Химични методи за получаване на натриев хидроксид. Натриев хидроксид: свойства, получаване и приложение Живачен метод с течен катод

Химическите методи за производство на натриев хидроксид включват варовик и ферит.

Химическите методи за производство на натриев хидроксид имат значителни недостатъци: изразходват се много енергийни носители, получената сода каустик е силно замърсена с примеси.

Днес тези методи са почти напълно изместени от електрохимичните производствени методи.

вар метод

Варовият метод за производство на натриев хидроксид се състои във взаимодействието на разтвор на сода с гасена вар при температура около 80 ° C. Този процес се нарича каустикация; преминава през реакцията:

Na 2 ТАКА 3 + Ca(OH) 2 = 2NaOH + CaCO 3

В резултат на реакцията се получава разтвор на натриев хидроксид и утайка от калциев карбонат. Калциевият карбонат се отделя от разтвора, който се изпарява, за да се получи стопен продукт, съдържащ около 92% от масата. NaOH. След като NaOH се разтопи и се излива в железни варели, където се втвърдява.

феритен метод

Феритният метод за производство на натриев хидроксид се състои от два етапа:

Na 2 ТАКА 3 + Fe 2 О 3 = 2NaFeO 2 + CO 2

2NaFeО 2 +xH 2 O = 2NaOH + Fe 2 О 3 *xH 2 О

Реакция 1 е процесът на синтероване на калцинирана сода с железен оксид при температура 1100-1200 °C. Освен това се образува натриево петно и се отделя въглероден диоксид. След това утайката се обработва (излугва) с вода съгласно реакция 2; се получава разтвор на натриев хидроксид и утайка от Fe 2 O 3 * xH 2 O, която след отделянето му от разтвора се връща в процеса. Полученият алкален разтвор съдържа около 400 g/l NaOH. Изпарява се до получаване на продукт, съдържащ около 92% от масата. NaOH и след това се получава твърд продукт под формата на гранули или люспи.

Електрохимични методи за получаване на натриев хидроксид

Електрохимично се получава натриев хидроксид електролиза на халитни разтвори(минерал, състоящ се главно от готварска сол NaCl) с едновременното производство на водород и хлор. Този процес може да бъде представен с обобщената формула:

2NaCl + 2Н 2 Около ±2e - → З 2 +Cl 2 + 2NaOH

Разяждащият алкали и хлор се произвеждат чрез три електрохимични метода. Два от тях са електролиза с твърд катод (диафрагмен и мембранен метод), третият е електролиза с течен живачен катод (живачен метод).

В световната производствена практика се използват и трите метода за получаване на хлор и каустик, с ясна тенденция към увеличаване на дела на мембранната електролиза.

7. Пречистване на серен диоксид от каталитични отрови.

Газовите емисии имат много неблагоприятен ефект върху екологичната ситуация в местата на тези промишлени предприятия, а също така влошават санитарно-хигиенните условия на труд. Агресивните масови емисии включват азотни оксиди, сероводород, серен диоксид, въглероден диоксид и много други газове.

Например азотнокиселите, сярнокиселините и други инсталации у нас отделят ежегодно в атмосферата десетки милиони кубични метри азотни оксиди, които са силна и опасна отрова. От тези азотни оксиди могат да бъдат произведени хиляди тонове азотна киселина.

Също толкова важна задача е пречистването на газове от серен диоксид. Общото количество сяра, което се отделя в атмосферата у нас само под формата на серен диоксид е около 16 милиона тона . през годината. От това количество сяра могат да бъдат произведени до 40 милиона тона сярна киселина.

Значително количество сяра, главно под формата на сероводород, се съдържа в коксовия газ.

С димните газове от фабрични тръби и електроцентрали всяка година в атмосферата се отделят няколко милиарда кубически метра въглероден диоксид. Този газ може да се използва за производство на ефективни въглеродни торове.

Дадените примери показват какви огромни материални ценности се отделят в атмосферата с газови емисии.

Но тези емисии причиняват по-сериозни щети, като отравят въздуха в градовете и предприятията: отровните газове унищожават растителността, имат изключително вредно въздействие върху здравето на хората и животните, разрушават металните конструкции и корозират оборудването.

Въпреки че в последните годиниместните промишлени предприятия не работят с пълен капацитет, но проблемът с борбата с вредните емисии е много остър. И като се има предвид общата екологична ситуация на планетата, е необходимо да се предприемат най-спешните и най-радикални мерки за пречистване на отработените газове от вредни примеси.

Каталитични отрови

контактни отрови, вещества, които причиняват "отравяне" на катализаторите (вж. Катализатори) (обикновено хетерогенни), т.е. намаляване на тяхната каталитична активност или пълно спиране на каталитичното действие. Отравянето на хетерогенни катализатори възниква в резултат на адсорбцията на отрова или продукт от нейната химическа трансформация върху повърхността на катализатора. Отравянето може да бъде обратимо или необратимо. По този начин, в реакцията на синтез на амоняк върху железен катализатор, кислородът и неговите съединения отравят Fe обратимо; в този случай, когато е изложен на чиста смес от N 2 + H 2, повърхността на катализатора се освобождава от кислород и отравянето се намалява. Серните съединения отравят Fe необратимо, действието на чиста смес не успява да възстанови активността на катализатора. За да се предотврати отравяне, реакционната смес, подадена към катализатора, се пречиства напълно. Сред най-често срещаните K. I. металните катализатори включват вещества, съдържащи кислород (H 2 O, CO, CO 2), сяра (H 2 S, CS 2, C 2 H 2 SH и др.), Se, Te, N, P, As, Sb, както и като ненаситени въглеводороди (C 2 H 4, C 2 H 2) и метални йони (Cu 2+, Sn 2+, Hg 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni 2+). Киселинните катализатори обикновено са отровени от основни примеси, докато основните катализатори са отровени от киселинни примеси.

