортимента красителей требовало и других разнообразных химикатов, в особенности дешевой соды. Старый леблановский способ получения соды был единственным способом, применявшимся в производстве до 1870 г. В 1863 г. бельгийский химик Э. Сольвей (1838—1922) на основе открытой еще в 1811 г. (физиком и химиком О. Ж- Френелем) реакции хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония разработал аммиачный способ производства соды. оказавшийся более дешевым и дающим более чистый продукт. Промышленное производство соды по этому методу началось в 1873 г. Каустическая сода (едкий натр ) также стала производиться по новому методу — электролизом хлорида натрия. Получавшийся при этом хлор частично использовался для производства соляной кислоты. [c.268]

 9ensp;9ensp;9ensp;Определите теоретический расход электроэнергии на 1 т едкого натра и на 1 т хлора при диафрагменном способе электролиза хлорида натрия, если теоретическое напряжение [c.107]

 9ensp;9ensp;9ensp;Если теперь почленно сложить уравнения этих двух электродных реакций (предварительно умножив первое на 2), то падучим общее, или суммарное, уравнение электролиза хлорида натрия  [c.94]

 9ensp;9ensp;9ensp;При электролизе хлорид натрия разлагается и содержание его в электролите уменьшается. Кроме поваренной соли. при электролизе расходуются в небольших количествах на побочные процессы и на замену отработанного электролита солевые добавки к Na l, снижающие температуру плавления электролита. Фториды теряются главным образом на реакции взаимодействия их с футеровкой ванны и влагой электролита. Хлорид кальция гидроскопи-чен и частично гидролизуется теми небольшими примесями влаги, которые имеются в электролите и в воздухе, соприкасающемся с открытым электролитом. Какие бы солевые добавки ни применялись, в том и другом случае образуется шлам, состав и колйчество которого зависят от характера побочных процессов. К последним относятся реакция взаимодействия с влагой и составными частями футеровки, а также окисление натрия и взаимодействие натрия и его окислов с примесями в электролите сульфатов, железа и т. п. [c.316]

 9ensp;9ensp;9ensp;IV. Получение хлора электролизом хлорида натрия (подобно тому, как это описано выше в пп. I и И). [c.268]

 9ensp;9ensp;9ensp;Таким образом, при электролизе хлорида натрия образуются три технически важных продукта — щелочь, хлор и водород. [c.247]

 9ensp;9ensp;9ensp;Желто-зеленый. тяжелый гаг, с резким запахом, l получается в больших масштабах при электролизе хлорида натрия. Используется как отбеливающий агент и в производстве хлорсодержащих органических растворителей и полимеров. [c.212]

 9ensp;9ensp;9ensp;Ионы, присутствующие в растворе электролита, могут переносить значительно большее количество электричества между электродами, чем немногочисленные ионы, имеющиеся в чистой воде. При электролизе хлорида натрия ионы натрия в растворе передвигаются к катоду, где их положительные заряды компенсируют отрицательные заряды ионов гидроксила. образующихся в результате катодной реакции. Точно так же хлорид-ионы. приближаясь к аноду, компенсируют электрические заряды ионов водорода. образующихся в результате анодной реакции. [c.311]

 9ensp;9ensp;9ensp;В — от об. до 60°С при электролизе хлорида натрия. И — графитовые аноды. пропитанные льняным маслом. [c.359]

 9ensp;9ensp;9ensp;В, но на практике берут вдвое большую величину, а температуру поднимают до 873 К. Выход по току равен примерно 80%, и, следовательно, потребление энергии при электролизе хлорида натрия не больше, чем при электролизе гидроокиси натрия. [c.113]

 9ensp;9ensp;9ensp;По отношению к электролизу хлоридов натрия и калия установилось представление, что получение перхлоратов непосредственно из хлоридов и гипохлоритов совершенно невозможно. [c.445]

