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海水中食盐资源综合利用氯碱工业安徽省枞阳县枞阳中学 施其胜 246700浩瀚的海洋蕴含着宝贵的化学资源,海水中共含有80多种元素,这些元素大部分以盐 的形式存在,它们在海水中的含量差异很大。在海水的无机盐中,以氯化钠为最多,约占海 水中盐类总量的80%。人类通过海水晒盐从海水中提取食盐,食盐不仅是常用的调味品,是 人体必须的物质,更被誉为“化学工业之母”,在工业上,主要通过氯碱工业等进行综合利 用。工业上用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2和屯,并以它们为原料生产一系列化 工产品,称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一,它的产品除应用于化学工业本 身外,还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业等。一、食盐水的精制从海水得到的粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO 2-等杂质,不符合电解要求,用4 于电解法制碱必须经过精制。在粗盐溶液中常加入一些试剂,使杂质沉淀过滤出,再加入盐 酸调节盐水的pH,从而精制食盐水。其操作流程可以为:先加入过量的BaCl溶液使SO2-24 完全沉淀,再加入过量的NaOH溶液除去Fe3+和Mg2+,然后加过量的Na2CO3溶液除去Ca2+和 Ba2+,过滤后,向滤液中加入盐酸调节pH为7即可。二、电解食盐水原理 电解饱和食盐水原理可以通过下图所示的实验装置来说明:ET -壑NaCl是强电解质,在溶液里完全电离,H2O是弱电解质,微弱电离,因此在氯化钠溶液 中存在Na+、H+、Cl-、OH-四种离子。在上述实验中,当接通直流电源后,带负电的Cl-和OH- 向阳极移动,带正电的Na+和H+向阴极移动。在所给的电解条件下,Cl-比OH-容易失去电子, H+比Na+容易得电子,在两极分别发生下列反应:阳极:2C1-2e-=Cl2 f(氧化反应)阴极:2H+2e-=H2 f(还原反应)由于H2O电离出来的H+在阴极放电产生屯,促使H2O不断电离出OH-,使溶液中的OH-浓度增 大。所以电解饱和食盐水的总反应可表示为:2NaCl + 2H2O解=2NaOH + Cl2 f +屯f三、工业电解食盐水装置在上述的电解饱和食盐水的实验中,电解产物之间能够发生化学反应,如NaOH溶液和Cl能反应生成NaClO, H和Cl混合遇火能发生爆炸。在氯碱工业生产中,为避免饱和食盐2 2 2水电解产物NaOH与Cl2混合、Cl2与H2混合,需要使反应在特殊的电解槽中进行。目前,比较先进的氯碱工业电解技术是离子交换膜法。 离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离 子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。下图 表示的是一个单元槽的离子交换膜法电解原理示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成,为了 延长电极使用寿命和提高电解效率,钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制 成,上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特 殊的性质,即它只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,也就是说只允许Na+通过, 而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。精制的饱和食盐水进入阳极室,纯水(加入一定量的NaOH,起增强导电作用)加入阴极 室。通电时,H2O在阴极表面放电生成屯,从而产生OH-,Na+穿过离子交换膜由阳极室进入 阴极室,导出的阴极液为NaOH溶液,Cl-在阳极表面放电生成Cl2,电解后的淡盐水从阳极 导出,可重新用于配制食盐水。四、氯碱工业用途NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料,可以进一步加工成多种化工产品,广泛用于生 产和生活中。有机甘威造詆 HaOII含譌票白剂右机合成电無和J 食 h水玻璃肥皂纺织印染育机合成 氮化粉合成氯碱工业试题链接氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:粗盐 HO NaOH NaCO223Cl H2 250%Na0H 溶液依据上图,完成下列填空:在电解过程中,与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为.,与电源负极相连的电极附近,溶液pH值填:不变、升高或下降。)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为.如果粗盐中SO 2 -含量较高,必须添加钡试剂除去SO 2 -,该钡试剂可以是(选填a、b、c,多选扣分)。aBa(OH) b Ba(NO) cBaCl2322为有效除去Ca2+、Mg2+、SO 2 -,加入试剂的合理顺序为(选填a, b, c多选扣分)a先加NaOH,后加Na2CO3,再加钡试剂b先加NaOH,后加钡试剂,c先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO310%NaCl 溶脱盐工序中利用NaoH和NaCl在溶解度上的差异,通 、冷却、(填写操作名称)除去NaCl。在隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2与NaOH反应;采用无 隔膜电解冷的食盐水时,Cl2与NaOH充分接触,产物仅是NaClO和屯,相应的化学方程式为 参考答案:(1)22赵字升高 Ca2+CO 2=CaCO ; Mg2+2OH-=Mg(OH) 2 / + HO解- NaClO+ H f22 a c (4)b c (5)蒸发过滤(6) NaCl
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