Введение. Основным промышленным способом одновременного получения гидроксида натрия, хлора и водорода является электролиз водного раствора хлорида натрия

 

Основным промышленным способом одновременного получения гидроксида натрия, хлора и водорода является электролиз водного раствора хлорида натрия. Существуют два параллельных производства гидроксида натрия: с использованием жидкого ртутного катода (амальгамный метод) и с твёрдым катодом (диафрагменный метод). Последний реализуется в проточных электролитических ваннах с фильтрующей диафрагмой, разделяющей анодное и катодное пространство.

Электролит, находящийся в катодном пространстве называют католитом, в анодном – соответственно анолитом.

Диафрагменный способ прост в аппаратурном оформлении, относительно дешев и не использует ртуть, пары которой опасны для здоровья человека. Однако, необходимо отметить, что гидроксид натрия, получаемый при использовании электролизёра диафрагменного типа, не обладает достаточной чистотой и не может быть использован, например, в производстве искусственного волокна или целлюлозы.

 

Теоретические основы процесса

 

Процесс электрохимического получения гидроксида натрия, хлора и водорода, как и любой другой химико-технологический процесс, может быть проанализирован с термодинамической и кинетической точки зрения.

Электродные реакции и термодинамика процесса электролиза водного раствора хлорида натрия в диафрагменной ванне.

Электролиз концентрированного раствора хлорида натрия можно охарактеризовать как сложный гетерогенный процесс, протекающий на границе раздела фаз: твердый электрод – жидкий электролит – газ.

 

Процесс может быть описан суммарным уравнением:

 

2NaCl + 2Н₂О = 2NaOH + H₂ + Cl₂ (2.2.1)

электролит катодный анодный

продукт продукт

 

В реальных условиях получения гидроксида натрия в ванне диафрагменного типа протекают следующие основные электродные реакции:

на катоде выделение водорода (процесс восстановления):

 

К ½ 2Н₂О + 2е-= Н₂ + 2ОН-, (2.2.2)

 

на аноде - хлора (процесс окисления):

 

А ½ 2Cl-- 2e-= Cl₂ (2.2.3)

 

Вероятность протекания различных электродных реакций на катоде и аноде при проведении процесса в стандартных условиях (25^ОС, Р = 1 атм., активность ионов равна 1) можно оценить на основании величины стандартного электродного потенциала (Е^О). На катоде в первую очередь протекают те процессы, стандартный электродный потенциал которых наиболее электроположителен, на аноде реализуются процессы с наиболее электроотрицательным значением Е^О. Стандартные потенциалы электродных реакций, протекание которых принципиально возможно при электролизе раствора хлорида натрия, приведены в табл. 2.2.1.

Таблица 2.2.1.