氯碱工业生产过程中的电化学原理
氯碱工业生产过程中的电化学原理陈一凡材料与化学学院 031133 20131002034摘要：简述有关氯碱工业中有关的电化学基础研究，从理论到实际，从实验到生产，并展示电化学基础研究的一些新近进展。
关键词：氯碱工业电化学反应机理电解氯碱法，由电解食盐水溶液制取氢氧化钠、氯气和氢气的工业生产方法，是重要的基础化学工业之一。
由于其基本反应为电化学过程，因此氯碱工业的产率，能耗，产品质量均与电化学有关，二者密切的关系表现为：一方面氯碱工业的建立与发展受益于电化学科学与电化学工程的发展；另一方面氯碱工业的成就又促进了电化学的进步。
本文就与氯碱工业有关的电化学基础研究的一些进展，予以简单介绍。
食盐水溶液电解的理论基础：阳极反应：2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反应）析氯反应析氧反应：酸性、碱性溶液PＨ值增加，析氧的平衡电极电位变负，反应将更易发生。
热力学：如比较析氧和析氯的标准电极电位，析氧比析氯更容易发生。
动力学：析氯反应的极化率较低，当阳极极化增加时，用于析氯的电流密度迅速增加，而消耗于析氧的电流就相对减小。
在工业中为了提高阳极析氯的电流效率，要增大“氧氯差”。
增大氯氧差的措施：为了提高阳极析氯的电流效率，要增大“氯氧差”。
尽力减小析氯反应的过电位，增大析氧反应的过电位。
常采取以下措施：[1]（1）提高电极材料的电催化选择性。
如：电流密度为1000一5000A／m2时，DSA阳极：析氧电位比析氯电位高250一300mv，石墨阳极：高100mv。
（2）提高电解液中Cl-的浓度，降低电解液中的OH-浓度。
如：采用饱和盐水、酸性盐水，以降低析氯电位，提高析氧电位。
（3）提高电流密度。
利用两个电极反应可逆性的差异，扩大反应速率的差距。
阴极反应：隔膜法和离子膜法（铁阴极或活性阴极）：水银法（液汞阴极）：Na+放电，生成钠-汞齐解汞槽食盐水溶液电解制取氯气和烧碱的技术关键是电化学反应器中两极产物的分隔。
否则将发生各种副反应和次级反应，使产率大减、产品质量下降，并可能发生爆炸。
在工业生产中，要避免这几种产物混合，常使反应在特殊的电解槽中进行。
我国的氯碱工业主要采用三种生产工艺：隔膜电解法、离子膜电解法、水银电解法[2]。
隔膜电解法：利用多孔渗透性的材料作为电解槽内的隔层，以分隔阳极产物和阴极产物的电解方法。
氯碱工业利用隔膜电解槽电解食盐水溶液生产烧碱（氢氧化钠）、氯气和氢气。
隔膜电解槽由装有阳极的槽底、吸附隔膜的阴极箱和槽盖三部分组装而成。
隔膜是一种由石棉纤维制成的多孔渗透性隔层，将电解槽分隔为阴极室（阴极网袋内）与阳极室（隔膜与阳极之间的空隙）。
隔膜的微孔容许离子和液体通过，但能分开阳极上产生的氯气和阴极上产生的氢氧化钠溶液和氢气，避免氯气溶解在氢氧化钠溶液中生成次氯酸钠，并最终成为氯酸钠，还防止氯与氢混合而构成爆炸性的混合物。
特点①隔膜电解法与水银电解法、离子膜电解法、比较总能耗(包括电、蒸气)最高。
②氢氧化钠产品（固体）含有3％左右的氯化钠，不能用于人造丝与合成纤维的生产。
③隔膜所用的细微石棉纤维，吸入肺内有损健康。
但因生产设备容易制作，材料便于取得，在电源比较丰富或电价比较低廉，对于烧碱含盐量的要求又不很苛刻的地区，特别是有地下盐水或附近有联合发电与供汽设施的地区，仍在普遍采用。
生产工艺流程：盐水工序、电解工序、蒸发工序、氯和氢的处理等1、盐水工序化盐(原盐溶解)、盐水精制、澄清、过滤、重饱和、预热、中和及盐泥处理。
每生产1吨烧碱(100％NaoH)和0.88吨氯约需1.5一1.6吨原盐(理论值为1.462吨)。
盐水工序的投资占氯碱厂总投资的5-10％，而原盐的费用在生产成本中占20一30％。
盐水的精制粗盐水主要的杂质及其危害：[3]①钙、镁、铁离子，可在阴极区的碱性介质中生成沉淀，堵塞隔膜，使其渗透率降低，减小电解液流量，降低电流效率，缩短隔膜寿命，消耗NaOH。
②SO42-，可加速OH-在阳极放电，并降低NaCl的溶解度。
③NH4+或有机氮化物，可能在电解槽中转化为NCl3，易爆炸。
盐水的澄清和过滤澄清：重力沉降法或浮上澄清法。
过滤：虹吸式过滤器及重力式过滤器。