8. Получаване на азотни газове.

Азотните оксиди, освободени след избелване, се кондензират във вода и кондензатори за саламура и се използват за приготвяне на суровата смес. Тъй като точката на кипене на N 2 O 4 е 20,6 ° C при налягане 0,1 MPa, при тези условия газообразният NO 2 може да бъде напълно кондензиран (налягане на наситени пари на N 2 O 4 при 21,5 ° C върху течен N 2 O 4 равно на 0,098 MPa, т.е. по-малко от атмосферното). Друг начин за получаване на течни азотни оксиди е да се кондензират под налягане и при ниска температура. Ако си припомним, че по време на контактното окисление на NH3 при атмосферно наляганеконцентрацията на азотни оксиди е не повече от 11 об.%, тяхното парциално налягане съответства на 83,5 mm Hg. Налягането на азотните оксиди над течността (парно налягане) при температура на кондензация (–10 °C) е 152 mm Hg. Това означава, че без увеличаване на налягането на кондензация течните азотни оксиди не могат да бъдат получени от тези газове, следователно кондензацията на азотни оксиди от такъв азотен газ при температура от –10 ° C започва при налягане от 0,327 MPa. Степента на кондензация се увеличава рязко с повишаване на налягането до 1,96 MPa, с по-нататъшно увеличаване на налягането степента на кондензация се променя леко.

Обработката на азотен газ (т.е. след превръщането на NH 3) в течни азотни оксиди е неефективна, т.к. дори при Р=2,94 MPa степента на кондензация е 68,3%.

При условия на кондензация на чист N 2 O 4 охлаждането не трябва да се извършва под температура от -10 ° C, т.к. при –10,8 °С N 2 O 4 кристализира. Наличието на примеси NO, NO 2, H 2 O намалява температурата на кристализация. Така смес със състав N 2 O 4 + 5% N 2 O 3 кристализира при -15,8 ° С.

Получените течни азотни оксиди се съхраняват в стоманени резервоари.

9. Получаване на прост и двоен суперфосфат

"Суперфосфат" - смес от Ca (H 2 PO 4) 2 * H 2 O и CaSO 4. Най-често срещаният прост минерален фосфорен тор. Фосфорът в суперфосфата присъства главно под формата на монокалциев фосфат и свободна фосфорна киселина. Торът съдържа гипс и други примеси (железни и алуминиеви фосфати, силициев диоксид, флуорни съединения и др.). Простият суперфосфат се получава от фосфорити чрез третиране със сярна киселина, съгласно реакцията:

Sa 3 (RO 4 ) 2 + 2H 2 ТАКА 4 = Sa(З 2 PO 4 ) 2 + 2CaSO 4 .

Прост суперфосфат- сив прах, почти неслепващ, умерено диспергируем; в тора 14-19,5% P 2 O 5, усвоим от растенията. Същността на производството на прост суперфосфат е превръщането на естествения флуорапатит, неразтворим във вода и почвени разтвори, в разтворими съединения, главно в Ca (H 2 PO 4) 2 монокалциев фосфат. Процесът на разлагане може да бъде представен чрез следното обобщено уравнение:

2Ca 5 F (PO 4) 3 + 7H 2 SO 4 + 3 H 2 O \u003d 3Ca (H 2 PO 4) 2 * H 2 O] + 7 + 2HF; (1) ΔН= - 227,4 kJ.

На практика при производството на прост суперфосфат разлагането протича на два етапа. В първия етап около 70% от апатита реагира със сярна киселина. Това произвежда фосфорна киселина и калциев сулфат хемихидрат:

Ca 5 F (PO 4) 3 + 5H 2 SO 4 + 2,5 H 2 O \u003d 5 (CaSO 4 * 0,5 H 2 O) + 3H3PO 4 + HF (2)

Функционалната схема за получаване на прост суперфосфат е показана на фиг. Основните процеси протичат в първите три етапа: смесване на суровини, образуване и втвърдяване на суперфосфатна каша, узряване на суперфосфат в склад.

Ориз. Функционална схема на производството на прост суперфосфат

За да се получи търговски продукт с по-високо качество, суперфосфатът след узряване се подлага на неутрализация с твърди добавки (варовик, фосфатна скала и др.) И се гранулира.

