第4章 烧碱.ppt

第4章 烧碱 第4章 烧碱 4.1 概述 烧碱的性质：强吸湿性、强碱性、强腐蚀性 烧碱的用途：用于造纸、纺织、印染、搪瓷、医药、染料、农药、制革、石油精炼、动植物油脂加工、橡胶、轻工等工业部门 烧碱的生产方法：隔膜电解法、汞电解法 、离子交换膜电解法。 发展历史： 第4章 烧碱 4.1 概述 发展历史： 1888年诞生隔膜法电解食盐水生产烧碱和氯气； 1892年汞电解槽在工业上得到应用； 1968年金属阳极代替石墨阳极用于大规模生产，节能、生产效率高； 1975年离子交换膜氯碱电解槽投入工业运转，其选择性高，允许Na+通过，不允许Cl-通过； 1979年固体聚合物电解质（SPE）用于氯碱工业：1958年SPE用于宇宙飞船的燃料电池，之后用于水电解槽生产O2、H2，1979年才实验性地用于氯碱工业。 第4章 烧碱 4.2 电解制碱原理 4.2.2 电极反应 主反应： (铁)阴极（- ）：2H2O + 2e == H2 + 2OH- (石墨或金属阳极)阳极（+）：2Cl- – 2e == Cl2 电解池反应： 2NaCl + 2H2O == 2NaOH + Cl2 + H2 电解产物在两电极上形成了原电池： Cl2∣NaCl∣∣NaOH,H2O∣H2 此原电池的电动势称为电解池的反电动势，数值与理论分解电压的符号相反。 第4章 烧碱 4.2.2 电极反应 副反应： 阳极上Cl2的溶解：Cl2 + H2O == HCl + HClO NaOH向阳极运动：NaOH + HClO == NaClO + H2O ClO-在阳极放电： 12ClO- + 6H2O – 12e == 4HClO +8HCl +3O2 阳极附近的OH-在阳极上放电：4OH- – 4e == O2 + 2H2O 第4章 烧碱 4.2.2 电极反应 生产上为了减少副反应的发生（即减少杂质，且节能），选用性能良好的隔膜以减少NaOH向阳极运动，采用较高的操作温度，使Cl2溶解度小一点（采用汞电解法可达到这一目的）。采用接近于饱和的食盐水溶液（含NaCl 300~330 kg/m3≈5 mol/L）。 第4章 烧碱 4.2.3 理论分解电压 理论分解电压： 为了使物质能在两电极上连续不断析出时外界所加的最小电压，其理论计算值称理论分解电压，它等于阳极与阴极电极电位之差。 计算过程： 先计算电解池中形成的原电池Cl2∣NaCl∣∣NaOH,H2O∣H2的反电动势，再取其负值就是理论分解电压。 两电极的还原反应式为：(右) H2O + e == 1/2H2 + OH- (左) ? Cl2 + e == Cl- 右极： c(NaOH )= 2.5mol/L， 298K γ±=0.80， Eθ(OH-/H2) =-0.828 V E(右) =-0.828 - 0.05916lg(2.5×0.80) 左极：c(NaCl)= 5 mol/L , 298K γ±=0.71, Eθ(Cl-/Cl2) = 1.358V, E(左) =1.358 - 0.05916lg(5×0.71) E(反)= E(右) – E(左) =-0.828-1.358-0.05916 lg[(2.5×0.80) /(5×0.71)] = -2.171 V E(理论分解) = -E(反) = 2.17 V 第4章 烧碱 4.2.4 过电位 实际上分解电压往往大于理论分解电压，原因是当电极上有电流流过时，电极发生了极化，其电极电势偏离了理论电极电势，称为极化电极电势。 过电位(E0)：极化电极电势与理论(平衡)电极电势之差 E0(电极)=∣E(极化)-E(理论) ∣ 在电解槽的阴极：E(极化)=E(理论)- E0(阴极) 在电解槽的阳极：E(极化)=E(理论)+ E0(阳极) E(实际分解电压)=E(理论分解电压)+ E0(阳) + E0(阴) 气体在金属电极上的析出，其过电位E0最大，并与金属电极的种类、电流密度、电解液温度有关。 第4章 烧碱 4.2.5 槽电压和电能效率 槽电压：电解槽两电极上所加的电压称为槽电压 包括：理论分解电压E、过电位E0、电流通过电解液的电压降△EL和通过电极、导线、接点等的压降△ER E(槽)=E(理分)+E0+△EL+△ER 隔膜法