盐水的重饱和、预热、中和[4]经过上述处理的盐水必须再次饱和，即重饱和，并在入槽前加热到80℃左右，可降低氯在盐水中的溶解度，析氯的过电位，并提高溶液电导率，减小欧姆压降。
并加入盐酸，使pH降低。
2、电解工序精制的盐水由阳极区进入隔膜法电解槽电解，从阳极区得到氯气，从阴极区得到氢气、烧碱和氯化钠混合的阴极液。
3、蒸发工序（1）浓缩NaOH溶液，使之达到液碱产品的浓度（2）分离其中的NaCl，回收后送入盐水工序重复使用。
4、固碱工序固碱工序：采用熬碱锅间歇蒸煮或升(降)膜式蒸发器连续蒸发，液碱去除水分后呈熔融态，NaOH含量达95％以上，再经冷却成型，分别制成桶碱、片碱或粒碱等产品。
我国烧碱生产中固碱产量约为10％－12％，世界烧碱主要生产国的固碱产量约为5％。
5、气体产物的处理氯气：从电解槽直接获得的高温高湿、并带有盐雾等杂质的氯气，不能作为产品使用，必须经过冷却、干燥、加压、液化等处理，以液氯产品形式提供给用户。
氢气：电解槽出来的氢气，温度达80℃，亦需冷却洗涤，经压缩后灌装入钢瓶，供用户使用。
为了保持电解槽阴极室压力恒定，还需设置氢气压力调节装置及自动放空装置。
电解工序的生产控制提高NaCl浓度的意义[5]（1）可提高析氯电流效率。
（2）可降低氯的溶解量，从而减少氯的损失及氯溶解产生的副反应，有利于提高效率。
（3）可使溶液电导率明显提高，从而减小溶液的欧姆压降和槽压，降低能耗。
现状和展望20世纪80年代初期，隔膜电解法在世界氯碱工业总的生产能力中约占55％，由于经济原因，采用此法的大多数氯碱厂经过技术改造，仍将继续生产，但新建的氯碱生产装置一般将采用离子膜电解法[6]改进隔膜电解工序的运行机制是电化学反应。
在电化学工业中，电解产物的成本在很大程度上取决于电能的消耗，而电能消耗主要取决于电解槽的槽电压，所以，降低槽电压是降低电耗的主要途径。
[7]离子膜电解法经过两次精制的浓食盐水溶液连续进入阳极室，钠离子在电场作用下透过阳离子交换膜向阴极室移动，进入阴极液的钠离子连同阴极上电解水而产生的氢氧离子生成氢氧化钠，同时在阴极上放出氢气。
食盐水溶液中的氯离子受到膜的限制，基本上不能进入阴极室而在阳极上被氧化成为氯气。
部分氯化钠电解后，剩余的淡盐水流出电解槽经脱除溶解氯，固体盐重饱和以及精制后，返回阳极室，构成与水银法类似的盐水环路。
离开阴极室的氢氧化钠溶液一部分作为产品，一部分加入纯水后返回阴极室。
碱液的循环有助于精确控制加入的水量，又能带走电解槽内部产生的热量。
特点①总能耗最低（与隔膜电解法和水银电解法相比），在4000A/m电流密度下，每吨烧碱的直流电耗为7.56～7.92GJ(2100～2200kWh)[8]；②烧碱纯度高，50%的氢氧化钠碱液，含氯化钠50～60ppm;③无水银或石棉污染环境的问题；④操作、控制都比较容易；⑤适应负荷变化的能力较大；⑥要求用高质量的盐水；⑦离子膜的价格比较昂贵。
国外离子膜技术发展水平膜电解技术的关键是离子膜的性能，而膜的经济寿命随阴阳极距不同而有差别：（1）有限极距槽，膜寿命可达6年。
（2）零极距槽，膜寿命为3年以上。
如H-U槽，自1983年推向市场应用以来，至今所有Fiona膜，寿命最佳者已达６年，并且其电流效率仍维持在95%左右，操作状况尚佳。
杜邦公司的Fiona膜，已推广到世界150家膜法工厂中的近100家内，分散在33个国家和地区，其N-90209膜的寿命在日本平均已逾3年，电流效率仍高于96%。
现在美国杜邦公司又推出一种型号为NX-966的新膜，它比N-90209的机械性能提高50%。
NX-966更具安全和寿命较长的优点。
[9]水银电解法在氯碱工业中，利用水银电解槽电解食盐水溶液，生产高纯度烧碱（氢氧化钠）、氢气和氯气，首先于1897年在英国柴郡的朗科恩和美国实现工业化生产。
水银电解槽工艺流程水银电解槽由电解器、解汞器和水银泵三部分组成，水银电解法形成水银和盐水两个环路。
电解器为钢制带盖的沿纵向有一定倾斜度的长方形槽体，两端分别有槽头箱和槽尾箱，由分隔水银与盐水的液封隔板与槽体相连。
槽体的底部为平滑的厚钢板，保证水银流动时不致裸露钢铁，钢板下面连接导电板。
槽壁衬有耐腐蚀的硬橡胶或塑料的绝缘衬里。
