文档介绍：氯碱工业
[重点难点]
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[知识讲解]
一、电解饱和食盐水反应原理
:电解饱和食盐水
在U型管里装入饱和食盐水,滴入几滴酚酞试液,用碳棒作阳极、铁棒作阴极,将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,接通电源,观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。
注意:铁棒不可作阳极,否则发生Fe-2e-=Fe2+; 碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。
现象:阴、阳两极均有气体放出,阳极气体有刺激性气味,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;阴极区域溶液变红。说明阴极区域生成物为碱性物质与H2,阳极产物是Cl2。

饱和食盐水成分:溶液存在Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。
电极反应式:阴极:2H++2e-=H2↑(还原反应);
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)。
实验现象解释:
(1)阴极区域变红原因:由于H+被消耗,使得阴极区域OH-离子浓度增大(实际上是破坏了附近水的电离平衡,由于KW为定值,c(H+)因电极反应而降低,导致c(OH-)增大,使酚酞试液变红)。
(2)湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因:氯气可以置换出碘化钾中的碘,Cl2+2KI=2KCl+I2,I2使淀粉变蓝。
注意:如果试纸被熏蒸的太久,蓝色会因为湿氯气的漂白作用而褪去。
电解饱和食盐水的总反应式:

该电解反应属于放氢生碱型,电解质与水均参与电解反应,类似的还有K2S、MgBr2等。
二、离子交换膜法制烧碱

主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成;每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成,为了延长电极使用寿命和提高电解效率,钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
电极均为网状,可增大反应接触面积,阳极表面的特殊处理要考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。
离子交换膜法制烧碱名称的由来,主要是因为使用的阳离子交换膜,该膜有特殊的选择透过性,只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过,即只允许Na+通过,而Cl-、OH-和两极产物H2和Cl2无法通过,因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险,还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

如图,精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室,通电后H2O在阴极表面放电生成H2,放出阴极产物之一湿氢气,Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室,此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH;Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出,经添加食盐增加浓度后可循环利用。
阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e-=H2↑;而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液,但在电解开始时,为增强溶液导电性,同时又不引入新杂质,阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
氯碱工业的主要原料:饱和食盐水,但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、M