Электролиз раствора хлорида натрия с ртутным катодом
На ртутном катоде разряд ионов гидроксония Н3О может происходить только при малых, менее 50 А/м, плотностях тока. В условиях промышленного электролиза водных растворов хлорида натрия в электролизерах с ртутным катодом плотность тока составляет 5-10 кА/м2. При такой плотности тока, вследствие перенапряжения потенциал разряда ионов Н3О составляет +2,0 В. В то же время, за счет растворения выделившегося металлического натрия в ртути, образуется амальгама Natign, представляющая качественно новый электрод, потенциал разряда натрия на котором составляет +1,2 В. Поэтому, на катоде будут разряжаться ионы натрия.
Первичные процессы разряда на аноде при электролизе с ртутным катодом те же, что и при электролизе с железным катодом. В табл. 3. приведены потенциалы разряда ионов и уравнения первичных процессов при электролизе с ртутным катодом.
Таблица 3
Электролиз с ртутным катодом
|
Электрод |
Потенциал разряда, В |
Первичная реакция | ||
|
Ер |
Епер |
Е | ||
|
Катод |
+2,71 0,84 |
- 0,26 |
+2,71 +1,10 |
Na+ + ē® Na H3O+ |
|
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
= +1,2-(-1,6) = 2,8 В
Практически, при проведении электролиза с ртутным катодом на токоподводах электролизера поддерживается напряжение, равное 4,5 В.
Вторичные процессы при электролизе водного раствора хлорида натрия с ртутным катодом сводятся к реакци:
- разложение амальгамы натрия водой вне электролизера в разлагателе:
NaHgn
+
H
2
O
®
-
NaOH
+ 0,5
H
2
+
nHgn
- растворение натрия в ртути и образование жидкой амальгамы натрия в катодном пространстве.
Так как в электролизе с ртутным катодом не происходит разряда ионов НзО+, то концентрация ионов гидроксила в катодном пространстве электролизера не увеличивается и вторичные процессы в анодном пространстве отсутствуют.
Суммируя уравнения реакций первичных процессов и вторичных процессов образования и разложения амальгамы натрия, получаем уравнение процесса электролиза, идентичное ранее полученному:
NaCI
®
Na + 0,5Cl
Na + nHg ® NaHgn
NaHgn + H2O
®
NaOH + 0,5H2 + nHg
NaCl + H2O ® NaOH + 0,5H2 + 0,5Cl2
в разлагателе у анода
Электролизер, используемый в процессе электролиза с ртутным катодом, состоит из собственно электролизера (ванны) и разлагателя. Конструктивно разлагатель может быть объединен в одно целое с электролизером или вынесен отдельно. По дну ванны, имеющему небольшой уклон, непрерывно движется тонкий (толщиной 5 мм) слой ртути, являющийся катодом. Образующаяся в процессе электролиза жидкая амальгама натрия концентрацией не более 3×10-4 масс. дол., самотеком поступает в разлагатель, куда подается вода. Из разлагателя, выделяющийся водород поступает в общий коллектор, а раствор гидроксида натрия концентрацией 0,5 масс. дол. направляется в сборник щелока. На рис. 3. приведена принципиальная схема электролиза с ртутным катодом.
В табл. 4. даны характеристики наиболее распространенных электролизеров с ртутным катодом.
Таблица 4
Характеристики электролизеров с ртутным катодом
|
Показатель |
Тип электролизера | |
|
Р-101 |
Р-300 | |
|
Сипа тока (нагрузка), кА |
150 |
300 |
|
Напряжение, В |
4,6 |
4,7 |
|
Выход по току, дол. ед. |
0,95 |
0,95 |
|
Расход энергии на 1 т Cl2, кВт×ч |
3620 |
3680 |
|
Производительность по Сl2, т /сутки |
4,5 |
9,04 |
Смотрите также
Каучук
...
Расчет проектной себестоимости продукции.
В
курсовом проекте в зависимости от характера продукции, выпускаемой
проектируемым объектом, рассчитывается ее полная или производственная
себестоимость, или внутрицеховые затраты по данному переде ...