 9ensp;9ensp;9ensp;Электролиз щироко используется в промышленности для выделения и очистки металлов. получения едких щелочей. хлора, водорода и других химических продуктов. Активные металлы. например, натрий, получают не электролизом водных растворов солей. а электролизом их расплавов. Так, при электролизе хлорида натрия на катоде выделяется металлический натрий. а на аноде — хлор  [c.232]

 9ensp;9ensp;9ensp;Уравнение (1-1) представляет собой не что иное, как сумму уравнений (1-2) и (1-3), поскольку металлический натрий. являющийся продуктом реакции (1-2), расходуется в качестве реагента в реакции (1-3). Нет ничего удивительного в том, что при электролизе хлорида натрия в виде расплава и в виде раствора на катоде выделяются разные продукты. При наличии воды часть ее молекул Н2О диссоциирует на ионы Н» и ОН. Поскольку ион Н» сильнее притягивает к себе электрон (обладает большим сродством к электрону), чем ион Ка», ионы Н» отнимают электроны у металлического натрия. в результате чего на аноде образуется Н2, а не Ка, а ионы Ка » остаются в растворе. В отличие от этого ионы Си » имеют большее сродство к электрону, чем ионы Н «, поэтому анодным продуктом электролиза СиОз является металлическая медь независимо от того, проводится ли электролиз в расплаве или в водном растворе (см. рис. 1-9). В табл. 1-8 указаны типичные продукты электролиза различных растворов и расплавов. Электрохимические реакции и устройство электролизеров подробно обсуждаются в гл. 19. В настоящий момент нас больше интересует то, что могут сказать электрохимические реакции о химической связи. [c.42]

 9ensp;9ensp;9ensp;Хлорат натрия ЫаСЮз, как и K IO3, — бесцветное кристаллическое вещество. Na IOg сильно гигроскопичен и на воздухе расплывается. При 20°С 101 его весовая часть растворяется в 100 весовых частях воды. Благодаря этому обстоятельству он не может быть получен по способу Либиха. и его получают электролизом хлорида натрия Na l. [c.609]

 9ensp;9ensp;9ensp;Хлор для последней реакции получают электролизом хлорида натрия (хлор образуется при электролизе и расплава, и раствора Na l для простоты можно написать уравнение электролиза расплава)  [c.293]

 9ensp;9ensp;9ensp;Гидроксид натрия NaOH (каустик. щелок)—белые расплывающиеся щарики, гранулы или чешуйки. Оказывает сильное раздражающее действие на ткани человеческого организма. Токсичен. Получается путем электролиза хлорида натрия. Используется в растворах на водной основе для повышения pH для растворения лигнита, лигносульфонатов и танни-нов для противодействия коррозии и для нейтрализации сероводорода. Концентрации от 0,6 до 11 кг/м. Потребление в 1978 г. около 45 тыс. т. [c.497]

 9ensp;9ensp;9ensp;Электрохимический метод. основанный на электролизе хлорида натрия, был разработан русскими учеными А. П. Лидовым и В. Тихомировым (1882) и С. Н. Степановым (1890), который предложил оригинальную конструкцию электролизеров. Химический метод как более экономичный вытеснил электрохимический метод. В последнее время в связи с необходимостью получения и использования гипохлорита на месте потребления возник интерес к электрохимическому методу. который позволяет организовать необходимые установки в зависимости от масштабов потребления. [c.139]

 9ensp;9ensp;9ensp;Гидроокись натрия (eOKiiu натр, каустическая сода ) NaOH представляет собой белое, гигроскопичное (притягивающее воду) твердое вещество. легко растворимое в воде. Растворы гидроокиси натрия напоминают мыльные растворы и сильно разъедают кожу [поэтому слово едкий вошло в название каустическая (едкая) сода ]. Гидроокись натрия получают или электролизом хлорида натрия (г.л. ХП1), или действием гидроокиси кальция Са(ОН)г на карбонат натрия Na2 03  [c.110]