Двоен суперфосфат- концентриран фосфатен тор. Основният фосфорсъдържащ компонент е калциевият дихидроортофосфат монохидрат Ca (H 2 PO 4) 2 H 2 O. Обикновено съдържа и други калциеви и магнезиеви фосфати. В сравнение с обикновения фосфат, той не съдържа баласт - CaSO 4 . Основното предимство на двойния суперфосфат е малко количество баласт, тоест намалява транспортните разходи, разходите за съхранение, опаковане

Двойният суперфосфат се получава чрез действието на сярна киселина H 2 SO 4 върху естествени фосфати. В Русия се използва основно методът на потока: разлагането на суровините, последвано от гранулиране и сушене на получената целулоза в барабанен гранулатор-сушилня. Търговският двоен суперфосфат от повърхността се неутрализира с креда или NH3, за да се получи стандартен продукт. По камерен начин се произвежда определено количество двоен суперфосфат. Фосфорсъдържащите компоненти са основно същите като в простия суперфосфат, но в по-големи количества, а съдържанието на CaSO 4 е 3-5%. При нагряване над 135-140 °C, двойният суперфосфат започва да се разлага и се топи във вода за кристализация, след охлаждане става порест и крехък. При 280-320 °C ортофосфатите се превръщат в мета-, пиро- и полифосфати, които са в усвоими и частично водоразтворими форми. Топи се при 980 °C, като след охлаждане се превръща в стъкловиден продукт, в който 60-70% от метафосфатите са цитратноразтворими. Двойният суперфосфат съдържа 43-49% асимилируем фосфорен анхидрид (фосфорен пентоксид) P 2 O 5 (37-43% водоразтворим), 3,5-6,5% свободна фосфорна киселина H 3 PO 4 (2,5-4,6% R 2 O 5) :

Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 \u003d Ca (H 2 PO 4) 2 + 2CaSO 4

Съществува и метод за разлагане на фосфорсъдържащи суровини с фосфорна киселина:

Ca 5 (PO 4) 3 F + 7H 3 PO 4 \u003d 5Ca (H 2 PO 4) 2 + HF

Блокова схема на технологичния процес за производство на двоен суперфосфат: 1 - смесване на натрошен фосфорит и фосфорна киселина; 2 - разлагане на фосфорит от 1-ви етап; 3 - разлагане на фосфорит II етап; 4 - гранулиране на целулоза; 5 - пречистване на фосфорсъдържащи газове от прах; 6 - сушене на гранули от целулоза; 7 - получаване на димни газове (в пещта); 8 - пресяване на сух продукт; 9 - смилане на голяма фракция; 10 - разделяне на фини и средни (стокови) фракции на втория екран; 11 - смесване на натрошена голяма фракция и фина; 12 - амонизация (неутрализиране) на остатъчната фосфорна киселина; 13 - пречистване на газове, съдържащи амоняк и прах; 14 - охлаждане на неутрализирана стокова фракция на двоен суперфосфат;

10. Получаване на екстракционна ортофосфорна киселина

Получаване на екстракционна фосфорна киселина

Непосредствено преди получаването на EPA, фосфорът се получава по специална технология

Фиг. 1. Схема на производство на фосфор: 1 - бункери за суровини; 2 - смесител; 3 - пръстеновидно захранващо устройство; 4 - бункер за зареждане; 5 - електрическа пещ; 6 - черпак за шлака; 7 - кофа за ферофосфор; 8 - електростатичен филтър; 5 - кондензатор; 10 - събиране на течен фосфор; 11 - картер

Методът на екстракция (позволява производството на най-чистата фосфорна киселина) включва основните етапи: изгаряне (окисление) на елементарен фосфор в излишък от въздух, хидратация и абсорбция на получения P4O10, кондензация на фосфорна киселина и улавяне на мъгла от газовата фаза . Има два начина за получаване на P4O10: окисление на пара на P (рядко се използва в промишлеността) и окисляване на течен P под формата на капчици или филми. Степента на окисление на P в промишлени условия се определя от температурата в зоната на окисление, дифузията на компонентите и други фактори. Вторият етап в производството на термична фосфорна киселина - P4O10 хидратация - се осъществява чрез абсорбция с киселина (вода) или чрез взаимодействие на P4O10 пара с водна пара. Хидратацията (P4O10 + 6H2O4H3PO4) протича през етапите на образуване на полифосфорни киселини. Съставът и концентрацията на получените продукти зависят от температурата и парциалното налягане на водните пари.

Всички етапи на процеса се комбинират в един апарат, с изключение на събирането на мъгла, което винаги се извършва в отделен апарат. В промишлеността обикновено се използват схеми от два или три основни апарата. В зависимост от принципа на охлаждане на газа има три метода за производство на термична фосфорна киселина: изпарителен, циркулационно-изпарителен, топлообменно-изпарителен.

Изпарителните системи, базирани на отстраняване на топлина по време на изпаряване на вода или разредена фосфорна киселина, са най-простите в хардуерния дизайн. Въпреки това, поради относително големия обем на отработените газове, използването на такива системи е препоръчително само в инсталации с малък единичен капацитет.

Циркулационно-изпарителните системи дават възможност за комбиниране на етапите на изгаряне на P, охлаждане на газовата фаза с циркулираща киселина и хидратиране на P4O10 в един апарат. Недостатъкът на схемата е необходимостта от охлаждане на големи обеми киселина. Системите за топлообмен и изпарение съчетават два метода за отвеждане на топлина: през стената на горивните и охладителните кули, както и чрез изпаряване на вода от газовата фаза; значително предимство на системата е липсата на киселинни циркулационни вериги с помпено и охладително оборудване.

Местните предприятия работят с технологични схеми с циркулационно-изпарителен метод на охлаждане (система с двойна кула). Отличителни черти на схемата: наличието на допълнителна кула за охлаждане на газ, използването на ефективни пластинчати топлообменници в циркулационните вериги; използването на високопроизводителна горелка за изгаряне на Р, която осигурява равномерно фино пулверизиране на струя течен Р и пълното му изгаряне без образуване на по-ниски оксиди.