槽盖上有通过密封圈下垂的石墨阳极或金属阳极组件，露出槽外的阳极棒由软铜板连接阳极导电板，槽盖与槽体密闭。
水银与精制的饱和盐水同时连续进入槽头箱，水银借重力形成流动的薄膜，覆盖整个槽底作为阴极。
通入直流电时，盐水中的氯化钠被电解，由于水银阴极上氢的超压（又称过电压），远大于钠的超压，因而钠离子在阴极放电生成的金属钠立即与水银形成钠汞齐，溶在水银中从槽尾箱流出进入解汞器。
氯离子在阳极上失去电子生成氯气泡，穿过盐水从槽盖上的氯气出口管引出。
解汞后的水银流入水银贮槽，由水银泵送到电解器槽头箱，构成水银流动的环路。
饱和食盐水溶液流经电解器，一部分氯化钠(约15％～16％)解离，剩余的溶有氯气的淡盐水流出槽外，经盐酸酸化后，在真空下或吹入空气脱氯，然后再用固体食盐重新饱和，制成精制盐水，重新使用，构成盐水流动环路。
解汞器目前多采用立式，汞齐从器顶均匀流下，经石墨粒填料床与器底流入的纯水逆流接触，汞齐为阳极，石墨粒为阴极，两者接触短路，生成氢氧化钠和氢气。
氢气经解汞器顶部冷却器冷却，以捕集大部分水银后再进一步精制。
现代电解器均装有超负荷电极保护装置，由电子计算机控制，随时调整阳极的高低，使阴阳两极在最小的间距下运转而不致短路。
水银电解法具有一定的优点。
80年代初，水银电解法在世界氯碱工业生产能力中约占42％。
现有的水银法氯碱装置，大多数在积极控制水银流失的条件下继续采用，一部分则将改造为离子交换膜法装置。
新建的氯碱厂一般不再采用此法。
对拆除设备采用循环水冲洗，酸洗 ;废水和部分固体废弃物采用活性碳吸附和水洗等方法处理沉渣、底泥和受汞污染的部分土壤及除汞处理后的拆除设备一并外售具有处理能力的企业，有效地防止了汞扩散和转移的做法。
[10]参考文献：[1]松浦俊二（日）.离子膜电解槽电流效率的影响因素.第五届日本碱工业技术讨论会文集，北京：科学技术文献出版社，1981:45.[2]百度百科----氯碱工业/link?url=HO-ki76hH7qsnklBsqOjTKvxIxw5LRCuDTSKIfsPp5h91hhck_ttcMAtlqwb Y2MeV9bAE5GZ6QCrW2L8Xk0n6_[3]周脉友. 浅谈盐水生产中的注意事项[J]. 氯碱工业， 1993， 12期:7-9.[4]安作依，李维平.离子膜法盐水中杂质及去除方法.氯碱工业，1999，（8）：46-47[5]孙勤，曾少行. 精盐水质量对氯碱生产的影响及对策[J]. 氯碱工业， 2000，第12期:7-10. DOI:doi:10.3969/j.issn.1008-133X.2000.12.003.[6]沈立平. 我国氯碱生产技术进展[J]. 氯碱工业， 2007，第9期:1-4.DOI:doi:10.3969/j.issn.1008-133X.2007.09.001.[7]隔膜法电解装置节电措施[B]/靳党会，党增琦，叶鹏云//氯碱工业第45卷第6期2009年6月 -1008—133X(2009)06—0010—02[8]陈立春. 离子膜电解制碱技术概况[J]. 氯碱工业， 1999， 10期.[9]国内外离子膜电解方法的经济技术评述／郏国有；陆宏卿／／氯碱工业．一1995，(6)[10]《辽宁城乡环境科技》， 2000， 04期:42-43/张威。
2020高中化学第四章电化学基础第三节电解池第2课时电解原理的应用教案新人教版选修4
第2课时 电解原理的应用[明确学习目标] 1.了解电解在氯碱工业中的应用。
2.了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用。
一、电解饱和食盐水 1．装置、现象及电极反应式2．解释放电顺序：□03H ＋>Na ＋ □04Cl －>OH － 3．总反应式化学方程式：□052NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑； 离子方程式：□062Cl －＋2H 2O=====电解2OH －＋H 2↑＋Cl 2↑。
二、电镀 1．定义电镀是应用□01电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他□02金属或□03合金的方法。