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ

Электролиз раствора NaCl — наиболее простой и экономичный метод одновременного получения трех важнейших химических продуктов — хлора, водорода и гидроксида натрия с использовани­ем дешевого и доступного природного сырья. Электролитическое получение хлора, водорода и щелочей — самое крупнотоннажное электрохимическое производство. Суммарная реакция в электролизере может быть выражена уравнением

Хлор применяется в больших масштабах как исходный материал для производства хлорорганических растворителей, пластических масс, синтетических каучуков, химических волокон, ядохимикатов. В металлургии хлор применя­ют для хлорирующего обжига руд, в текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности для очистки и отбелки целлюлозы.

Исходным материалом для электролитического производства хлора, гидроксида натрия и водорода служит очищенный от при­месей концентрированный раствор (рассол), содержащий 305— 310 г/дм 3 NaCl. Сырьем для получения рассола могут служить ка­менная соль, озерная соль, природные подземные растворы NaCl.

Электролиз раствора NaCl осуществляют двумя методами, раз­личными по электрохимическим процессам на электродах и по аппаратурному оформлению: 1) электролиз с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой и 2) электролиз без диафрагмы с жид­ким ртутным катодом. Газообразные продукты — хлор и водород при любом способе отличаются высокой чистотой. При электролизе с жидким ртутным катодом и третий продукт — раствор гидро­ксида натрия имеет высокую концентрацию NaOH и является хи­мически чистым. Благодаря чистоте получаемых продуктов, про­стому и компактному аппаратурному оформлению, а также не­сложности, одностадийности химико-технологической системы элек­тролиз раствора NaCl сейчас единственный в мире способ произ­водства хлора и основной способ производства гидроксида натрия.

Электролиз раствора NaCl с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой. Выход продуктов электролиза раствора NaCl зави­сит от селективности электрохимических реакций на электродах и от химических реакций в объеме электролита. При прохождении постоянного электрического тока через электролит, содержащий ионы Na +. Cl –. H + и ОН –. последовательность разряда этих ионов на электродах первоначально определяется величинами их стан­дартных электродных потенциалов. На катоде происходит исключительно выделение водорода, поскольку потен­циал разряда натрия имеет высокое зна­чение.

Материалом для катода служит сталь, на которой водород выделяется с относительно невысоким перенапряжением (0,3 В). В ре­альных условиях электролиза (концентрированный раствор NaCl, содержащий NaOH, температура 90°С) фактический потенциал выделения водорода составляет около —0,845 В. Снижения потенциала до 0,3—0,4 В можно достигнуть применением пористых графитовых катодов, для упрочнения и гидрофобизации пропитан­ных политетрафторэтиленом и активированных солями меди или серебра.

Материалом для анодов ранее служил графит. Сейчас применяют оксидно-рутениевые аноды (композиция из оксидов титана и рутения, нанесенных на титановую основу). Оксидно-рутениевые аноды более прочны, чем графитовые, и не реагируют с кислоро­дом, образующимся вследствие побочной анодной реакции. Стан­дартный потенциал хлора более электроположителен, чем ОН-ионов, но на угольных и оксидно-рутениевых анодах ОН-ионы раз­ряжаются с большим перенапряжением; поэтому основной анод­ный процесс — выделение хлора. Выделению хлора на аноде способствует повышение концентрации NaCl в исходном электролите и повышение температуры, так как в этих условиях понижается равновесный потенциал разряда С1 –. а также фак­тический электродный потенциал ввиду уменьшения перенапря­жения разряда хлорид-ионов.

В промышленных условиях при электролизе раствора NaCl на­ряду с основными электрохимическими реакциями идут побоч­ные— на аноде и в объеме электролита.

На аноде образуется кислород, при взаимодействии которого с углеродом графитового анода об­разуется диоксид углерода.