Технологичната схема на инсталацията с капацитет 60 хиляди тона годишно 100% H3PO4 е показана на фиг. 2. Разтопеният жълт фосфор се пулверизира с нагрят въздух при налягане до 700 kPa през дюза в горивна кула, напръскана с циркулираща киселина. Киселината, загрята в кулата, се охлажда чрез циркулираща вода в пластинчати топлообменници. Произведената киселина, съдържаща 73-75% H3PO4, се изхвърля от циркулационния кръг в хранилището. В допълнение, охлаждането на газовете от горивната кула и абсорбцията на киселина се извършват в охладителната кула (хидратация), което намалява последващото раждане, температурното натоварване на електростатичния филтър и допринася за ефективното пречистване на газа. Отвеждането на топлината в хидратиращата кула се извършва чрез циркулация на 50% H3PO4, охладена в пластинчати топлообменници. Газовете от хидратиращата кула след почистване от H3PO4 мъгла в пластинчат електростатичен филтър се изпускат в атмосферата. За 1 тон 100% H3PO4 се изразходват 320 kg P.

Ориз. Фиг. 2. Схема на циркулационна двукула за производство на екстракция H3PO4: 1 - колектор за кисела вода; 2 - съхранение на фосфор; 3.9 - циркулационни колектори; 4.10 - потопяеми помпи; 5.11 - пластинчати топлообменници; 6 - горивна кула; 7 - фосфорна дюза; 8 - хидратираща кула; 12 - електростатичен филтър; 13 - вентилатор.

11. Катализатори за окисление на серен диоксид до серен анхидрид. контактуване

Серен анхидрид се получава чрез окисляване на серен диоксид с атмосферен кислород:

2SO2 + O2 ↔ 2SO3,

Това е обратима реакция.

Отдавна е наблюдавано, че железният оксид, ванадиевият пентоксид и особено фино раздробената платина ускоряват реакцията на окисление на серен диоксид до серен анхидрид. Тези вещества са катализатори за окисляване на серен диоксид. Така например при 400 ° C в присъствието на платинизиран азбест (т.е. азбест, върху чиято повърхност се отлага фино натрошена платина), почти 100% от серния диоксид се окислява от атмосферния кислород до серен анхидрид. С повече висока температурапроизводството на серен анхидрид намалява, тъй като обратната реакция се ускорява - реакцията на разлагане на серен анхидрид в серен диоксид и кислород. При 1000°C серният анхидрид се разлага почти напълно до изходните материали. По този начин основните условия за синтеза на серен анхидрид са използването на катализатори и нагряване до определена, не твърде висока температура.

Синтезът на серен анхидрид също изисква спазване на още две условия: серният диоксид трябва да бъде пречистен от примеси, които инхибират действието на катализаторите; серен диоксид и въздух трябва да се изсушат, тъй като влагата намалява добива на серен анхидрид.

Въведение .

Натриев хидроксид или сода каустик (NaOH), хлор, солна киселина HC1 и водород понастоящем се произвеждат в промишлеността чрез електролиза на разтвор на натриев хлорид.

Сода каустик или натриев хидроксид - силна основа, наричана в ежедневието сода каустик, се използва в производството на сапун, в производството на алуминиев оксид - междинен продукт за получаване на метален алуминий, в бояджийската и лаковата, нефтопреработвателната промишленост, в производството на изкуствена коприна, в промишлеността за органичен синтез и други индустрии Национална икономика.

При работа с хлор, хлороводород, солна киселина и сода каустик е необходимо стриктно да се спазват правилата за безопасност: вдишването на хлор причинява остра кашлица и задушаване, възпаление на лигавиците на дихателните пътища, белодробен оток и по-късно образуване на възпалителни огнища в белите дробове.

Хлороводородът дори при ниски нива във въздуха предизвиква дразнене в носа и ларинкса, изтръпване в гърдите, дрезгав глас и задушаване. При хронично отравяне с ниски концентрации са особено засегнати зъбите, чийто емайл бързо се разрушава.

Отравянето със солна киселина е много подобно сотравяне с хлор.

Химични методи за получаване на натриев хидроксид.

Химическите методи за производство на натриев хидроксид включват варовик и ферит.

Варовият метод за получаване на натриев хидроксид се състои във взаимодействието на разтвор на сода с варно мляко при температура около 80 ° C. Този процес се нарича каустикация; описва се чрез реакцията

Na 2 C0 3 + Ca (OH) 2 \u003d 2NaOH + CaCO 3 (1)

решение-уреждане

Съгласно реакция (1) се получава разтвор на натриев хидроксид и утайка от калциев карбонат. Калциевият карбонат се отделя от разтвора, който се изпарява, за да се получи стопен продукт, съдържащ около 92% NaOH. Разтопеният NaOH се излива в железни варели, където се втвърдява.

Феритният метод се описва от две реакции:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (2)

натриев ферит

Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 \u003d 2 NaOH + Fe 2 O 3 (3)

утайка от разтвора

реакция (2) показва процеса на синтероване на калцинирана сода с железен оксид при температура 1100-1200°C. В този случай се образува петно - натриев ферит и се отделя въглероден диоксид. След това утайката се третира (излугва) с вода съгласно реакция (3); се получава разтвор на натриев хидроксид и утайка от Fe 2 O 3, която след отделянето му от разтвора се връща в процеса. Разтворът съдържа около 400 g/l NaOH. Изпарява се до получаване на продукт, съдържащ около 92% NaOH.