2．电镀池的构成(往铁件上镀铜)(1)阴极材料：□04Fe ，电极反应式：□05Cu 2＋＋2e －===Cu ； (2)阳极材料：□06Cu ，电极反应式：□07Cu －2e －===Cu 2＋； (3)电解质溶液：□08CuSO 4溶液。
3．电镀的目的主要是增强金属□09抗腐蚀能力，增强美观和表面硬度。
三、电冶金 1．金属冶炼的本质使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中□01还原出来。
M n ＋＋n e －===M 。
2．电冶金电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些□02活泼金属单质的制取，如冶炼钠、镁、铝等活泼金属。
3．电解熔融的氯化钠阳极反应式：□032Cl －－2e －===Cl 2↑； 阴极反应式：□042Na ＋＋2e －===2Na ； 总反应：□052NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。
1．用惰性电极电解含有酚酞的饱和NaCl 溶液，如何通过实验现象判断阴、阳两极？ 提示：2．若把铁件上镀铜的阴极材料换为小块精铜，阳极材料换为粗铜，能否通过电解方法由粗铜制精铜？提示：能。
阴极反应式为Cu 2＋＋2e －===Cu ，而粗铜作阳极，比铜活泼的金属成为阳离子进入溶液，但不会在阴极上得电子成为单质(因Cu 2＋得电子能力比它们要强)，不如Cu 活泼的金属不失电子，会随Cu 的消耗从粗铜上脱落沉入阳极区，成为阳极泥。
高中化学公开课离子交换膜在电化学中的解题建模精品课件
Cr2O72－+ H2O
0.25 mol
⑸电解开始前阳极室中含溶质K2CrO4 1 mol，阳极室中K和Cr的物质 的量之比为 2︰1 ；通电一段时间后，当阳极室中K和Cr的物质的量 之比为3︰2时，K＋通过阳离子交换膜向阴极室移动 0.5 mol，此时 电路中通过的电子数目为 0.5NA ；阳极区剩余CrO42－ 0.5 mol， 生成Cr2O72－ 0.25 mol，铬酸钾的转化率为 50% 。
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
阳离子交换膜在氯碱工业中的 三个作用：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸；
②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO
影响NaOH的产量；
阳
③避免Cl－进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，否则将发生
⑴阳极室，电极反应为2H2O－4e－= 4H ＋+，O2↑
产生的 H＋ 离子通过 阳 膜进入 产品 室。 ⑵阴极室，电极反应为4H2O + 4e－= 2H2↑+。4OH－ ⑶原料室： Na＋（填“H2PO2－”或“Na＋”） H＋ 通过阳膜进入阴极室，使得NaOH浓度增大
H2PO2－ Na＋
H2PO2－ （填“H2PO2－”或“Na＋”） 通过阴膜进入产品室。 ⑷产品室：阳极室来的 H＋与原料室来的H2PO2－结合，生成了 H3PO2 。
各种副反应和次级反应，使产率大减，产品质量下降，并可能发生爆 炸。
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（二）
若改为阴离子交换膜 卤酸盐
✘
OH－ ClO－
制备模型
电化学原理及其应用
专题四电化学原理及其应用【能力要求】1．体验化学能与电能相互转化的探究过程。
2．理解原电池和电解池的工作原理，能够正确分析和判断电化学中的电极反应，正确书写电极反应式。
3．了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
4．能解释金属发生电化学腐蚀的原因，联系生产、生活中的金属腐蚀现象，会分析和区别化学腐蚀和电化学腐蚀5．了解一般防腐蚀的方法，并能运用原电池的基本原理解释简单的防腐蚀等生产实际问题。
6．铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业等是电解原理的具体应用，要了解和熟悉这些反应原理。