В объеме электролита анодного пространства в результате гидролиза хлора идут химические реакции с образованием побочных продуктов гипохлорита, хлората и хлорида натрия.

В межэлектродном пространстве, куда вследствие диффузии попадают ионы ОН –. идет реакция

HOCI + NaOH ® NaOCl + Н2 О

На аноде происходит электрохимическое окисление ионов ОС1 – с образованием хлората:

Побочные реакции снижают вы­ход по току основных продуктов и повышают расходные коэффи­циенты по электроэнергии. Усло­вия электролиза и конструкция электролизеров направлены на минимальное протекание побочных реакций и достижение максимального выхода по току целевых продуктов. Для этого электро­лиз реализуют в электролизерах непрерывного действия с верти­кальными фильтрующими диафрагмами при противотоке движе­ния электролита и ОН-ионов. Схема элемента электролизера представлена на рис. 4.

Корпус ванны, обычно прямоугольный, разделен на катодное и анодное пространства пористой диафраг­мой из асбеста, модифицированного полимерными веществами. Диафрагма плотно прилегает к перфорированному (с множеством отверстий) или сетчатому стальному катоду. В современных электролизерах катоды имеют гребенчатую разветвленную форму с целью развития поверхности. В анодном пространстве располо­жен оксидно-рутениевый анод. Очищенный рассол подают в анод­ное пространство и вследствие гидростатического давления он фильтруется через диафрагму и катод в катодное пространство. Из катодного пространства непрерывно отводят водород и раствор гидроксида натрия, а из анодного пространства — хлор. В образующемся хлор-газе содержится 95—96% С12. Хлор-газ охлаждают до 20°С (при этом конденсируется вода) и дополнительно сушат промывкой концентрированной серной кислотой. Для транспортировки хлор сжижают под давлением 1—1,2 МПа (или при —5—25°С под давлением 0,3—0,6 МПа) и перевозят в баллонах или цистернах. Катодный продукт — раствор гидроксида натрия содержит 120—140 г/дм 3 NaOH и 170—180 г/дм 3 не разложивше­гося NaCl. Раствор выпаривают, при этом NaCl переходит в твер­дую фазу, так как его растворимость резко понижается с увеличе­нием концентрации NaOH.

B последние годы для электролиза раствора NaCl начали при­менять фильтрпрессные электролизеры большой мощности с би­полярными электродами.

Электролиз раствора хлорида натрия с ртутным катодом. На ртутном катоде водород выделяется с большим перенапряжением; потенциал разряда иона Н+ на ртутном катоде составляет 1,7 — 1,85 В. Натрий выделяется на ртутном катоде с большим эффек­том деполяризации, т. е. потенциал разряда иона Na + на ртути много ниже стандартного и равен 1,23 В. Явление деполяризации ртутного катода обеспечивается тем, что разряд ионов натрия про­исходит с образованием химического соединения — амальгамы натрия, которая непрерывно отводится с поверхности анода, растворяясь в избытке ртути. На перфорированном графитовом (или оксидно-ру­тениевом) электроде выделяется хлор.

Амальгаму натрия, содержащую 0,1—0,3% Na, выводят из элек­тролизера и разлагают нагретой водой в другом реакторе-разлагателе.

Схема электролизера с ртутным катодом показана на рис. 5.

Глубоко очищенный концентрированный раствор NaCl подают в наклонный удлиненный электролизер, по дну которого самотеком, противотоком рассолу, движется ртуть, служащая катодом. Над ртутью расположен горизонтальный оксидно-рутениевый (или пер­форированный графитовый) анод, погруженный в рассол. Хлор подают на осушку, а обесхлоренный рассол после очистки от ртути, до насыщения каменной солью и реагентной очистки от примесей вновь возвращается в электролизер. Амальгама натрия из элек­тролизера перетекает в наклонный реактор-разлагатель, где дви­жется противотоком дистиллированной воде, подаваемой в коли­честве, обеспечивающем получение 45%-ного раствора NaOH. На дне разлагателя размещены гребенчатые графитовые плиты, образующие с амальгамой короткозамкнутый гальванический элемент NaHgn [NaОH]C. Раствор гидроксида натрия в сепараторах отделяют от водорода и передают потреби­телям. Ртуть, вытекающая из разлагателя, ртутным насосом пе­рекачивают в электролизер.

