由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产,是重要的基础化学工业之一。我国的氯碱工业主要采用两种生产工艺。
1.隔膜法
电解在立式隔膜电解槽中进行,如图 a所示。电解槽的阳极用涂有tiO 2 - RuO 2 涂层的钛或石墨制成,阴极由铁丝网制成,网上附着一层石棉绒做隔膜,这层隔膜把电解槽分隔成阳极室和阴极室。将已除去 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、
下两种电离方程:
NACl
Na
+
+
Cl
-
H
2
O
H
+
+
OH
-
所以,食盐水中含有 Na + 、 H + 、 Cl - 和 OH - 四种离子。当接通电源后,在电场的作用下,带负电的 Cl - 和 OH - 移向阳极,带正电的 Na + 和 H + 移向阴极,在这种条件下,电极上发生如下反应:
在阳极
&Nbsp;
2Cl
-
-
2e
2Cl
2Cl
Cl
2
↑
在阴极
2H
+
+
2e
2H
2H
H
2
↑
即在阳极室放出 Cl 2 ,阴极室放出 H 2 。由于阴极上有隔膜,而且阳极室的液位比阴极室高,所以可以阻止 H 2 跟 Cl 2 混合,以免引起爆炸。由于 H + 不断放电,破坏了水的电离平衡,促使水不断电离,造成溶液中 OH - 的富集。这样在阴极室就形成了 NaOH溶液,它从阴极室底部流出。电解食盐水的总反应可以表示如下:
2NaCl+2H
2
O
2NaOH+H
2
↑+
Cl
2
↑
用这种方法生产的碱液比较稀,其中含有多量未电解的 NaCl ,需要经过分离、浓缩,才能得到固态 NaOH。
2.离子交换膜法
离子交换膜法电解食盐水的原理如图 b所示。在这种电解槽中,用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜跟石棉绒膜不同,它具有选择透过性。它只让Na + 带着少量水分子透过,其它离子难以透过。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl溶液,往阴极室注入水。在阳极室中Cl - 放电,生成 C1 2 ,从电解槽顶部放出,同时 Na + 带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴极室中 H + 放电,生成 H 2 ,也从电解槽顶部放出。但是剩余的 OH - 由于受阳离子交换膜的阻隔,不能移向阳极室,这样就在阴极室里逐渐富集,形成了 NaOH溶液。随着电解的进行,不断往阳极室里注入精制食盐水,以补充NaCl的消耗;不断往阴极室里注入水,以补充水的消耗和调节产品NaOH的浓度。所得的碱液从阴极室上部导出。因为阳离子交换膜能阻止Cl - 通过,所以阴极室生成的 NaOH溶液中含NaCl杂质很少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大,纯度高,而且能耗也低,所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺。
* 近代测试表明,四氧化三铁实际是铁的混合价态化合物,分子式应为Fe II Fe III [Fe III O 4 ]。在中学可以将Fe 3 O 4 分入“复杂氧化物”类。