7．掌握原电池和电解池中有关计算。
考点提示一、原电池1．原电池的定义和化学原理从能量转变看，原电池是将化学能转变为电能的装置；一般来说，能自发进行的氧化还原反应，在理论上都可以组成原电池。
2．构成原电池的条件⑴电极材料应是两种金属活动性不同的金属或由金属和其他能导电的材料（如非金属等）组成；⑵两电极必须浸在电解质溶液中；⑶形成闭合回路。
注意：①极活泼金属不能做原电池的负极，如钾、钠等；②原电池的负极不一定要与电解质溶液中的某种成分反应；③氧化反应和还原反应分别在两极上进行后，使得氧化还原反应更易进行。
3．原电池的电极反应式和总反应式的书写在原电池中：负极（电子流出的极）失去电子，发生氧化反应；正极（电子流入的极）得到电子，发生还原反应。
以上两个反应是在电极与界面上发生的氧化反应或还原反应，称为电极反应。
注意：①电极反应式中常用“═”，不用“→”；②电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；③两极得失电子数应相等。
原电池的总反应式一般是把正极和负极的电极反应式相加而得。
若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。
例如：铜、锌和稀硫酸组成的原电池的总反应式为：Zn +2H+═Zn2+ +H2↑；铜、锌和醋酸溶液组成的原电池的总反应式为：Zn + 2CH3COOH═Zn2+ +2CH3COO―+H2↑4．原电池的正负极的判断方法⑴根据组成原电池的两极电极材料判断。
化学：1. 2. 1《电解的原理》教案(鲁科版选修4)
第二节电能转化为化学能──电解【课标三维定向】１.知识与技能⑴以电解熔融的氯化钠为例，理解电解的基本原理，能够正确判断电解池的阴极和阳极。
⑵了解氯碱工业、精炼粗铜及电镀铜的电解原理，能准确书写电极反应式和电解反应式；掌握惰性材料作电极时，离子的放电顺序。
b5E2RGbCAP２.过程与方法⑴通过理解电解的基本原理，体会电解原理的应用及计算。
⑵通过电解熔融的氯化钠、观看氯碱工业的模型、精炼粗铜及电镀铜等，培养观察、分析、推理、归纳总结、迁移探究的能力。
p1EanqFDPw３.情感态度与价值观激发自主探究的意识，培养“由表及里”的分析问题的辩证唯物主义观点的教育。
同时进行环境保护的教育，提高环保意识。
DXDiTa9E3d【学习策略指导】学习重点：以电解熔融的氯化钠为例，理解电解的基本原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
学习难点：了解氯碱工业、精炼粗铜及电镀铜的原理，体会电解原理的应用。
<阴极和阳极以及电极反应的概念、正确书写电极反应式。
）RTCrpUDGiT第一课时电解原理问题一、电解【自主学习】⒈电解熔融的氯化钠离子在电场中的定向移动是电解质溶液和熔融电解质导电的原因。
在电场作用下，熔融的氯化钠中的和分别移向与电源负极和正极相连的电极。
与电源负极相连的电极带有，Na＋在这个电极上得到电子，被还原成钠原子：；而与电源正极相连的电极带有，Cl－在将电子转移给这个电极，自身被氧化成，最终生成：。
将两个电极上所发生的反应组合起来，就是电解氯化钠制备金属钠的化学反应：。
5PCzVD7HxA⒉电解的定义在的作用下，电解质在两个电极上分别发生和的过程。
[合作探究]：“电解”与“电离”是否是一回事？电解与电离的比较[要点强化指导]⑴电解时所用的电流必须是直流电，而不是交流电。
⑵熔融态电解质可被电解，电解质溶液也可被电解。
⑶电解的过程实质是一个氧化还原反应发生的过程，这一过程在通常情况下是不能进行的。
问题二、电解池【自主学习】⒈电解池的含义将转化为的装置被称为电解池。
《氯及其化合物》氯离子的电化学性质
《氯及其化合物》氯离子的电化学性质《氯及其化合物——氯离子的电化学性质》在化学的世界里，氯及其化合物扮演着重要的角色，而氯离子的电化学性质更是具有诸多引人入胜的特点和广泛的应用。
首先，让我们来了解一下什么是电化学。
简单来说，电化学研究的是电能和化学能之间的相互转化，以及与之相关的化学现象和过程。
而氯离子在这个领域中可有着“大作为”。
