鹽水電解理論

1、【實(shí)施方法】到相關(guān)企業(yè)參觀(guān)考察，繪制鹽水二次精制工藝流程圖；學(xué)習(xí)陽(yáng)離子交換膜性質(zhì)，理解離子膜法電解鹽水的原理；依據(jù)平衡移動(dòng)原理，制定淡鹽水脫氯方案；根據(jù)膜的性能，歸納影響離子膜電解槽的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?！救蝿?wù)】一、鹽水的二次精制任務(wù) 二、精制鹽水電解理論探究三、離子膜法電解鹽水 四、幾種離子膜電槽的認(rèn)識(shí)五、除氯酸鹽和淡鹽水脫氯 一、電化學(xué)基本理論 電化學(xué)是研究電流通過(guò)電解質(zhì)溶液產(chǎn)生化學(xué)變化和通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的科學(xué)。前者是在電解槽中，利用電能來(lái)產(chǎn)生所要求的化學(xué)變化，從而獲得所需要的產(chǎn)品。而后者則是在化學(xué)電池里，利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。 （一）電的導(dǎo)體及電導(dǎo) 能導(dǎo)電的物體稱(chēng)為導(dǎo)體。按導(dǎo)電方式的不同

2、，導(dǎo)體可分為兩大類(lèi)。 第一類(lèi)導(dǎo)體 在金屬、石墨等物體中，由于存在著自由電子，當(dāng)導(dǎo)體兩端有電位差時(shí)，自由電子就作定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電。導(dǎo)體在導(dǎo)電時(shí)不發(fā)生任何化學(xué)變化，這類(lèi)導(dǎo)體的導(dǎo)電稱(chēng)為電子的導(dǎo)電。 第二類(lèi)導(dǎo)體 這類(lèi)導(dǎo)體主要是指電解質(zhì)（酸、堿及鹽類(lèi)）溶液和熔融狀態(tài)的電解質(zhì)。其導(dǎo)電的原因是由于在物質(zhì)內(nèi)部存在帶有正、負(fù)電荷的離子，當(dāng)插入電解質(zhì)溶液中的兩根電極之間存在電位差時(shí)，正離子向陰極移動(dòng)，負(fù)離子向陽(yáng)極移動(dòng)。同時(shí)分別在兩塊極板上放電而發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這類(lèi)導(dǎo)體的導(dǎo)電稱(chēng)為離子的導(dǎo)電。 第三類(lèi)導(dǎo)體 即電極。與電源正極相連的電極是陽(yáng)極，與電源負(fù)極相連的電極稱(chēng)陰極。 電流通過(guò)任何導(dǎo)體都會(huì)遇到一定阻力，在第一類(lèi)導(dǎo)體

3、中通常稱(chēng)為電阻，用R 表示。歐姆定律指出。通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與這段導(dǎo)體的電阻成反比， 式中，I為電流強(qiáng)度，A；U 為電壓，V；R 為電阻，。 導(dǎo)體的電阻取決于導(dǎo)體的長(zhǎng)度l、截面積S 及導(dǎo)體的材質(zhì)，其相互關(guān)系可以用下式表示， 。 電阻率，cm；l導(dǎo)體長(zhǎng)度，cm；S導(dǎo)體截面積，cm2。 在第一類(lèi)導(dǎo)體中，電阻或電阻率越犬，其導(dǎo)電能力就越差；反之就越好。 對(duì)于第二類(lèi)導(dǎo)體，通常用電阻的倒數(shù)來(lái)表示其導(dǎo)電能力，稱(chēng)為電導(dǎo)，用G表示。 同樣，也常用電阻率的倒數(shù)來(lái)表示電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力， 式中，稱(chēng)為電導(dǎo)率，其單位為（-1cm-1）。越大則導(dǎo)電能力越強(qiáng)，反之，導(dǎo)電能力就越弱。電解質(zhì)溶液的電阻計(jì)

4、算公式： 在第二類(lèi)導(dǎo)體中，電流強(qiáng)度、電壓、電阻三者之間的關(guān)系也遵守歐姆定律。 式中， 表示單位面積上通過(guò)的電流強(qiáng)度稱(chēng)為電流密度，它的單位是A/m2等。 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與溶液的濃度、溫度有關(guān)。 氯化鈉溶液的電導(dǎo)率隨濃度增大而增大，隨溫度升高而增大。因此為了降低電解槽的槽電壓，應(yīng)力求在較濃的溶液和較高的溫度下進(jìn)行電解。 （二）電解池的工作原理（ZnCl2溶液電解） 當(dāng)直流電通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，帶正電荷的鋅離子向陰極遷移，并在陰極上獲得電子，變成不帶電的鋅原子；帶負(fù)電荷的氯離子向陽(yáng)極遷移，同樣在陽(yáng)極上失去電子，變成不帶電的氯原子，又結(jié)合成氯分子而逸出。 因此，電解過(guò)程的實(shí)質(zhì)是電解質(zhì)溶液在直流電作用

5、下，溶液中的正，負(fù)離子在電極上分別放電，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。陽(yáng)離子在陰極上得到電子被還原，陰離子在陽(yáng)極上放出電子被氧化。 （三）電極電位 1、電極電位的概念 在電極相界面之間的雙電層的電位差就稱(chēng)為電極電位。 各種物質(zhì)由于失去電子的能力不同，它們的電極電位也不相同。因此，利用電極電位的高低，可以判斷金屬在水溶液中失去電子能力的大小以及氧化劑和還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱。 電極電位除與構(gòu)成電極的材料有關(guān)外，還與溶液中金屬離子的濃度、溶液的溫度及溶劑的極性有關(guān)。 2、標(biāo)準(zhǔn)氫電極 它是以鍍鉑黑的鉑片為電極，插入氫離子活度a（H+）=1的溶液中，并被分壓為P氫氣所飽和的氫電極。 規(guī)定在任何溫度下，標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電

6、位均為零 。 3、標(biāo)準(zhǔn)電極電位 將某金屬放入其鹽的溶液中，當(dāng)溶液中金屬離子的活度為1時(shí)，該金屬電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極之間的電位差就稱(chēng)為該金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。例如測(cè)定Zn2+/Zn標(biāo)準(zhǔn)電極電位 。 4、電極電位計(jì)算式能斯特（Nemst）方程式 電極電位的大小除取決于電極物質(zhì)的性質(zhì)外，還與溶液中離子的濃度和溶液溫度有關(guān)。1900年能斯特進(jìn)行了大量的科學(xué)研究工作，發(fā)現(xiàn)電極電位和溶液中離子的活度（或濃度）及溫度之間，有如下的關(guān)系：注：式中活度項(xiàng)，若是氣態(tài)物質(zhì)，則用氣體的分壓（大氣壓）表示。若是固體物質(zhì)和水，其活度為1。 （四）電解定律 1、法拉弟第一定律在電解過(guò)程中,電極上所生成的物質(zhì)的質(zhì)量和通過(guò)電解質(zhì)溶液的電量成正比，即與電流強(qiáng)度及通電時(shí)間成正比。 所以,如果已經(jīng)知道某物質(zhì)的電化當(dāng)量，則只要知道通過(guò)電解槽的電流強(qiáng)度和時(shí)間，就可以根據(jù)上述關(guān)系式計(jì)算出電極上該物質(zhì)的理論產(chǎn)量。從公式中還可以看出，如果要提高產(chǎn)量，必須要增大電流強(qiáng)度，或延長(zhǎng)電解時(shí)間。 2、法拉弟第二定律當(dāng)直流電通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，電極上每析出