Метод электролиза с ртутным катодом требует особо тщатель­ной очистки исходного циркулирующего рассола, так как примеси магния, железа, кальция и других металлов снижают перенапря­жение водорода на ртутном катоде, что может привести к на­рушению катодного процесса и к взрывам. Для подавления раз­ряда ионов Н + применяют высокую плотность тока.

Электролиз с ртутным катодом дает, химически чистые растворы гидроксида натрия. Но использование ртути вредно для здо­ровья людей. Для получения химически чистых растворов NaOH начали применять электролиз раствора NaCl с ионообменной (катионообменной) мембраной, разделяющей катодное и анодное про­странства. Этот метод более сложен по аппаратурному оформле­нию и эксплуатации аппаратуры, но он значительно безопаснее, чем ртутный. Мембранный метод электролиза, так же как и диафрагменный, может считаться малоотходным технологическим процессом.

Электролиз растворов
и расплавов солей (2 ч)

Занятия элективного курса «Электрохимия»

Цели первого урока: научить писать схемы электролиза растворов и расплавов солей и применять полученные знания для решения расчетных задач; продолжить формирование навыков работы с учебником, тестовыми материалами; обсудить применение электролиза в народном хозяйстве.

П л а н п е р в о г о у р о к а

1. Повторение изученных способов получения металлов.

2. Объяснение нового материала.

3. Решение задач из учебника Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана «Химия-9» (М. Просвещение, 2002), с. 120, № 1, 2.

4. Проверка усвоения знаний на тестовых заданиях.

5. Сообщение о применении электролиза.

Цели первого урока: научить писать схемы электролиза растворов и расплавов солей и применять полученные знания для решения расчетных задач; продолжить формирование навыков работы с учебником, тестовыми материалами; обсудить применение электролиза в народном хозяйстве.

ХОД ПЕРВОГО УРОКА

Повторение изученных способов получения металлов на примере получения меди из оксида меди(II).

Запись уравнений соответствующих реакций:

Электролиз хлорида натрия

Еще один способ получения металлов из растворов и расплавов их солей – электрохимический. или электролиз .

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах при пропускании электрического тока через расплав или раствор электролита .

Электролиз расплава хлорида натрия:

катод (–) (Na + ): Na + + е = Na 0 ,

анод (–) (Cl – ): Cl – – е = Cl 0. 2Cl 0 = Cl2 ;

Электролиз раствора хлорида натрия:

катод (–) (Na + ; Н + ): H + + е = H 0. 2H 0 = H2

анод (+) (Cl – ; OН – ): Cl – – е = Cl 0. 2Cl 0 = Cl2 ;

Электролиз раствора нитрата меди(II):

катод (–) (Cu 2+ ; Н + ): Cu 2+ + 2е = Cu 0.

анод (+) ( OН – ): OH – – е = OH 0.

Эти три примера показывают, почему электролиз проводить выгоднее, чем осуществлять другие способы получения металлов: получаются металлы, гидроксиды, кислоты, газы.

Мы писали схемы электролиза, а теперь попробуем написать сразу уравнения электролиза, не обращаясь к схемам, а только используя шкалу активности ионов:

Электролиз хлорида натрия

Примеры уравнений электролиза:

Решение задач из учебника Г.Е.Рудзитиса и Ф.Г.Фельдмана (9-й класс, с. 120, № 1, 2).

Задача 1. При электролизе раствора хлорида меди(II) масса катода увеличилась на 8 г. Какой газ выделился, какова его масса?

