Электролиз водного раствора хлорида натрия

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

″Ярославский государственный технический университет″

Кафедра «Общей химической технологии и электрохимических производств»

 

 

Отчет защищен с оценкой Преподаватель канд. техн. наук, доцент _____________А.В.Павлов 17.03.15

Электролиз водного раствора хлорида натрия.

Отчет о лабораторной работе по курсу

"Общая химическая  технология"

ЯГТУ 280201.62 ЛР

 

Отчет выполнил студент гр. ХТОС-22 _____________К. А. Комлева _____________Е. Ю. Рогозина ____________Е. Н. Дубровина 17.03.15

 

 

 

2015

Теоретическая часть.

Электролизом называются процессы, протекающие на электродах при пропускании постоянного электрического тока через растворы или расплавы электролитов в аппаратах, называемых электролизерами.

Молекулы электролитов в растворах или расплавах в определенной степени диссоциированы на ионы. Под воздействием приложенной ЭДС ионы приобретают направленное движение к соответствующим электродам: положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательно заряженные ионы (анионы) – к аноду.

На аноде происходят реакции окисления (отщепления электронов), на катоде – восстановления (присоединения электронов).

Для протекания электролиза необходимо, чтобы потенциал рабочего электрода превышал равновесный потенциал разряда данного вида иона Ep, определяемый по уравнению Нернста:

 

E0 – стандартный электродный потенциал, В;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль*К);

Т – температура, К;

F – число Фарадея; F = 96500 Кл/моль= 26,8 А*ч/моль;

Число Фарадея равно количеству электричества, необходимому для превращения молярной массы эквивалента вещества на электроде.

 

Теоретически минимальное напряжение на электролизере Uтеор , необходимое для проведения реакции на электродах, определяется как разность равновесных потенциалов анодной ЕРА и катодной ЕРК реакций

 

Практическая величина напряжения на электролизере превышает теоретическую

 

Поляризация характеризует отклонение потенциала электрода при пропускании тока от его равновесного потенциала ЕР, связанное с наличием лимитирующей стадии электродного процесса.

Превращение веществ на электродах подчиняются законам Фарадея. Согласно первому закону Фарадея количество вещества, превращенного на электроде, прямо пропорционально количеству пропущенного через электролит электричества:

 

Связь между химическим эквивалентом Э и электрохимическим Кэ устанавливается соотношением:

 

 

Основными показателями процесса электролиза являются:

1. Выход по току
2. Коэффициент использования энергии
3. Напряжение на электролизной ванне Uпр.

Выходом по току называется отношение практически полученного вещества mтеор, выделившегося согласно законам Фарадея и рассчитанное по уравнению, обычно выражают в процентах

 

Выход по току обычно ниже 100% за счёт протекания побочных химических и электрохимических реакций, а также за счёт возможной утечки тока при плохой изоляции проводов и электролизной ванны.

Коэффициентом использования электрической энергии называется соотношение количества электрической энергии, теоретически необходимой для получения 1г вещества к практически затраченной, его выражают в процентах

 

Теоретический расход энергии на единицу вещества определяется по уравнению

 

Практический расход энергии на единицу полученного вещества

 

Тогда

 

Для увеличения коэффициента использования энергии необходимо повышать выход по току и снижать практическое напряжение на электролизной ванне.

 

 

 

 

 

Описание лабораторной установки.

Лабораторная установка для электролиза водного раствора хлорида натрия состоит из электролизера, выпрямителя, реостата и амперметра (рис.1.1). Электролизер с неподвижным электролитом представляет собой сосуд, внутри которого находятся графитовый анод и стальной анод. Анодное и катодное пространства разделены асбестовой диафрагмой. Анодное пространство герметизировано с помощью крышки, в которой имеются два отверстия: для заполнения его электролитом и для отвода хлор-газа.

Водный раствор хлорида натрия заливают в анодное и катодное пространства, хлор-газ выводят в атмосферу или в газоанализатор, водород  уходит в атмосферу.

 

Задание на выполнение работы.

• Составить материальный баланс Na+
• Рассчитать выход едкого натра по току и коэффициент использования энергии.

 

Расчетная часть.

Исходные данные:

Исходный объём католита 90 см3.

Объем католита после электролиза 95 см3.

Время электролиза 1 час.

Ток электролиза 1 А.

На титрование исходного раствора пошло 4,6 см3 AgNO3.

На титрование католита после электролиза пошло 4,5 см3 AgNO3.

На титрование католита после электролиза на содержание NaOH+1/2Na2CO3 пошло А1=2,6 см3 раствора HCl с концентрацией 0,1 моль/дм3.

На титрование 1/2Na2CO3 пошло А2=0,1 см3 раствора HCl с концентрацией 0,1 моль/дм3.

Практическая величина напряжения на электролизере =18,5В.

1.Анализ рассола на  содержание NaCl

 

2. Анализ католита на содержание NaCl через 1 час электролиза

 

3. Анализ католита на совместное присутствие NaOH и Na2CO3

 

 

Расчёт материального баланса по Na+.

1. Содержание Na+ в исходном католите.

В 1000 см3 исходного католита содержится 269,1 г NaCl

В 90 см3 исходного католита содержится X г NaCl

 

 

2. Содержание Na+ в католите после электролиза

В 1000 см3 исходного католита содержится 263,25 г NaCl

В 95 см3 исходного католита содержится  Y г NaCl

 

 

3. Содержание Na+ в в 95 см3 католита после электролиза

В 40г – 23 г Na+

В 0.95г – X г Na+

 

     4) Содержание Na+ в Na2CO3 в 95 см3 католита после электролиза

В 106г Na2CO3 – 46 г Na+

В 0.101г Na2CO3 – X’ г Na+

 

 

 

Материальный баланс по Na+

Приход		Расход
Исходные реагенты	G, г	Продукты электролиза	G, г
Содержание Na+ в исходном католите	9,5	Содержание Na+ в   NaCl	9,5
		Содержание Na+ в NaOH	0,55
		Содержание Na+ в Na2CO3	0,044
Всего	9,5	Всего	10,094

 

 

 

5)Расчёт выхода NaOH по току.

 

 

 

 

6) Расчёт коэффициента  использования энергии 

 

Выводы: