化工工藝學(xué)第4章純堿與燒堿-全文預(yù)覽
【正文】 液面，用一定的液面差促 進鹽水的定向流動，以阻止 OH由陰極室擴散到陽極室。當通入直流電時， Na+ 、 H+ 向陰極移動， Cl 、 OH向陽極移動。 若以 1000安 / 米 2電流密度時 ,在石墨陽極上 Cl2和 O2 的實際放電為例 ,計算可得 : E(Cl2) = E理 (Cl2) E超 (Cl2) = + = V E(O2) = E理 (O2) E超 (O2) = + = V 所以 ,電解食鹽水時 ,在石墨陽極上 ,由于 E(Cl2) E(O2),Cl放電并得到 Cl2 。 解： 電極反應(yīng)： 陽極： 2Cl Cl2 + 2e 2H+ + 2e H2 陰極： 3/5/2023 9 ３槽電壓及電壓效率 根據(jù)能斯特方程式 φ （ Cl2 / Cl） ＝ Φ０ （ Cl2/Cl） + n log p(Cl2)/p0 {c(Cl)}2 其中 ： Φ０ （ Cl2/Cl） ＝ P(Cl2) / P0 = 1 c = 265/ = mol / L 代入上式 3/5/2023 10 ３槽電壓及電壓效率 φ （ Cl２ /Cl） ＝ + 2 log 1 = 同理，在陰極可得： φ （ H+ /H2） = 0 + 2 log （ 1014)2 1 = 3/5/2023 11 ３槽電壓及電壓效率 則理論分解電壓為： Ｅ（理論 ）＝ φ （ Cl2 /Cl）－ φ （ H2 /H+） ＝ + = 3/5/2023 12 ３槽電壓及電壓效率 2 )過電位及影響因素 過電位系離子在電極上的實際電極電位與平衡電極 電位 (可由能斯特方程式計算得到 )的差值 ,稱為該離 子的過電位 . (1)在電極上析出物質(zhì)種類的影響 規(guī)律 : 金屬離子在電極放電時 ,過電位并不大 ,但當電極上產(chǎn)生氣體物質(zhì)如 Cl2 , H2 ,O2等時 ,過電位數(shù)值就相當大 . 原因 : 3/5/2023 13 ３槽電壓及電壓效率 A 電解過程中 ,由于電極上產(chǎn)生氣體 ,形成了一薄層 導(dǎo)電不良的氣膜 。第 4章 純堿與燒堿 本章主要介紹燒堿 1 概述 2 電解法制燒堿的基本原理 3 隔膜法電解 4 離子交換膜法電解 5 產(chǎn)物的分離和精制 3/5/2023 1 一 概述 燒堿即氫氧化鈉，也稱苛性鈉。采用石墨為陽極，鋼絲為陰極。 思考：電解食鹽水陽極產(chǎn)物是氯氣還是氧氣？ 電解液中存在 OH 和 Cl ,由于 Cl2 /Cl電對的標準 電極電位為 +,O2/OH電對的標準電極電位為 伏 ,陽極上應(yīng)是 OH放電并放出氧氣 .實際情況是 ,O2在 某些電極上具有 較高的過電位 , 3/5/2023 20 ３槽電壓及電壓效率 相比之下 Cl2的過電位較低 ,導(dǎo)致使 OH電極電位比 Cl的高 ,保證了陽極上 Cl先放電并生成 Cl2。 3/5/2023 22 ３槽電壓及電壓效率 理論分解電壓與槽電壓的比稱為電壓效率 . 電壓效率 η(E) = E(理論分解電壓 ) E(槽電壓 ) 100% 電能效率 η 為電壓效率與電流效率的乘積 ,即 : η = η(E) η(I) 3/5/2023 23 三 隔膜法電解 1 隔膜法電解原理 隔膜法電解是用隔膜電解槽來進行生產(chǎn)的 . 圖 立式隔膜電解槽示意圖 陽極 陰極 電解槽的陽極通常使用石墨或金屬涂層電極；陰極用鐵絲網(wǎng)或多孔鐵板。 3/5/2023 25 1 隔膜法電解原理 副反應(yīng)： (1)陽極上產(chǎn)生的 Cl2部分溶于陽極液中 ,與水反應(yīng)生成 次氯酸與鹽酸 : Cl2 + H2O HClO + HCl (2)陰極的 NaOH隨濃度的增大必然向陽極擴散 ,與次氯 酸與鹽酸反應(yīng) : NaOH + HCl NaCl + H2O NaOH + HClO NaClO + H2O 3/5/2023 26 1 隔膜法電解原理 當溶液中的 HClO和 NaClO的含量增大時 ,又可能發(fā)生下 列反應(yīng) : 2HClO + NaClO NaClO3 + 2HCl 次氯酸根濃度增大時 ,還會參加陽極反應(yīng)放出氧氣 : 6ClO + 6OH 2ClO3 + 4Cl + 3/2O2 + 6e (3)陽極液中的次氯酸鈉和氯酸鈉也會由于擴散作用 ,通 過隔膜進入陰極室 ,被陰極上產(chǎn)生的新生態(tài) [H]還原為氯 化鈉 : NaClO + H2 NaCl + H2O 3/5/2023 27 1 隔膜法電解原理 (4)在陽極附近 OH 離子濃度升高后 , OH在陽極放電 : 4OH 2H2O + O2 + 4e (5)鹽水中含有硫酸鹽時 ,在一定條件下 ,如氯離子濃 度局部降低時 ,硫酸根會放電而釋放氧氣 : SO42 + H2O SO42 + 1/2O2 + 2H+ + 2e 總之 ,電解過程中副反應(yīng)的結(jié)果 ,不僅消耗
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