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
Свойства дикарбоновых кислот и их ангидридов
Дикарбоновыми
(или по-другому двухосновными) называют карбоновые кислоты, которые содержат
две карбоксильные группы: .
Двухосновные
кислоты – бесцветные кристаллические вещества, в замет ...
Водные ресурсы
...