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: 75843
: 2016-12-04
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Chlor-Alkali-Elektrolyse ()
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Word Doc
863
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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 Natriumchloridlsung von c=1mol/l

 

Abscheidungspotential fr Wasserstoff geringer als fr Natrium und

Sauerstoff geringer als Chlor

 

An dem (-)-Pol gasfrmiger 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 berspannung bei Sauerstoff und geringe

bei Chlor

 

Abscheidungspotential von Sauerstoff grer 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

 

Lsung 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, dafr muss der Ausgangsstoff

Natriumchlorid sorgfltig von Magnesium und Calcium gereinigt werden

(diese bilden sonst schwerlsliche Hydroxide, die das Diaphragma oder

den Amalgamzersetzer verstopfen), auerdem muss Sulfat sorgfltig

entfernt werden, weil diese die Sauerstoff-berspannung am (+)-Pol

herabsetzt und dieser dort Hydroxidionen frei setzt und mit dem Graphit

des (+)-Pols gasfrmiges 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 Groanlagen haben Zellengren von ca. 35m, Stromstrken bis zu

450000A und Stromdichten von 10-15kA/m (bis zu 65 Zellen erforderlich).

 

Die Elektrolyse findet bei 70C in Stahlwannen statt.

 

Vorteile: Natronlauge wird getrennt von Natriumchloridlsung erzeugt.

 

sehr reine und hoch konzentrierte Lauge

 

Nachteile: Quecksilber und Quecksilberverbindungen werden zwangslufig

bei dem Abfluss aus der Amalgamerzeugungszelle mitgefhrt. Weil diese

sehr giftig sind und ein Umweltrisiko darstellen, werden sie unter hohem

Kostenaufwand aus den Elektrolytabwssern entfernt. Aufwndige

Reinigungsmanahmen 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 Stromstrken von bis zu 150000A und

Stromdichten von 2,0-2,74kA/m, bei denen eine Zellspannung von 3,0-4,5V

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