Реферат на тему:
Chlor-Alkali-Elektrolyse
Allgemein
Elektrolyse (Zerlegung durch elektrische Energie) waessriger Loesungen
von Kochsalz dient zur Technischen Gewinnung von Chlor, Natronlauge und
Wasserstoff.
Normalpotentiale von Natrium (-2,7V), Wasserstoff (-0,4V), Chlor (+1,4V)
und Sauerstoff (+0,8V) bei Natriumchloridloesung von c=1mol/l
Abscheidungspotential fuer Wasserstoff geringer als fuer Natrium und
Sauerstoff geringer als Chlor
An dem (-)-Pol gasfoermiger Wasserstoff (Protonen durch
Elektronenaufnahme zu Wasserstoff reduziert); an dem (+)-Pol Sauerstoff
(durch Oxidation aus Hydroxidionen unter Bildung von Wasser)
anstatt Sauerstoff sollte sich jedoch Chlor an der Anode ablagern
durch Elektrodenmaterial hohe Ueberspannung bei Sauerstoff und geringe
bei Chlor
Abscheidungspotential von Sauerstoff groesser als von Chlor, dabei wird
Graphit als (+)-Pol und billiges Eisen als (-)-Pol verwendet
Am (+)-Pol wird Chlorid zu Chlor oxidiert und am (-)-Pol Protonen zu
Wasserstoff reduziert
Loesung mit unentladenen Natrium- und Hydroxidionen
Gefahr: Vermischen von Chlor mit Wasserstoff => Chlorknallgasexplosion
Verhinderung: Raum des (-)-Pols vom Raum des (+)-Pols durch ein
Diaphragma-/Amalgamverfahren trennen, dafuer muss der Ausgangsstoff
Natriumchlorid sorgfaeltig von Magnesium und Calcium gereinigt werden
(diese bilden sonst schwerloesliche Hydroxide, die das Diaphragma oder
den Amalgamzersetzer verstopfen), ausserdem muss Sulfat sorgfaeltig
entfernt werden, weil diese die Sauerstoff-Ueberspannung am (+)-Pol
herabsetzt und dieser dort Hydroxidionen frei setzt und mit dem Graphit
des (+)-Pols gasfoermiges Kohlendioxid bildet => Verschluss des (+)-Pols
Amalgam-Verfahren (Quecksilber-Verfahren):
(-)-Pol Reduktion
2Na + 2e ( 2Na (mit Hg ( NaHg)
Folgeraktion: 2Na + 2H O( 2Na + 2OH +H (+)-Pol Oxidation
2Cl ( Cl +2e
Redoxreaktion: 2Na + 2Cl +2H O ( 2Na + 2OH +2H +2Cl
Moderne Grossanlagen haben Zellengroessen von ca. 35m?, Stromstaerken
bis zu 450000A und Stromdichten von 10-15kA/m? (bis zu 65 Zellen
erforderlich).
Die Elektrolyse findet bei 70°C in Stahlwannen statt.
Vorteile: Natronlauge wird getrennt von Natriumchloridloesung erzeugt.
sehr reine und hoch konzentrierte Lauge
Nachteile: Quecksilber und Quecksilberverbindungen werden zwangslaeufig
bei dem Abfluss aus der Amalgamerzeugungszelle mitgefuehrt. Weil diese
sehr giftig sind und ein Umweltrisiko darstellen, werden sie unter hohem
Kostenaufwand aus den Elektrolytabwaessern entfernt. Aufwaendige
Reinigungsmassnahmen der Elektrolyseanlagen
Das Amalgamverfahren verliert immer mehr an Bedeutung.
Diaphragma-Verfahren:
(-)-Pol Reduktion
2H O ( 2H + 2OH
2H +2e ( H (+)-Pol Oxidation
2NaCl ( 2Na +2Cl
2Cl ( Cl +2e
2H O + 2e ( 2OH + H 2NaCl ( 2Na + Cl +2e
Redoxreaktion: 2NaCl + 2H O ( 2NaOH + Cl + H
Moderne Diaphragmazellen haben Stromstaerken von bis zu 150000A und
Stromdichten von 2,0-2,74kA/m?, bei denen eine Zellspannung von 3,0-4,5V
und ein Energieverbrauch von 2590-3250kWh/t Chlor erforderlich sind.
Vorteile: Reines Chlor entsteht, bei dem der Energieaufwand je kg Chlor
etwa 3 kWh betraegt, was somit um 0,5 kWh/kg geringer ist als beim
Amalgamverfahren. Ausserdem koennen Hypochlorite und Chlorate
hergestellt werden.
Nachteile: Die Natronlauge ist sehr verduennt und ist mit Natriumchlorid
verunreinigt. Eine nachfolgende Salzabtrennung und ein Eindampfen der
Natronlauge ist deshalb auch sehr notwendig.
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