Химическите методи за производство на натриев хидроксид имат значителни недостатъци: изразходва се голямо количество гориво, получената сода каустик е замърсена с примеси, поддръжката на апарата е трудоемка и т.н. Понастоящем тези методи са почти напълно заменени от електрохимично производство метод.

Понятие за електролиза и електрохимични процеси.

Електрохимичните процеси се наричат химични процеси, протичащи във водни разтвори или стопилки под въздействието на постоянен електрически ток.

Разтворите и стопилките на соли, разтворите на киселини и основи, наречени електролити, са проводници от втори вид, в които преносът на електрически ток се извършва от йони. (В проводниците от първи вид, като металите, токът се пренася от електрони.) При преминаване на електрически ток през електролита йони се разреждат на електродите и се отделят съответните вещества. Този процес се нарича електролиза. Апаратът, в който се извършва електролизата, се нарича електролизер или електролитна баня.

Електролизата се използва за получаване на редица химически продукти - хлор, водород, кислород, основи и др. Трябва да се отбележи, че чрез електролиза се получават химически продукти с висока чистота, в някои случаи недостижими с химичните методи за тяхното производство.

Недостатъците на електрохимичните процеси включват високата консумация на енергия по време на електролизата, което увеличава цената на получените продукти. В тази връзка е препоръчително електрохимичните процеси да се извършват само на базата на евтина електрическа енергия.

Суровина за производство на натриев хидроксид.

За производството на натриев хидроксид, хлор, водород се използва разтвор на готварска сол, който се подлага на електролиза.Трапезната сол се среща в природата под формата на подземни находища на каменна сол, във водите на езера и морета и в под формата на естествени саламура или разтвори. Депозитите на каменна сол се намират в Донбас, Урал, Сибир, Закавказие и други региони. Богати на сол у нас са и някои езера.

AT лятно времеводата се изпарява от повърхността на езерата, а готварската сол изпада под формата на кристали. Такава сол се нарича самозасаждане. AT морска водасъдържа до 35 g/l натриев хлорид. В места с горещ климат, където има интензивно изпарение на водата, се образуват концентрирани разтвори на натриев хлорид, от които той кристализира. В недрата на земята, в солните слоеве, текат подпочвени води, които разтварят NaCl и образуват подземни разсоли, които излизат чрез сондажи на повърхността.

Солните разтвори, независимо от начина на получаване, съдържат примеси от калциеви и магнезиеви соли и преди да бъдат прехвърлени в цеховете за електролиза, те се пречистват от тези соли. Пречистването е необходимо, тъй като по време на процеса на електролиза могат да се образуват слабо разтворими калциеви и магнезиеви хидроксиди, които нарушават нормалното протичане на електролизата.

Почистването на саламура се извършва с разтвор на сода и варно мляко. В допълнение към химическото пречистване, разтворите се освобождават от механични примеси чрез утаяване и филтриране.

Електролизата на разтвори на готварска сол се извършва във вани с твърд железен (стоманен) катод и с диафрагми и във вани с течен живачен катод. Във всеки случай индустриалните електролизатори, използвани за оборудването на съвременни големи хлорни инсталации, трябва да имат висока производителност, прост дизайн, да бъдат компактни, да работят надеждно и стабилно.

Електролиза на разтвори на натриев хлорид във вани със стоманен катод и графитен анод .

Позволява получаването на натриев хидроксид, хлор и водород в един апарат (електролизатор). При преминаване на постоянен електрически ток през воден разтвор на натриев хлорид може да се очаква отделяне на хлор:

2CI - - 2-роÞ С1 2 (а)

както и кислород:

20N - - 2-роÞ 1/2O 2 + H 2 O (b)

H 2 0-2eÞ1 / 2О 2 + 2H +

Нормалният електроден потенциал на разряда на ОН - йони е + 0,41 в,и нормалният електроден потенциал на разряда на хлорните йони е + 1,36 в.В неутрален наситен разтвор на натриев хлорид концентрацията на хидроксилни йони е около 1 10 - 7 g-eq/l.При 25°C равновесният потенциал за отделяне на хидроксидни йони ще бъде

Равновесен потенциал на разряда, хлоридни йони при концентрация на NaCl в разтвор от 4,6 g-eq/lсе равнява

Следователно при анода с малко пренапрежение първо трябва да се изпусне кислород.

При графитните аноди обаче пренапрежението на кислорода е много по-високо от пренапрежението на хлора и следователно те ще изхвърлят главно С1-йони с освобождаване на газообразен хлор съгласно реакция (а).

Освобождаването на хлор се улеснява с увеличаване на концентрацията на NaCl в разтвора поради намаляване на стойността на равновесния потенциал. Това е една от причините за използването на концентрирани разтвори на натриев хлорид, съдържащи 310-315 g/l.

На катода в алкален разтвор водните молекули се разреждат съгласно уравнението

H 2 0 + e \u003d H + OH - (c)

Водородните атоми след рекомбинация се освобождават под формата на молекулярен водород

2H Þ H 2 (g)

Изхвърлянето на натриеви йони от водни разтвори върху твърд катод е невъзможно поради по-високия потенциал на разреждането им в сравнение с водорода. Следователно хидроксидните йони, останали в разтвора, образуват алкален разтвор с натриеви йони.

Процесът на разлагане на NaCl може да се изрази по този начин чрез следните реакции:

на анода се образува хлор, а на катода водород и натриев хидроксид.