(Cu) = 8/64 = 0,125 моль,

(Cu) = (Сl2 ) = 0,125 моль,

Ответ. Газ – хлор массой 8,875 г.

Задача 2. При электролизе водного раствора нитрата серебра выделилось 5,6 л газа. Сколько граммов металла отложилось на катоде?

(Ag) = 4 (O2 ) = 4•25 = 1 моль,

m (Ag) = 1•107 = 107 г.

Ответ. 107 г серебра.

1. При электролизе раствора гидроксида калия на катоде выделяется:

а) водород; б) кислород; в) калий.

2. При электролизе раствора сульфата меди(II) в растворе образуется:

а) гидроксид меди(II);

б) серная кислота;

3. При электролизе раствора хлорида бария на аноде выделяется:

а) водород; б) хлор; в) кислород.

4. При электролизе расплава хлорида алюминия на катоде выделяется:

а) алюминий; б) хлор;

в) электролиз невозможен.

5. Электролиз раствора нитрата серебра протекает по следующей схеме:

1. При электролизе раствора гидроксида натрия на аноде выделяется:

а) натрий; б) кислород; в) водород.

2. При электролизе раствора сульфида натрия в растворе образуется:

а) сероводородная кислота;

б) гидроксид натрия;

3. При электролизе расплава хлорида ртути(II) на катоде выделяется:

а) ртуть; б) хлор; в) электролиз невозможен.

4. При электролизе раствора нитрата серебра на катоде выделяется:

а) серебро; б) водород; в) кислород.

5. Электролиз раствора нитрата ртути(II) протекает по следующей схеме:

1. При электролизе раствора нитрата меди(II) на катоде выделяется:

а) медь; б) кислород; в) водород.

2. При электролизе раствора бромида лития в растворе образуется:

б) бромоводородная кислота;

в) гидроксид лития.

3. При электролизе расплава хлорида серебра на катоде выделяется:

а) серебро; б) хлор; в) электролиз невозможен.

4. При электролизе раствора хлорида алюминия алюминий выделяется на:

а) катоде; б) аноде; в) остается в растворе.

5. Электролиз раствора бромида бария протекает по следующей схеме:

1. При электролизе раствора гидроксида бария на аноде выделяется:

а) водород; б) кислород; в) барий.

2. При электролизе раствора йодида калия в растворе образуется:

а) йодоводородная кислота;

б) вода; в) гидроксид калия.

3. При электролизе расплава хлорида свинца(II) на катоде выделяется:

а) свинец; б) хлор; в) электролиз невозможен.

4. При электролизе раствора нитрата серебра на катоде выделяется:

а) серебро; б) водород; в) кислород.

5. Электролиз раствора сульфида натрия протекает по следующей схеме:

Применение электролиза в народном хозяйстве

1. Для защиты металлических изделий от коррозии на их поверхность наносят тончайший слой другого металла: хрома, серебра, золота, никеля и т.д. Иногда, чтобы не расходовать дорогие металлы, производят многослойное покрытие. Например, внешние детали автомобиля сначала покрывают тонким слоем меди, на медь наносят тонкий слой никеля, а на него – слой хрома.

При нанесении покрытий на металл электролизом они получаются ровными по толщине, прочными. Таким способом можно покрывать изделия любой формы. Эту отрасль прикладной электрохимии называют гальваностегией .

2. Кроме защиты от коррозии гальванические покрытия придают красивый декоративный вид изделиям.

3. Другая отрасль электрохимии, близкая по принципу к гальваностегии, названа гальванопластикой. Это процесс получения точных копий различных предметов. Для этого предмет покрывают воском и получают матрицу. Все углубления копируемого предмета на матрице будут выпуклостями. Поверхность восковой матрицы покрывают тонким слоем графита, делая ее проводящей электрический ток.

