ĐIỆN PHÂN DD KHÔNG THOÁT KIM LOẠI

MƠNCƠNG CƠNGNGHỆ NGHỆĐIỆN ĐIỆNHĨA HĨA MƠN CHƯƠNG 4: ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH NƯỚC KHƠNG THỐT KIM LOẠI 4.1 • Một số khái niệm điện phân dung dịch khơng kim loại 4.2 • Phương pháp điện phân sản xuất NaOH – Cl2 4.3 • Quy trình phương pháp điện phân điều chế hợp chất clo: NaClO, NaClO3 NaClO4 4.1 Một số khái niệm điện phân dung dịch khơng kim loại Cơ sở lý thuyết a Các trình điện cực Điện phân dung dịch muối ăn theo phương pháp catôt rắn anôt không tan, dung dịch có loại ion sau: NaCl → Na+ + ClH2O → H+ + OH- Quá trình catôt: H+ + e → H H + H → H2 Nồng độ ion hyđro dung dịch nhỏ Bởi hyđro sinh catôt phân huỷ nước: 2H2O + 2e → 2H+ + 2OHNa+ đến catôt kết hợp OH- tạo thành xút: Chúng ta biết rằng: điện điện cực tiêu chuẩn H+ = 0, điện điện cực tiêu chuẩn Na+ = -2,7V Bởi điện cực rắn nồng độ H+ nhỏ có H+ phóng điện Na+ khơng thể phóng điện điện phóng điện ion H+ dương điện phóng điện ion Na+ Quan sát đường cong phân cực hình thấy rằng: Sự phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần • Q trình anốt: Cl - e → ClCl + Cl → Cl2 Ở anơt Cl- phóng điện Ở ta thấy điện thuận nghịch phóng điện ion OH- âm với điện thuận nghịch phóng điện ion Cl- dung dịch NaCl bão hòa Trong dung dịch NaCl bão hòa 1800C điện thuận nghịch phóng điện ion OH- là: εOH - = 0,41 – 0,058lg( 0,8x10-7) = 0,82 Điện thuận nghịch phóng điện ion Cl- điều kiện là: εCl - = 1,36 – 0,058lg( 5,5 – 0,6) = 1,33V Như vậy, rõ ràng ion OH- có khả phóng điện lớn ion Cl- Muốn cho Clphóng điện ưu tiên phải cho nguyên liệu làm anôt cho oxy lớn mà clo lại nhỏ Khi giá trị điện đạt đến giá trị điện cân oxy oxy tỏa anôt, giá trị điện đạt đến điện cân clo clo với oxy tỏa anôt, clo tăng nhanh tăng mật độ dòng điện Khi mật độ dòng điện đạt 1000A/m2 , tổn thất cho phóng điện hyđro chiếm vài phần trăm dòng điện Đường cong phân cực anôt tỏa clo từ dung dịch 260 – 280 g/l NaCl( hình 5) Clo tỏa anơt manhêtic (đường 4) có phân cực anôt lớn grafit (đường cong 3) Nâng cao nhiệt độ phân cực giảm Sự hòa tan clo b Điện phân hủy Quá trình tổng phân hủy NaCl thể theo phương trình sau: 2H2O + 2e → H2 + 2OH2Cl- - 2e → Cl2 Tổng: 2H2O + 2Cl- → Cl2 + H2 + 2OH2H2O + 2NaCl → Cl2 + H2 + 2NaOH Đại lượng điện thuận nghịch tính theo phương trình Neo, biết hoạt độ ion H+ Cl- gần điện cực Điện thuận nghịch catot εH2 anot εCl2 biểu diễn dạng sau: - εH2 = ε0 H2 + 0,000198T.lgaH+ - εCl2 = ε0 Cl2 + 0,000198T.lgaCl– • Chất đệm: có tác dụng sau: +Ổn định pH dung dịch mạ, tùy theo khoảng pH sử dụng mà cho chất cho phù hợp Ví dụ: H3BO3 sử dụng dung dịch mạ nikensunfat NaCH3COO, CH3COOH… mạ hóa học Ni +Tăng độ dẫn điện dung dịch: Những chất có tính chất làm giảm điện trở dung dịch không tham gia phản ứng điện cực nhằm tăng khả phân bố Các chất phụ gia thường gặp: Na2SO4 mạ Zn, Ni, sulfat H2SO4 mạ đồng sulfat Chế biến sản phẩm xút clo a) Cô đặc Xút Xút điều chế thành phần chủ yếu :NaOH 100-140g/l, NaCl 160-200g/l, Nước ~ 900g/ml Ta thấy hàm lượng NaOH thấp, lẫn nhiều muối, nên sử dụng trực tiếp được, nên phải cô đặc Ta biết độ tan muối giảm nồng độ xút tăng, phương pháp cô đặc ta nâng cao nồng độ NaOH, đồng thời loại muối ăn dung dịch Sau cô đặc đem làm lạnh, tách thêm muối Trong công nghiệp cô đặc NaOH theo giai đoạn: - Giai đoạn : cô đặc qua nồi liên tiếp nồng độ 25 - 26% NaOH (khoảng 340g/l) - Giai đoạn : dùng để cô đặc tiếp dung dịch xút đến nồng độ 42 - 50% b) Sản xuất NaOH tinh thể Sản xuất xút tinh thể giúp dễ dàng bảo quản vận chuyển Dung dịch xút lỏng bơm vào thiết bị truyền nhiệt Nhiệt tận dụng nhiệt thừa thứ thiết bị cô đặc dung dịch xút cô đặng qua bước sau: -  Bước 1: Cô đặc dung dịch xút tới nồng độ 65% Tăng nhiệt thues thiết bị cô đặc -  Bước 2: Cô đặc đưa nồng độ xút lên 70-80%, thực áp suất 8atm, nhiệt độ khảng 380oC -  Bước 3: Ở điều kiện áp suất thấp, dung dịch Xút cô đặc hàm lượng chất rắn xút thu đạt 99% Xút nóng đưa vào thiết bị kết tinh liên tục kiểu trống quay Trong lòng trống chia thày khu vực có nhiệt độ riêng biệt khác Xút kết tinh trống dao gạt rơi xuống máy nghiền (do xút có dạng vảy) đóng thùng 4.3 Quy trình phương pháp điện phân điều chế hợp chất Clo: NaClO, NaClO3 NaClO4 • Điều chế NaClO • Điều chế NaClO3 • Điều chế NaClO4 Điều chế NaClO Trong nhà máy hóa chất • Sục khí Clo vào NaOH Cl2 + NaOH → NaCl + NaClO + H2O Trong cơng nghiệp • Phương pháp điện phân dung dịch nước muối Anot (+) Na+ , H2O catot anot ClCl- - 2e → Cl2 Catot (-) = H2 2H2O + 2e→2OH- + H2 H+ Cl Na+ OH- Gđ 1: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 Gđ 2: Cl + 2NaOH → NaCl + NaClO + H O Điều chế NaClO3 Anot (+) Cl- - 2e →Cl2 NaClO Cl2 + H2O = HClO + HCl Cl Na+ , H2O catot anot Cl- HCl + NaOH = NaCl + H2O Catot (-) = Na+ H2 H + 2H2O + 2e→2OH- + H2 = Na+ + ClO- OH- HClO + NaOH = NaClO + H2O 6ClO- + 6OH- – 6e → 2ClO3- + 4Cl- + 3/2 O2 + 3H2O Ngồi HClO tác dụng với muối nâng cao nhiệt độ 4HClO + 2ClO- → 2ClO3- + 4Cl- + 4H+ → PƯ hình thành NaClO3 khơng thực điện cực mà thực hiên dd → PƯHH cách để nâng hiệu suất dòng điện Điều chế NaClO4 K2Cr2O7 SP gd1: NaClO4: 500gA/ml NaClO3: 80÷90g/l SP gd2: NaClO4: 600g/l NaClO3: 5g/l Anot (+) ClO3- Catot (-) Na+ , H2O ClO3- → ClO3 + 2e 2H2O + 2e→2OH- + H2 ClO3 + H2O→ HClO3 + 1/2 O2 (1) 2HClO3 → HClO4+ HClO2 HClO2 +1/2 O2→HClO3 (3) (2) NaClO3 K2Cr2O7 HCl HIỆU SUẤT : catot anot = 90% 70% Cl2 HClO4 NaClO3 NaOH HClO4 + NaClO3 → HClO3 + NaClO4 K2Cr2O7 + 14 HCl → CrCl3+ KCl + Cl2+ H2O 5K2Cr2O7 + 3Cl2 + 6NaOH = 10KCrO2 + 6NaClO3 + 3H2O K2Cr2O7 SP gd1: NaClO4: 500gA/ml NaClO3: 80÷90g/l SP gd2: NaClO4: 600g/l NaClO3: 5g/l THANKS !