氯离子具有良好的导电性。
这是因为氯离子在溶液中能够自由移动，当有外加电场时，它们会定向移动，从而形成电流。
这种导电性在许多电化学过程中都起着关键作用。
比如说，在电解食盐水的过程中，氯离子就会在电场的作用下向阳极移动，并在阳极发生氧化反应。
从电极反应的角度来看，氯离子在阳极可以失去电子发生氧化反应。
以常见的电解氯化铜溶液为例，氯离子会被氧化生成氯气。
这个反应在工业上有着重要的应用，比如氯碱工业中就利用了这个原理来生产氯气和氢氧化钠。
在电池中，氯离子也常常“出没”。
例如，在某些可充电电池中，氯离子参与了正负极之间的电荷转移过程，保证了电池的正常充放电。
而且，氯离子的浓度对电池的性能也有着一定的影响。
当氯离子浓度较高时，电池的内阻可能会减小，从而提高电池的输出功率和效率。
再来说说氯离子的电化学稳定性。
在一定的条件下，氯离子相对较为稳定，不容易被轻易氧化或还原。
但在特定的强氧化或强还原环境中，氯离子的化学性质也会发生改变。
氯离子的电化学性质还与溶液的酸碱度密切相关。
在酸性溶液中，氯离子的氧化还原电位会发生变化，这可能导致其氧化或还原反应的难易程度有所不同。
而在碱性溶液中，氯离子的行为也会有所差异。
在电化学分析领域，氯离子的检测和定量分析是非常重要的。
通过利用氯离子的电化学性质，可以采用诸如电位滴定、极谱法等方法来准确测定氯离子的含量。
这些方法在环境监测、水质分析、医药等领域都有着广泛的应用。
在金属腐蚀方面，氯离子也“难辞其咎”。
当金属暴露在含有氯离子的环境中时，氯离子能够破坏金属表面的氧化膜，加速金属的腐蚀过程。
金属腐蚀机理
Cu +→Cu 2++e OE ＝0.17V2H 2O →4H ++O 2+4e O E ＝1.229V此外，阳极中含有比铜电势更负的杂质离子也可能从阳极溶解。
一般由于Cu 2+离子的电极电势较Cu +离子的更负，主要发生的二价铜离子的阳极溶解；而一价铜离子的反应为次要的，但因溶液中存在以下化学平衡：2Cu + = Cu 2++Cu ，Cu +的浓度虽很低，却可能引起副反应，使电流效率下降。
阴极过程是阳极过程的逆反应，即Cu 2+离子的还原 ：Cu 2++2e - →Cu ，尽管电解液是酸性，一般情况氢析出的电势较铜更负，所以在阴极很少有氢气析出。
在铜电解精炼时，比铜电极电势更负的杂质如:Fe 、Ni 、Zn 等，可在阳极共溶，进入电解液，但不能在阴极与铜析出；而电极电势较铜正的杂质虽可能在阴极共析，却不能在阳极共溶而进入电解液，只能进入阳极泥，这类金属包括Ag 、Au 、铂族等。
这样就达到分离杂质精炼金属铜以及资源充分利用的目的。
最危险的杂质是电极电势与铜接近的杂质，它们在阳极可能共溶，又可能在阴析共析，这要定期地对电解液进行净化，尽量降低这些离子在溶液中的积累。
三* 无机电合成1氯碱工业的电化学基础2氯碱工业的发展3 膜电解技术四* 有机电合成1 直接有机电合成2 间接有机电合成§10.3 电化学腐蚀与防护金属腐蚀会导致国民经济的巨大损失，美国在20世纪80年代初期的统计年损失达1千多亿美元；估计我国的年损失在300亿元以上。
电化学腐蚀与防护问题既有我们日常生活常见到的钢铁生锈、电池的点蚀等问题，也与当前新能源、新材料等领域密切相关。
可以说，腐蚀与防护问题存在于国民经济和科学技术的各个领域，不断地提出的新问题促使腐蚀与防护成为一门迅速发展的综合性边缘学科。
引起金属腐蚀的主要原因是：金属表面与周围介质的生物、化学或电化学作用而导致金属被破坏。
这一节仅讨论金属表面与潮湿空气、电解质溶液等介质发生电化学作用而引起的腐蚀——电化学腐蚀。
氯碱工程详解(复极式离子膜电解槽工艺)20120813
离子膜烧碱工艺流程第一章 盐水精制甲元1.盐水精制的目的氯碱工业生产过程中，无论采用海盐、湖盐、岩盐或卤水中的哪一种原料，都含有Ca2+、Mg2+、SO2－等无机杂质，以及细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质。
这些杂质在化盐时会被带入盐水系统中，如不去除将会造成离子膜的损伤，从而使其效率下降，破坏电解槽的正常生产，并使离子膜的寿命大幅度缩短。
