海水中食盐资源综合利用---氯碱工业

1 海水中食盐资源综合利用海水中食盐资源综合利用 氯碱工业氯碱工业 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 H2 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 SO42 等杂质 不符合电解要求 用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 BaCl2溶液使 SO42 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 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 2Cl 2e Cl2 氧化反应 阴极 2H 2e H2 还原反应 由于 H2O 电离出来的 H 在阴极放电产生 H2 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 2NaOH Cl2 H2 电解 2 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 Cl2能反应生成 NaClO H2和 Cl2混合遇火能发生爆炸 在氯碱工业生产中 为避免饱和食 盐水电解产物 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 H2 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 3 氯碱工业试题链接 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 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2 沉渣 50 NaOH 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 选填 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含量较高 必须添加钡试剂除去 SO 该钡试剂可以是 选填 2 4 2 4 a b c 多选扣分 a Ba OH 2 b Ba NO3 2 c BaCl2 为有效除去 Ca2 Mg2 SO 加入试剂的合理顺序为 选填 a b c 多选扣分 2 4 a 先加 NaOH 后加 Na2CO3 再加钡试剂 b 先加 NaOH 后加钡试剂 再加 Na2CO3 c 先加钡试剂 后加 NaOH 再加 Na2CO3 代 盐 精 盐 电 解 脱 盐 10 NaOH 和 10 NaOH 溶液 NaCl 晶体 4 脱盐工序中利用 NaoH 和 NaCl 在溶解度上的差异 通过 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 H2