3.3电解（课件）-《化学工艺学(第2版) 》同步教学（高教版）

第三章 通用反应单元工艺 3.1 氧化 3.2 氢化和脱氢 3.3 电解 (2)过程 通电时，电解质中的阳离子吸收电子发生还原作用， 生成新物质；电解质中的阴离子放出电子发生氧化作 用，生成新物质。 3.3电解 引言 (1)定义 利用在作为电子导体的电极与作为离子导体的电解质的界面上发生的电化学反应进行化学品的合成、高纯物质的制造，以及材料表面处理的过程。 返回 (3)分类 通用反应单元工艺 ——电解 3.3.1基本概念 (1)离子的放电顺序 在电解质中，常有多个阴离子和多个阳离子存在。在电场作用下，在电极上放电有一定顺序，即按析出电位大小进行。 例如在食盐水中，阴离子有Cl-，OH-，阳离子有Na+和H+，通电时Na+和H+都趋向阴极，但H+的放电电位为-1.2V， Na+为-2.6V。则在阴极上只能有H+放电产生H2。而Cl-为1.52V。 OH-为2.06V，因此在阳极上只能析出Cl2。 通用反应单元工艺 ——电解 (2)法拉第电解定律 1C=1A·s 1F=96485C=26.8A·h 若需要在电板上析出质量为M的物质，则需电荷量Q为 Q—得到质量为M物质所需的量； M —需要得到的物质的质量； Z —离子价数； F —1法拉第电荷量； Ar —相对原子质量。 通用反应单元工艺 ——电解 因为电量Q=I· τ故上式又可表示为： 式中：τ—电流通过的时间，h。 (3)分解电压、过电压和电压效率 ① 分解电压 又称分解电势和分解电位 假设一电池反应达到化学平衡： 此反应的逆反应需要的电压即为理论分解电压（Er）。化学反应平衡时: 通用反应单元工艺 ——电解 ② 过电压 又称超电压或过电位 在强烈搅拌以消除电解质离子浓度差的条件下，测得的电极电位与理论分解电压之差称为该电极的过电压。 影响因素有：电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、电解时间、电解质性质和浓度以及电解质中杂质等，其中电极材料对过电压的影响最大。 通用反应单元工艺 ——电解 ③ 电压效率 电解槽两极上所加电压称为槽电压，它包括理论分解电压Er，过电压Eo，电流通过电解液的电压降ΔEL和通过电极、导线、接点等的电压降ΔER即： E槽= Er+ Eo+ ΔEL+ ΔER 理论分解电压Er占槽电压E槽的比例，称为电压效率ηE即 ηE=Er/ E槽*100% η E值一般在45%~60%之间。 通用反应单元工艺 ——电解 (4)电流效率、电流密度和电能效率 ① 电流效率 ηI= 通用反应单元工艺 ——电解 ② 电流密度: 电极面上单位面积通过的电流强度。单位为A·cm2。 通用反应单元工艺 ——电解 ③ 电能效率 η = ηE· ηI 也可写成 也可用生产单位物质（质量）所需的电能来表示电能效率,如表3-3-04。 通用反应单元工艺 ——电解 (5)空时产率 单位体积的电解槽在单位时间内所得产物的物质的量称作空时产率单位mol/L· h.它是衡量电解槽生产能力的指标。 通用反应单元工艺 ——电解 3.3.2食盐水电解制氯气和烧碱 引言 （1）生产方法 有三种生产方法 a.隔膜法 b.汞阴极法 c.离子交换膜法 （2）反应原理 通用反应单元工艺 ——电解 1.隔膜法工艺过程 （1）电解槽的结构和性能 a.电解原理 通用反应单元工艺 ——电解 图3-3-01 隔膜法电解槽原理示意图 b.电解槽的结构 （a）过去采用石墨，现在普遍采用纯钛上镀RuO2 TiO2混合物及催化剂 （Pt，Ir，Co3O4，PbO2等）的金属阳极。 （b）隔膜 过去是将石棉纤维和碱液混合形成浆液，借助真空吸附在铁阴 极网袋上制成，现广泛采用改性隔膜。 （c）外形 有水平式和立式隔膜电解槽两种，现在广泛使用是的立式。 通用反应单元工艺 ——电解 结构示意于图3-3-02。 图3-3-02 具有垂直电极和充满阴极室的 隔膜电解槽结构简图 通用反应单元工艺 ——电解 我国绝大多数采用虎克（Hooker）电解槽，图3-3-03。 图3-3-03 Hooker型电解槽示意图 通用反应单元工艺 ——电解 虎克（Hooker）电解槽中使用的梳状阴极的结构如图3-3-04。 （a）结构图 （b）阴极网