盐水中一些杂质会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，并对阳极寿命产生影响。
因此，盐水必须进行精制操作除去盐水中的大量杂质，生产满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。
2.盐水精制工艺简述直至20世纪70年代中期，传统絮凝沉降盐水精制工艺基本上没有实质性发展；目前用于离子膜法电解的盐水精制工艺是在上述方法基础上增加二次过滤和二次精制先进工艺技术形成的。
其工艺流程为∶饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。
其工艺流程简图如图1所示。
第二章 电解单元92.离子膜电解槽电解反应的基本原理离子膜电解槽电解反应的基本原理是将电能转换为化学能，将盐水电解，生成NaOH、Cl2、H2，如图20所示，在离子膜电解槽阳极室(图示左侧)，盐水在离子膜电解槽中电离成Na+和Cl－，其中Na+阴极室(图示右侧)，留下的Cl－在阳极电解作用下生成氯气。
阴极室内的H2OH+和OH－，其中OH－被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从阳极室过来的Na+结合成为产物NaOH，H+在阴极电解作用下生成氢气。
93.离子膜电解槽的类型离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同，分为单极式离子膜电解槽(图21)和复极式离子膜电解槽(图22)。
单极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上只有一种电极，即单元槽是阳极单元槽或阴极单元槽，不存在一个单元槽上既有阳极又有阴极的情况。
3.5 电解合成应用实例
隔膜的欧姆电压降相当大，造成较大的电能损失。为了 防止盐水中的Mg2+和Ca2+等杂质离子与碱作用并在石棉隔膜 上生成沉淀，盐水在进入电解槽之前必须经过较高要求的精
B
制。
C
石棉隔膜不能持久使用，通常每隔几个月需要更换一 次，即便使用经过改性的石棉材料，隔膜寿命仍不超过1年， 电解设备的频繁维修带来诸多问题。
为隔层，把阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠和氢气分
开，以免它们混合后发生爆炸和生成氯酸钠。由于过程产生 的氯和烧碱是强腐蚀性物质，因此阳极材料和隔膜材料的选 择是隔膜法工业生产的关键问题。 隔膜法电解槽制得的电解液含 NaOH质量分数10％～12％ 左右，因此需要用蒸发装臵来浓缩，消耗大量热能。蒸发后 可获得含NaOH质量分数 50％的液碱，但仍含有质量分数 1 ％
将添加氟化钙、氟化镁、氟化锂等对电解质熔融温度的影响列于下表
中，可以看出氟化锂、氟化镁能显著地降低电解质的初品温度，但这些添 加物分别有降低氧化铝溶解度或恶化其他性质的缺点，所以只有控制适当
的添加量才能起到预期的效果。迄今为止，还没有一种完全合乎理想的添
加剂。
表1 添加物对电解质熔融温度的影响 未加添加物 加添加物时的 添加物 时熔融温度 熔融温度/℃ 种类 /℃ 5% 10% 965 2.7Na·FAlF3+5%Al2O3 982 950 930 953 920 CaF2 MgF2 LiF
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(7) 在阳极效应时，电解质熔体和阳极被加热，温度 升高并有大量的氟化盐气体挥发出来； (8) 阳极效应的发生与电解质中氧化铝浓度和电流密 度有关，在预焙阳极铝电解槽中，由于各处的氧化铝浓 度和每个阳极块的电流密度不一样，因此阳极效应首先 在阳极的局部或个别阳极电流密度较大的阳极炭块上发 生，即局部阳极效应； (9)电解槽一旦出现局部阳极效应，此处阳极气泡电 阻增大，就会使其它阳极炭块电流密度增加，出现阳极 效应，直至整个电解槽都发生阳极效应。因此局部阳极 效应和个别阳极炭块阳极效应的出现是整个电解槽出现 阳极效应的前奏，这过程中槽电压也有一个稍微缓慢的 上升过程； (10)向电解质中添加氧化铝或向阳极底部鼓入空气， 可使阳极效应熄灭。