По време на електролизата, наред с основните описани процеси, могат да протичат и странични процеси, един от които се описва с уравнение (b). В допълнение, хлорът, освободен на анода, се разтваря частично в електролита и се хидролизира от реакцията

В случай на дифузия на алкали (OH - йони) към анода или изместване на катодни и анодни продукти, хипохлорната и солната киселина се неутрализират с алкали до образуване на хипохлорит и натриев хлорид:

NOS1 + NaOH \u003d NaOCl + H 2 0

HC1 + NaOH \u003d NaCl + H 2 0

Йоните ClO - на анода лесно се окисляват до ClO 3 - . Следователно хипохлорит, натриев хлорид и натриев хлорат ще се генерират поради странични процеси по време на електролиза, което ще доведе до намаляване на ефективността на тока и енергийната ефективност. В алкална среда се улеснява отделянето на кислород на анода, което също ще влоши ефективността на електролизата.

За да се намали появата на странични реакции, е необходимо да се създадат условия, които предотвратяват смесването на катодни и анодни продукти. Те включват разделяне на катодното и анодното пространство с диафрагма и филтриране на електролита през диафрагмата в посока, обратна на движението на ОН - йони към анода. Такива диафрагми се наричат филтърни диафрагми и са направени от азбест.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Натриев хидроксидобразува твърди бели, много хигроскопични кристали, топящи се при 322 o C.

Поради силното разяждащо действие върху тъкани, кожа, хартия и други органични вещества се нарича сода каустик. В инженерството натриевият хидроксид често се нарича сода каустик.

Натриевият хидроксид се разтваря във вода, освобождавайки Голям бройтоплина поради образуването на хидрати.

Натриевият хидроксид трябва да се съхранява в добре затворени контейнери, тъй като лесно абсорбира въглероден диоксид от въздуха, като постепенно се превръща в натриев карбонат.

Ориз. 1. Натриев хидроксид. Външен вид.

Получаване на натриев хидроксид

Основният метод за получаване на натриев хидроксид е електролизата. воден разтворнатриев хлорид. По време на електролиза водородните йони се отделят на катода и едновременно натриеви йони и хидроксидни йони се натрупват близо до катода, т.е. получава се натриев хидроксид; на анода се отделя хлор.

2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH.

В допълнение към електролитния метод за получаване на натриев хидроксид, понякога се използва и по-старият метод - кипене на разтвор на сода с гасена вар:

Химични свойства на натриевия хидроксид

Натриевият хидроксид реагира с киселини, за да образува соли и вода (реакция на неутрализация):

NaOH + HCl \u003d NaCl + H2O;

2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + H 2 O.

Разтвор на натриев хидроксид променя цвета на индикаторите, така че, например, когато лакмус, фенолфталеин или метилоранж се добавят към разтвор на тази основа, цветът им ще стане съответно син, пурпурен и жълт.

Натриевият хидроксид реагира със солеви разтвори (ако съдържат метал, способен да образува неразтворима основа) и киселинни оксиди:

Fe 2 (SO 4) 3 + 6NaOH \u003d 2Fe (OH) 3 ↓ + 3Na 2 SO 4;

2NaOH + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.

Приложение на натриев хидроксид

Натриевият хидроксид е един от най-важните продукти на основната химическа промишленост. В големи количества се консумира за пречистване на нефтопреработвателните продукти; натриевият хидроксид се използва широко в сапунената, хартиената, текстилната и други индустрии, както и в производството на изкуствени влакна.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Изчислете масата на натриевия хидроксид, който може да реагира с концентриран разтвор на солна киселина с обем 300 ml (масова част на HCl 34%, плътност 1,168 kg/l).

Решение

Нека напишем уравнението на реакцията:

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O.

Да намерим масата на разтвора на солна киселина, както и масата на разтвореното в него вещество HCl:

m разтвор = V разтвор × ρ;

m разтвор \u003d 0,3 × 1,168 \u003d 0,3504 kg \u003d 350,4 g.

ω = m разтворено вещество / m разтвор × 100%;

mразтвор = ω / 100% ×m разтвор;

m разтворено вещество (HCl) = ω (HCl) / 100% ×m разтвор;

m разтворено вещество (HCl) = 34 / 100% × 350,4 = 11,91 g.

Изчислете броя на моловете солна киселина (моларната маса е 36,5 g / mol):

n(HCl) = m(HCl) / M(HCl);

n (HCl) = 11,91 / 36,5 = 0,34 mol.

Съгласно уравнението на реакцията n (HCl) : n (NaOH) = 1: 1. Следователно,

n (NaOH) \u003d n (HCl) \u003d 0,34 mol.

Тогава масата на натриевия хидроксид, който е влязъл в реакцията, ще бъде равна на (моларна маса - 40 g / mol):

m (NaOH) = n (NaOH) × M (NaOH);

m (NaOH) \u003d 0,34 × 40 \u003d 13,6 g.

Отговор

Масата на натриевия хидроксид е 13,6 g.

ПРИМЕР 2

Упражнение

Изчислете масата на натриевия карбонат, необходима за получаване на натриев хидроксид чрез реакция с калциев хидроксид с тегло 3,5 g.

Решение

Нека напишем уравнението на реакцията за взаимодействието на натриев карбонат с калциев хидроксид за образуване на натриев хидроксид:

Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 ↓ + 2NaOH.