Полученный графитовый электрод опускают в ванну с раствором сульфата меди. Анодом служит медь. При электролизе медный анод растворяется, а на графитовом катоде осаждается медь. Таким образом получается точная медная копия.

С помощью гальванопластики изготавливают клише для печати, грампластинки, металлизируют различные предметы. Гальванопластика открыта русским ученым Б.С.Якоби (1838).

Изготовление штампов для грампластинок включает нанесение тончайшего серебряного покрытия на пластмассовую пластинку, чтобы она стала электропроводной. Затем на пластинку наносят электролитическое никелевое покрытие.

Чем следует сделать пластинку в электролитической ванне – анодом или катодом?

(О т в е т. Катодом.)

4. Электролиз используют для получения многих металлов: щелочных, щелочно-земельных, алюминия, лантаноидов и др.

5. Для очистки некоторых металлов от примесей металл с примесями подключают к аноду. Металл растворяется в процессе электролиза и выделяется на металлическом катоде, а примесь остается в растворе.

6. Электролиз находит широкое применение для получения сложных веществ (щелочей, кислородсодержащих кислот), галогенов.

Электролиз хлорида натрия

Схема электролиза воды

Практическая работа
(второй урок)

Цели урока. Провести электролиз воды, показать гальваностегию на практике, закрепить знания, полученные на первом уроке.

Оборудование.На столах учащихся. плоская батарейка, два провода с клеммами, два графитовых электрода, химический стакан, пробирки, штатив с двумя лапками, 3%-й раствор сульфата натрия, спиртовка, спички, лучина.

На столе учителя. то же + раствор медного купороса, латунный ключ, медная трубка (кусок меди).

1. Прикрепить провода клеммами к электродам.

2. Электроды поставить в стакан, чтобы они не соприкасались.

3. Налить в стакан раствор электролита (сульфата натрия).

4. В пробирки налить воды и, опустив их в стакан с электролитом кверху дном, надеть их на графитовые электроды поочередно, закрепив верхний край пробирки в лапке штатива.

5. После того как прибор будет смонтирован, концы проводов прикрепить к батарейке.

6. Наблюдать выделение пузырьков газов: на аноде их выделяется меньше, чем на катоде. После того как в одной пробирке почти вся вода вытеснится выделяющимся газом, а в другой – наполовину, отсоединить провода от батарейки.

7. Зажечь спиртовку, осторожно снять пробирку, где вода почти полностью вытеснилась, и поднести к спиртовке – раздастся характерный хлопок газа.

8. Зажечь лучину. Снять вторую пробирку, проверить тлеющей лучиной газ.

Задания для учащихся

1. Зарисовать прибор.

2. Написать уравнение электролиза воды и пояснить, почему надо было проводить электролиз в растворе сульфата натрия.

3. Написать уравнения реакций, отражающие выделение газов на электродах.

Учительский демонстрационный эксперимент
(могут выполнять лучшие ученики класса
при наличии соответствующего оборудования)

1. Подсоединить клеммы проводов к медной трубке и латунному ключу.

2. Опустить трубку и ключ в стакан с раствором сульфата меди(II).

3. Подсоединить вторые концы проводов к батарейке: «минус» батарейки к медной трубке, «плюс» к ключу!

4. Наблюдать выделение меди на поверхности ключа.

5. После выполнения эксперимента вначале отсоединить клеммы от батарейки, затем вынуть ключ из раствора.

6. Разобрать схему электролиза с растворимым электродом:

анод (+): Сu 0 – 2e = Cu 2+ ,

катод (–): Cu 2+ + 2e = Сu 0.

Суммарное уравнение электролиза с растворимым анодом написать нельзя.

Электролиз проводился в растворе сульфата меди(II), поскольку:

а) нужен раствор электролита, чтобы протекал электрический ток, т.к. вода является слабым электролитом;

б) не будут выделяться какие-либо побочные продукты реакций, а только медь на катоде.

Электролиз хлорида натрия

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *