第五章 无机物的电.ppt

第五章 无机物的电解工业 * * §5.１概述 §5. 2 氯碱工业 §5. 3 氯酸盐和高氯酸盐的电合成 §5. 4 锰化合物的电解合成 §5. 5 电解法生产过氧化氢 §5. 6 水的电解 §5.１概述 1.电解合成法的优点： （1）可弥补化学合成法的不足 （2） 可在常温常压下进行 （3） 易控制反应方向 （4） 环境污染小、产品纯净 2.电化学合成的不足： （1）消耗大量电能 （2）占用厂房面积大 （3）有些电解槽结构复杂，电极间电器绝缘，隔膜的制造、保护和调换比较困难 （4） 电极易受污染，活性不易维持，阳极尤易受到腐蚀损耗 3.几个重要的基本概念和术语： （1）电流效率ηI与电能效率ηE ηI 为制定一定量物质所需要的理论消耗电量Q与实际消耗电量Qr的比值： 式中，Ｑ可按法拉第定律计算． 实际消耗电量： 电能效率ηE是理论能耗与实际能耗之比，理论能耗为理论分解电压与理论电量Ｑ的乘积： 实际能耗为实际槽电压Ｖ与实际消耗电量Ｑｒ的乘积： 即： 式中， ηＶ＝Ｅｅ／Ｖ，称为电压效率． （2）槽电压V 理论分解电压是无电流通过的电压Ｅｅ＝Ф＋－Ф－ （3）时空产率 单位体积的电解槽在单位时间内所生产的产品的数量． 提高能量效率，减小能量消耗的主要途径： （1）减小电解液中杂质含量； （2）适当提高反应物浓度，有利于在较高电流密度下得到较高的电流效率； （3）加入适当的电解质，提高溶液电导，降低槽电压； （4）加入适当的表面活性物质，改善产品的质量； （5）适当提高温度，增加溶液电导，降低槽电压； （6）适当提高电流密度，强化生产； （7）缩短极距，减少欧姆电压降。 §5. 2 氯碱工业 电解氯化钠水溶液生产烧碱、氯气、氢气称为氯碱工业。 目前有三种电解生产方法，他们的电解槽样式有隔膜槽、汞槽和离子膜槽。 离子膜槽是必威体育精装版的一种，有取代另两种的趋势。 1 隔膜槽电解法 1.电解反应： 阳极： 阴极： 理论分解电压； 总反应： 析氯电势 析氢电势 阳极室副反应： 碱从阴极室扩散来： 生成的氧与石墨反应生成二氧化碳而消耗电极，且氯气和碱也消耗了。既费电，又使产品纯度下降。 2.电解槽 阳极室有较好的耐腐蚀性，较底的氯超电势和较高的氧超电势。 阴极材料降低氢气超电势。 3. 隔膜 控制碱流入阳极室 隔膜槽电解法的不足： （1）所得碱液稀； （2）碱液含杂质Cl- ； （3）电解槽电阻高电流密度底； （4）石棉隔膜寿命短。 2 汞槽电解法 1.电解反应： 阳极： 阴极： 总反应： 钠汞齐靠重力自动进入解汞器，加水分解。如加入镍或铁等石墨小球可加速分解： 理论分解电压： 在101.325kPa，298K时，PCl2= 101.325kPa： 理论分解电压与温度、压力、食盐水的活度、汞齐中钠的活度有关。 2.电解槽 优点：碱液浓度高且纯。缺点：汞毒污染环境。 3 离子膜槽电解法 离子交换膜由离子交换树脂压制而成，选择性的让一些离子通过。 4 氯碱工业未来发展的展望 研究寻找超电势低、寿命长的新电极材料，将电极砂处理，研究镍钼合金等。 用阴极反应： 代替阴极反应： 阳极反应不变： 总反应： 而隔膜槽的总反应： 电解能量消耗大大降低！！！ §5. 3 氯酸盐和高氯酸盐的电合成 １氯酸钠 工业上氯酸钠主要用于造纸工业的纸浆漂白． １.原理 电解食盐水时，两电极上的主要反应为： 阳极： 阴极： 若两极间无隔膜则溶液中的主要反应有： 随后完成一慢反应步骤： 总反应： ClO-在阳极还会发生氧化反应： 这引起电能的浪费。 ClO- 故浓度不可太高，以减少反应的进行。 2.工业电解槽 氯酸钠电解槽工业进展的特点是： （1）应用了DSA阳极；（2）减少了电极间距； （3）采用了高的电解液流速； （4）采用了另外设置的化学反应器。 图：氯酸钠电解槽系统 1.电解槽；2.反应器；3.冷却槽 2 高氯酸盐 工业上高氯酸盐主要用于军工制造炸药或喷气推进剂． 原理：一般均采用氯酸盐溶液进行电解，阳极反应是： 此反应的机理有两种观点，第一种： 第二种观点： 阴极： 电解槽的总反应为： *