高中化学第四章电化学基础第三节第2课时电解原理的应用课件新人教版选修
2.原电池、电解池、电镀池的判断方法 (1)若装置中无外加电源,则该装置可能为原电池,然后根据原电池的构成条件 进行分析判断。 (2)若装置中有外加电源,且两电极插入电解质溶液中并构成闭合回路,则该装 置为电解池或电镀池,电解质溶液中含有阳极金属离子的即为电镀池,否则为 一般电解池。
3.电镀池与精炼池的区别与联系
提示:次氯酸钠。电解饱和食盐水生成氯气、氢气、氢氧化钠,其中氯气与氢氧 化钠反应生成的次氯酸钠能用于去污除油、治疗脚癣。
二、电镀 1.概念:应用_电__解__原理在某些金属表面镀上一薄层其他_金__属__或合金的方法。 2.目的:使金属增强_抗__腐__蚀__能力,增加美观和表面硬度。
3.实例(在铁件上镀铜)。
动,减少氯气在水中的溶解,有利于氯气逸出。
【素养训练】
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水可以得到NaOH和H2SO4产品,其原理如图所示, 采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和
S
O
2 4
可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
回答下列问题:
(2)(情境·思考)某晚报有一篇题为《电解“魔水”风靡美国》的文章,说的 是在自来水中加少许食盐,通过电解得到的溶液,既能去污又能除油,还能治疗 脚癣。它在俄罗斯和日本等地获得了广泛使用,而在美国这种溶液正取代各种 “有毒”化学品,成为商家新宠。
此电解食盐溶液时,得到去污除油、治疗脚癣的物质是哪种物质?
(以铁上镀锌为例) 阳极:Zn-2e-====Zn2+ 阴极:Zn2++2e-=铜)-2e-====Cu2+(主要) 阴极:Cu2++2e-====Cu(精铜)
专题03 电能转化为化学能——电解 (考点清单)(讲+练)(原卷版)
专题03 电能转化为化学能——电解考点01 电解原理考点02 电解规律考点03 电解饱和食盐水考点04 电镀电冶金考点05 多池装置考点06 电化学中的定量计算考点07 电化学中的膜技术▉考点01 电解原理1．电解CuCl2溶液(1)按下图所示装置完成实验，并填写下表。
实验现象实验结论原因分析电流表指针发生偏转说明电解质溶液导电，形成闭合回路电解质溶液导电的过程就是被电解的过程与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜阴极：与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了氯气阳极：2.(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的构成条件①直流电源；①两个电极；①电解质溶液或熔融电解质；①形成3．电解原理【方法技巧】电解池阴极和阳极的判断依据【归纳提升】电解池与原电池的比较电解池原电池能否自发能量转化装置电极反应类型离子移动相同点都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体▉考点02 电解规律1．电解池的分析方法与规律(1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。
(3)根据放电顺序写出电极反应式①阴极(与电极材料无关)：―――――――――――――――――――――――――――――→Ag ＋＞Fe 3＋＞Cu 2＋＞H＋酸＞Fe 2＋＞Zn 2＋＞Al 3＋＞Mg 2＋＞Na ＋＞Ca 2＋＞K＋得到电子 由易到难 ①阳极(与电极材料有关)：―――――――――――――――――――――――――――→活泼电极＞S 2－＞I －＞Fe 2＋＞Br －＞Cl －＞OH －＞含氧酸根离子＞F－失去电子 由易到难 (4)总化学方程式或离子方程式书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的H ＋(或OH －)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。