ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические основы электролитического производства хлора из "Общая химическая технология Том 1" Электрохимический процесс получения хлора из водных растворов хлористого натрия можно представить следующим образом. [c.568] При прохождении через водный раствор Na l постоянного электрического тока, к аноду движутся отрицательно заряженные ионы С1 и ОН , к катоду — положительно заряженные ионы Na+ и Н+. При этом в соответствии с электрохимическим рядом напряжений в первую очередь будут разряжаться те ионы, которые имеют наил еньший потенциал разряда. Нормальный потенциал разряда иона Na+ на твердом катоде из нейтрального раствора Na I равен —2,71 в (—2,92 в для нона К ) обратимый потенциал выделения водорода в тех же условиях составляет только —0,415 в. Поэтому на твердом катоде при электролизе нейтральных растворов хлористого натрия, даже при значительном для выделения водорода перенапряжении, будут разряжаться только ионы водорода. Оставшиеся же в растворе ионы 0Н будут образовывать с нонами Na+ возле катода едкий натр. [c.568] Ионы натрия могли бы разряжаться на катоде только в том случае, если бы удалось настолько повысить их содержание в растворе, чтобы потенциал разряда иона. Na+ из раствора был равен потенциалу водорода, т. е. —0,415 в. [c.568] Создать столь высокое содержание ионов натрия в растворе Na l явно невозможно поэтому в реальных условиях нельзя ожидать первичного выделения натрия на твердом катоде. Разряд ионов натрия из раствора поваренной соли возможен только в том случае, если в качестве катода будет применена металлическая ртуть (стр. 571). [c.568] Однако высокое перенапряжение кислорода (даже на платинированной платине, на которой хлор выделяется почти без перенапряжения) делает потенциал выделения ионов ОН более положительным, чем потенциал выделения ионов 1 . Вследствие этого из концентрированных растворов Na l на платинированной платине разряжаются только ионы 1 с последующим выделением хлора в виде газа. [c.568] Если вести электролиз хлористого натрия или хлористого калия при температуре не выше 20°, т. е. в условиях, неблагоприятных для образования хлорноватокислых солей, то получаются растворы хлорноватистокислых солей, так называемые белильные растворы, широко применяемые в текстильной промышленности. При температуре около 70—75° в слабокислой среде и при большом содержании в электролите исходных хлористых солей создаются благоприятные условия для образования хлорноватокислых солей. [c.570] Для того чтобы в результате электролиза поваренной соли получить относительно чистые хлор и шелочь, необходимо обязательно отделять катодные продукты электролиза от анодных, не допуская взаимодействия между ними. В противном случае образую-ш,иеся хлорноватистокислые и хлорноватокислые соли не только снижают выход по току, но и разрушают графитовые аноды, вследствие чего хлор содержит значительные количества окиси и двуокиси углерода. [c.570] Методы электролиза растворов хлористых солей. Электролитическое производство хлора и ш,елочей осуш,ествляется двумя методами 1) с твердым железным катодом и 2) с жидким ртутным катодом. В качестве анодов в обоих случаях применяется графит. Эти методы принципиально отличаются друг от друга процессами, идушими на катодах. В то время как на твердом катоде — железе происходит разряд ионов водорода и в растворе образуется щелочь, на ртутном катоде разряжается ион натрия, образующий с ртутью амальгаму. Вследствие этого в ваннах с ртутным катодом нет необходимости отделять катодные продукты электролиза от анодных. Удаляемую из ванны амальгаму натрия разлагают водой на щелочь и водород в другом аппарате -— р а а л а-г а теле. Выделенная из амальгамы ртуть вновь возвращается в ванну. Таким образом, этот процесс осуществляется с движущимся ртутным катодом — ртуть непрерывно циркулирует (подробнее см. стр. 580). [c.570] В ваннах с твердым железным катодом важнейшей задачей является разделение анодных продуктов электролиза (хлора) от катодных (щелочи). Это разделение достигается установкой Специальной пористой перегородки, так называемой диафрагмы, обычно изготовляемой из асбеста. Диафрагму укладывают на горизонтально или вертикально поставленный желазный катод. [c.570] В зависимости от расположения диафрагмы ванны с твердым катодом делят на две группы ванны с вертикальной фильтрующей диафрагмой и ванны с горизонтальной фильтрующей диафрагмой. [c.570] Электролит перетекает из анодного пространства в катодное в направлении, противоположном движению ионов ОН , которые таким образом относятся обратно к катоду. Благодаря этому получаются щелока с высоким (100—130 г/л) содержанием NaOH (щелок содержит также 180—200 г/л неразложенного Na l). [c.571] На рис. 255 изображена схема ванны с горизонтально расположенной диафрагмой. Принцип устройства и работы этого типа ванн понятны из рисунка. В ваннах с горизонтально расположенной диафрагмой получаются электролитические щелока, содержащие до 120—130 г/л NaOH. [c.571] Ртуть вновь возвращается в процесс. [c.571] Для ускорения разложения амальгамы ее приводят в соприкосновение с железом, которое в электрохимическом ряду напряжений стоит ниже натрия. Последний образует с железом гальваническую пару, что ускоряет переход натрия в раствор. Иногда железо заменяют графитом. [c.572] При электролизе с ртутным катодом можно получать концентрированную щелочь (до 650—700 г/л) высокой чистоты. [c.572] Напряжение разложения хлористых солей. Теоретический потенциал разложения хлористого натрия (калия) можно вычислить по уравнению Гиббса-Гельмгольца или из электродных потенциалов, найденных из уравнения Нернста, если известны активности ионов водорода и хлора вблизи электродов. [c.572] Аналогичным образом, пользуясь приведенным выше уравнением, можно вычислить теоретический потенциал разложения хлористого натрия при электроли че с ртутным катодом. [c.573] Таким образом, подсчет показывает, что теоретическое напряжение разложения раствора хлористого натрия при диафрагменном методе на 1 в меньше, чем при ртутном. [c.573] Выход по току и расход энергии при электролизе хлористого натрия. [c.573] Вернуться к основной статье