Изчислете количеството на веществото калциев хидроксид (моларна маса - 74 g / mol):

n (Ca (OH) 2) \u003d m (Ca (OH) 2) / M (Ca (OH) 2);

n (Ca (OH) 2) \u003d 3,5 / 74 \u003d 0,05 mol.

Съгласно уравнението на реакцията n (Ca (OH) 2): n (Na 2 CO 3) \u003d 1: 1. Тогава броят молове натриев карбонат ще бъде равен на:

n (Na 2 CO 3) \u003d n (Ca (OH) 2) \u003d 0,05 mol.

Намерете масата на натриевия карбонат (моларна маса - 106 g / mol):

m (Na 2 CO 3) \u003d n (Na 2 CO 3) × M (Na 2 CO 3);

m (Na 2 CO 3) \u003d 0,05 × 106 \u003d 5,3 g.

Отговор

Масата на натриевия карбонат е 5,3 g.

· Предпазни мерки при работа с натриев хидроксид · Литература ·

Натриевият хидроксид може да се произвежда промишлено чрез химични и електрохимични методи.

Химични методи за получаване на натриев хидроксид

Химическите методи за производство на натриев хидроксид включват варовик и ферит.

Днес тези методи са почти напълно изместени от електрохимичните производствени методи.

вар метод

Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 \u003d 2NaOH + CaCO 3

феритен метод

Феритният метод за производство на натриев хидроксид се състои от два етапа:

Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2
2NaFeO 2 + xH 2 O \u003d 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O

Електрохимични методи за получаване на натриев хидроксид

2NaCl + 2H 2 O ± 2e - → H 2 + Cl 2 + 2NaOH

В Русия приблизително 35% от целия произведен каустик се произвежда чрез електролиза с живачен катод и 65% чрез електролиза с твърд катод.

диафрагмен метод

Схема на стара диафрагмена електролитна клетка за производство на хлор и луга: И- анод, AT- изолатори, ОТ- катод, д- пространство, изпълнено с газове (над анода - хлор, над катода - водород), М- диафрагма

Най-простият от електрохимичните методи по отношение на организацията на процеса и структурните материали за електролизера е диафрагменият метод за производство на натриев хидроксид.

Солният разтвор в диафрагмената електролитна клетка се подава непрекъснато в анодното пространство и протича през азбестова диафрагма, обикновено отложена върху стоманена катодна решетка, към която в някои случаи се добавя малко количество полимерни влакна.

В много конструкции на електролизери катодът е напълно потопен под анолитния слой (електролит от анодното пространство), а водородът, освободен върху катодната решетка, се отстранява изпод катода с помощта на газови тръби, без да прониква през диафрагмата в анодното пространство. поради противоток.

Противотокът е много важна характеристика на конструкцията на диафрагмената клетка. Благодарение на противотока, насочен от анодното пространство към катодното пространство през пореста диафрагма, става възможно отделното получаване на луга и хлор. Противотокът е предназначен да противодейства на дифузията и миграцията на OH - йони в анодното пространство. Ако противотокът е недостатъчен, тогава в анодното пространство започва да се образува хипохлоритен йон (ClO -) в големи количества, който след това може да се окисли на анода до хлоратния йон ClO 3 -. Образуването на хлоратен йон сериозно намалява текущата ефективност на хлора и е основен страничен процес при този метод за производство на натриев хидроксид. Вредно е и отделянето на кислород, което освен това води до разрушаване на анодите и, ако са направени от въглеродни материали, до навлизане на фосгенови примеси в хлор.

Анод: 2Cl - 2e → Cl 2 - основен процес 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H +Катод: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - основен процес ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -

Графитни или въглеродни електроди могат да се използват като анод в диафрагмени електролизери. Към днешна дата те са заменени главно от титаниеви аноди с покритие от рутениев оксид-титан (ORTA аноди) или други аноди с ниска консумация.

На следващия етап електролитният разтвор се изпарява и съдържанието на NaOH в него се регулира до търговска концентрация от 42-50 тегл.%. в съответствие със стандарта.

Трапезната сол, натриевият сулфат и други примеси, когато концентрацията им в разтвор се увеличи над границата на разтворимост, се утаяват. Каустичният разтвор се декантира от утайката и се прехвърля като готов продукт в склада или етапът на изпаряване продължава до получаване на твърд продукт, последван от топене, лющене или гранулиране.

Обратното, тоест трапезната сол, кристализирала в утайка, се връща обратно в процеса, приготвяйки от нея така наречената обратна саламура. От него, за да се избегне натрупването на примеси в разтвори, примесите се отделят преди приготвяне на обратния солен разтвор.

Загубата на анолит се попълва чрез добавяне на прясна саламура, получена чрез подземно излужване на солни слоеве, минерални соли като бишофит, предварително пречистени от примеси, или чрез разтваряне на халит. Преди да се смеси с обратната саламура, прясната саламура се почиства от механични суспензии и значителна част от калциеви и магнезиеви йони.

Полученият хлор се отделя от водната пара, компресира се и се подава или за производството на хлорсъдържащи продукти, или за втечняване.

Поради относителната простота и ниска цена, диафрагменият метод за производство на натриев хидроксид все още се използва широко в индустрията.

Мембранен метод

Мембранният метод за производство на натриев хидроксид е най-енергийно ефективен, но в същото време е труден за организиране и работа.

