Электролиз раствора хлорида натрия с железным катодом
При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия на железном катоде разряжаются ионы гидроксония НзО+, потенциал разряда которых в насыщенном растворе хлорида натрия, даже при учете перенапряжения, составляет +1,1 В, тогда как потенциал разряда ионов натрия равен +2,71 В.
В то же время, на графитовом и окиднорутениевом анодах потенциал разряда ионов гидроксила ОН" за счет высокого перенапряжения составляет 1,9 В и превышает потенциал разряда ионов хлора, равный 1,6 В. Поэтому на подобных анодах разряжаются ионы хлора.
В табл. 1. приведены потенциалы разряда ионов и уравнения первичных процессов при электролизе с железным катодом.
Таблица 1
Электролиз с железным катодом
|
Электрод |
Потенциал разряда, В |
Первичная реакция | ||
|
Ер |
Епер |
Е | ||
|
Катод |
+2,71 0,84 |
- 0,26 |
+2,71 +1,10 |
Na+ H3O+ + ē ® 0,5H2 + H2O |
|
Анод |
-0,83 -1,33 |
-1,07 -0,27 |
-1,90 -1,60 |
OH- Cl- - ē = 0,5 Cl2 |
Теоретическое напряжение разложения равно:
VT
=
Ek
+
Ea
= +1,1-(-1,6) = 2,7 В
На практике, при проведении процесса электролиза с железным катодом, на токоподводах электролизера поддерживается напряжение около 4,0 В.
В результате разряда ионов НзО+ в катодном пространстве накапливаются ионы ОН и образуется раствор гидроксида натрия:
NaCl
+
H
2
O
→ 0,5
Cl
2
+ 0,5
H
2
+
NaOH
у анода у катода
Разряд ионов гидроксония на катоде вызывает смещение равновесия диссоциации воды вправо:
2
H
2
O
→
H
3
O
+
+
OH
-
и повышение концентрации гидроксид-ионов в катодном пространстве. При высокой концентрации ионов ОН- возможно попадание их в анодное пространство и реакция разряда:
2
OH
-
- 2ē → 0,5
O
2
+
H
2
O
Вследствие этого, хлор, выделяющийся в анодном пространстве, загрязняется кислородом.
Вторичные процессы при электролизе с железным катодом протекают в анодном пространстве. Они включают:
- окисление графитового анода кислородом, образующимся при
разряде ионов гидроксида на аноде:
C
+
O
2
→
CO
2
C
+ 0,5
O
2
→
CO
- растворение хлора в электролите с образованием соляной и хлорноватистой кислот:
Cl
2
+ 2
H
2
O
↔
H
3
O
+
Cl
-
+
HOCl
- взаимодействие компонентов при диффузии щелочи в анодное пространство или смешении анодной (анолит) и катодной (католит) жидкостей с образованием гипохлорит-иона и хлорат-иона.
В результате протекания вторичных процессов раствор гидроксида натрия, полученный электролизом с железным катодом, всегда содержит примесь гипохлорита и хлората натрия. Вторичные процессы снижают выход по току и коэффициент использования энергии.
Удельный вес побочных вторичных процессов может быть снижен:
- разделением катодного и анодного пространства в электролизере с помощью фильтрующей диафрагмы (отсюда название метода диафрагменный), обеспечивающей одностороннее движение рассола в направлении, противоположном движению ионов ОН- к аноду и препятствующей обратному перемещению их;
- подачей рассола в электролизер со скоростью, превышающей скорость образования ионов ОН- и вытеснение образующегося раствора гидроксида натрия (щелока) в катодное пространство;
Смотрите также
Полиамиды
Полиамиды - высокомолекулярные соединения,
относящиеся к гетероцепным полимерам, в основной цепи которых содержатся
амидные связи, посредством которых соединены между собой мономерные остатк ...
Кубический нитрид бора
Группа полупроводниковых соединений
типа AIIIBV на основе бора - одна из
наименее изученных среди полупроводниковых соединений с алмазоподобной
структурой.
Однако эти соединения представ ...
Пятая группа периодической системы
По электронным структурам нейтральных атомов
рассматриваемая группа может быть разделена на две подгруппы. Одна из них
включает азот, фосфор, мышьяк и его аналоги, вторая — ванадий и его аналоги.
...