基础电化学期末报告.PDFVIP

基礎電化學期末報告 主題：電解氯化鈉製成氫氧化鈉 (工業電解) 化材二甲 組員：吳東霖 曾郁恒 鄭光男 郭芃呈 歐政巖 指導教授：吳文昌 目錄 一、電解發展及反應過程 二、電解的QA 三、氯化鈉介紹 四、電解氯化鈉製成氫氧化鈉 1.NaOH 簡介 2.電解NaCl 得到NaOH 一、電解發展及反應過程 在外電流作用下﹐使直流電通過電解槽﹐在電極界面引起化學反應的過程﹐即電 能直接轉變為化學能的過程。電解是在電解槽中進行的。用兩塊電子導體(如金 屬﹑石墨等)作為電極(陽極和陰極) ﹐在兩極保持一定距離的情況下分別與離子導 體(例如電解質溶液﹑熔融電解質等)直接接觸﹐即構成最簡單的電解槽。為防止 陰極與陽極區的電解產物相混合﹐通常要在兩極間加上可使離子透過的隔膜。 以水的電解為例﹐電解槽中的陰極是鐵板﹐陽極是鎳板﹐以氫氧化鈉水溶液為 電解液。兩電極與直流電源接通後﹐電流流入陽極﹐然後由陰極流回到直流電源 中。實際的電子流動方向與電流的方向相反﹐即電子自外電源流入鐵陰極﹐隨後 轉變為溶液中的離子輸送電荷﹐接著又轉變為鎳陽極中的電子導電﹐最後將電子 送回直流電源中。 電流通過電解槽時﹐不可避免地要在陰極發生還原反應和在陽極發生氧化反應。 儘管電解液的成分相同﹐如果使用不同材料的電極﹐或在不同溫度和電極電勢下 電解﹐則電極反應的速率甚至電解產物也都會不一樣。 電解是一種非常強有力的氧化還原手段﹐可以把電子當作氧化劑或還原劑來看 待。許多在一般情況下很難發生的氧化還原反應﹐常常可以通過電解來實現。例 如﹐只有用電解的方法﹐才能將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質氟。又如電解 熔融的鋰鹽時﹐可在陰極上將很難還原的Li 還原為金屬鋰。許多已經實現大 規模生產的電解過程﹐例如電解食鹽水溶液製取氯氣和燒鹼﹐電解熔融的氧化鋁 與冰晶石製取金屬鋁﹐電解精煉含雜質較多的銅等﹐經濟上非常合算﹐在國民經 濟中具有重大意義。 與一般有機合成相比﹐有機化合物的電合成的最大特點是無需向體系中引入額 外的氧化劑與還原劑﹐例如在陰極上將葡萄糖還原為山梨醇和甘露醇。這不但可 以減少貴重化學藥品的消耗﹐而且還可消除某些對環境污染的危害。電合成可以 使某些穩定性差﹐不宜於在高溫高壓下進行的反應﹐得以在常溫常壓下進行。此 外﹐在電合成中通過對電極材料的選擇和溫度與電極電勢的控制﹐可以大大降低 副反應的反應速率﹐簡化生產中分離與提純的操作。 為了解決環境污染和回收污水中的金屬材料﹐電解也是處理污水的一種方法。 由於污水中金屬離子含量相當低﹐同樣也需要在電解槽設計上作出新的改進﹐以 增大電極表面積和促使電解液的流動。當前﹐除通常使用的箱式電解槽外﹐許多 新型的電解槽﹐如板框壓濾式電解槽﹑旋轉圓柱或多層圓盤電解槽﹑兩極間距離 小至0.3 ～1 毫米的雙極性電解槽﹑陰陽極與隔膜疊在一起的卷筒式電解槽等﹐ 已陸續用於生產。 為了大量節約電能和提高自然資源的利用率﹐最近20 年來﹐電解在工藝上的發 展很快。例如﹐使用對電極反應催化性能好的新材料製備電極﹔在多孔圓柱中裝 入顆粒狀電子導體材料﹐電解液自下部流入﹐形成流化床﹔由普通隔膜電解發展 為離子交換膜電解﹐並將這種工藝進一步發展到兩電極間的離子交換膜中幾乎不 存在夾帶氣泡的液體電解質等。 二、電解的介紹 (1)定義：通直流電使物質分解的反應，稱為電解；為 一種非自發反應 (2)原理： A.電解質在水溶液中或熔融時會解離產生離 子；離子數未必相等，離子所帶電荷亦未必 相等，但總電量必相等，而呈電中性 B.通入直流電時，陽離子或水游向陰極而被還