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1、第4章纯碱与烧碱本章主要介绍烧碱1概述2电解法制烧碱的基本原理3隔膜法电解4离子交换膜法电解5产物的分离和精制7/16/20211一概述烧碱即氢氧化钠，也称苛性钠。工业上生产烧碱的方法有：苛化法---利用纯碱水溶液与石灰乳反应,现已不常采用.电解法（也称为氯碱工业）隔膜法水银法离子交换膜法7/16/20212一概述氢氧化钠产品7/16/20213二电解法制烧碱的基本原理1法拉第定律1)法拉第第一定律电解过程中,电极上所析出的物质的量与通过电解质的电量成正比.即与电流强度及通电时间成正比.G=KQ=KIt式中：Ｇ－－电极上析出物质的质量，g或kg；Ｑ－－通过的
2、电量，Ａ.s或Ａ.h;K----电化当量；Ｉ－－电流强度，Ａ；t-----通电时间，s或h.结论：如果要提高电解生成物的产量，则要增大电流强度或延长电解时间．7/16/202141法拉第定律２）法拉第第二定律当直流电通过电解质溶液时，电极上每析出（或溶解）１克当量(1克当量即物质Ｂ得或失１mol电子时的物质的量)的任何物质，所需电量是恒定的，在数值上约等于96500Ｃ，称为１法拉第常数（用Ｆ表示）．即1F＝96500C＝96500A.s＝26.8A.h利用法拉第第二定律，可计算出通过１A.h电量时，在电极上所析出物质的量．7/16/202151法拉第定律当电
3、解食盐水溶液时，1A.h的电量理论上可生成的各产物的质量为：Ｋ氯＝35.46/26.8=1.323g/(A.h)K氢＝1.008/26.8=0.0376g/(A.h)ＫNaOH＝40.01/26.8=1.492g/(A.h)7/16/202162电流效率实际生产过程中，由于在电极上不可避免地发生一系列的副反应及电损耗，所以电量不能完全被利用，实际产量比理论产量低．两者之比为电流效率，用η表示．η(I)＝Ｇ（实际产量）Ｇ（理论产量）×100%现代氯碱厂，电流效率一般为95％－97％．7/16/20217３槽电压及电压效率１）理论分解电压Ｅ（理）电解过程发生所必
4、须的最小外加电压称为理论分解电压．Ｅ（理）＝Ｅ（阳）－Ｅ（阴）阴和阳两极的电极电位可由能斯特方程式求得．7/16/20218３槽电压及电压效率例试计算NaCl水溶液的理论分解电压．已知进入阳极室的食盐水溶液的质量浓度为265g/L,阴极电解液中含NaOH100g/L，NaCl为190g/L,氯气、氢气的压力均为101.3kPa。采用石墨为阳极，钢丝为阴极。解：电极反应：阳极：2Cl-Cl2+2e2H++2eH2阴极：7/16/20219３槽电压及电压效率根据能斯特方程式φ（Cl2/Cl-）＝Φ０（Cl2/Cl-）+n0.05917logp(Cl2)/p0{c
5、(Cl-)}2其中：Φ０（Cl2/Cl-）＝1.3583VP(Cl2)/P0=1c=265/58.4=4.54mol/L代入上式7/16/202110３槽电压及电压效率φ（Cl２/Cl-）＝1.3583+20.05917log14.542=1.319V同理，在阴极可得：φ（H+/H2）=0+20.05917log（0.4×10-14)21=-0.852V7/16/202111３槽电压及电压效率则理论分解电压为：Ｅ（理论）＝φ（Cl２/Cl-）－φ（H2/H+）＝1.319+0.852=2.171V7/16/202112３槽电压及电压效率2)过电位及影响因素过
6、电位系离子在电极上的实际电极电位与平衡电极电位(可由能斯特方程式计算得到)的差值,称为该离子的过电位.(1)在电极上析出物质种类的影响规律:金属离子在电极放电时,过电位并不大,但当电极上产生气体物质如Cl2,H2,O2等时,过电位数值就相当大.原因:7/16/202113３槽电压及电压效率A电解过程中,由于电极上产生气体,形成了一薄层,导电不良的气膜;B在吸附能力强的金属附近,可能形成气体的过饱和溶液;C气体由原子变成分子,再形成气泡拖延了时间.(2)电极材料的影响7/16/202114３槽电压及电压效率图4.31氧的过电位7/16/202115表4.10氧
7、和氯的过电位３槽电压及电压效率7/16/202116３槽电压及电压效率对氢过电位来说,电极材料可分为三类:高过电位的金属中等过电位的金属低过电位的金属P1757/16/202117３槽电压及电压效率(3)电流密度和温度的影响图4.30氢在铁上的过电位7/16/202118３槽电压及电压效率规律:电解的电流密度降低,电解液温度升高,可以降低电解时的过电位.结论:降低电流密度,增大电极表面积,使用海绵状或粗糙表面的电极,提高电解质温度等,均可使过电位降低.7/16/202119３槽电压及电压效率(4)过电位的作用在一定的条件下,存在过电位要消耗一部分电能,这是不
8、利的一面,但利用过电位的性质结合选择适当的电解条件,