От гледна точка на електрохимичните процеси, мембранният метод е подобен на диафрагмения метод, но анодното и катодното пространство са напълно разделени от анион-непропусклива катионобменна мембрана. Благодарение на това свойство става възможно получаването на по-чисти течности, отколкото в случая на диафрагмения метод. Следователно в мембранния електролизер, за разлика от диафрагмената клетка, няма един поток, а два.

Както при диафрагмения метод, поток от солен разтвор навлиза в анодното пространство. А в катода - дейонизирана вода. От катодното пространство протича поток от обеднен анолит, който също съдържа примеси от хипохлоритни и хлоратни йони и хлор, а от анодното пространство - луга и водород, които практически не съдържат примеси и са близки до търговската концентрация, което намалява разходите за енергия за тяхното изпаряване и пречистване.

Алкалите, произведени чрез мембранна електролиза, са почти толкова добри, колкото тези, произведени чрез метода с живачен катод, и бавно заместват алкалите, произведени чрез метода с живак.

В същото време захранващият разтвор на сол (както прясна, така и рециклирана) и вода се почистват предварително от всякакви примеси, доколкото е възможно. Такова цялостно почистване се определя от високата цена на полимерните катионобменни мембрани и тяхната уязвимост към примеси в захранващия разтвор.

В допълнение, ограничената геометрична форма и в допълнение ниската механична якост и термична стабилност на йонообменните мембрани до голяма степен определят относително сложните конструкции на мембранните електролизни инсталации. По същата причина мембранните инсталации изискват най-сложните автоматични системи за контрол и управление.

Схема на мембранен електролизатор.

Живачен метод с течен катод

Сред електрохимичните методи за производство на алкали най-много ефективен начине електролиза с живачен катод. Алкалите, получени чрез електролиза с течен живачен катод, са много по-чисти от тези, получени чрез диафрагмения метод (това е критично за някои индустрии). Например, при производството на изкуствени влакна може да се използва само каустик с висока чистота), а в сравнение с мембранния метод организацията на процеса за получаване на алкали по живачен метод е много по-проста.

Схема на живачен електролизатор.

Инсталацията за електролиза на живак се състои от електролизатор, разлагател на амалгама и живачна помпа, свързани помежду си с живакопроводими комуникации.

Катодът на електролизера е поток от живак, изпомпван от помпа. Аноди - графитни, въглеродни или нискоизносващи (ORTA, TDMA или други). Заедно с живака през електролизера непрекъснато тече поток от захранваща готварска сол.

На анода хлорните йони се окисляват от електролита и хлорът се освобождава:

2Cl - 2e → Cl 2 0 - основен процес 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + 6ClO - + 3H 2 O - 6e - → 2ClO 3 - + 4Cl - + 1.5O 2 + 6H +

Хлорът и анолитът се отстраняват от електролизера. Анолитът, напускащ електролизера, се насища с пресен халит, въведените с него примеси се отстраняват от него и в допълнение се измиват от анодите и структурните материали и се връщат към електролиза. Преди насищане разтвореният в него хлор се извлича от анолита.

На катода се редуцират натриеви йони, които образуват слаб разтвор на натрий в живак (натриева амалгама):

Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg = Na + Hg

Амалгамата непрекъснато тече от електролизера към разлагащия амалгама. Декомпозиторът също така непрекъснато се захранва с високо пречистена вода. В него натриевата амалгама в резултат на спонтанен химичен процес се разлага почти напълно от вода с образуването на живак, каустичен разтвор и водород:

Na + Hg + H 2 O = NaOH + 1/2H 2 + Hg

Полученият по този начин разяждащ разтвор, който е търговски продукт, практически не съдържа примеси. Живакът се освобождава почти напълно от натрий и се връща в електролизера. Водородът се отстранява за пречистване.

Въпреки това, пълното пречистване на алкалния разтвор от остатъци от живак е практически невъзможно, поради което този метод е свързан с изтичане на метален живак и неговите пари.

Нарастващите изисквания за екологична безопасност на производството и високата цена на металния живак водят до постепенното заместване на метода с живак с методи за производство на алкали с твърд катод, особено мембранния метод.

Лабораторни методи за получаване

В лабораторията понякога се получава натриев хидроксид чрез химически средства, но по-често се използва електролизер с малка диафрагма или мембранен тип.

Въведение

Дошли сте в магазина, за да купите сапун без аромат. Естествено, за да разберете кои продукти от тази гама имат миризма и кои не, вземете всяка бутилка сапун и прочетете нейния състав и свойства. Най-накрая избраха правилния, но докато разглеждаха различните състави на сапуна, забелязаха странна тенденция – на почти всички бутилки пишеше: „Сапунът съдържа в структурата си натриев хидроксид“. Това е стандартната история на запознанствата на повечето хора с натриевия хидроксид. Някои половината от хората ще "плюят и ще забравят", а някои ще искат да знаят повече за него. Така че за тях днес ще ви кажа какъв вид вещество е това.

Определение

Натриевият хидроксид (формула NaOH) е най-разпространената основа в света. За справка: алкалът е основа, която е силно разтворима във вода.

Име

В различни източници може да се нарече натриев хидроксид, сода каустик, сода каустик, сода каустик или алкален каустик. Въпреки че името "каустик алкали" може да се приложи към всички вещества от тази група. Едва през XVIII век те получават отделни имена. Съществува и "обърнато" име на описаното сега вещество - натриев хидроксид, обикновено използвано в украинските преводи.

Имоти

Както казах, натриевият хидроксид е силно разтворим във вода. Ако поставите дори малко парче от него в чаша с вода, след няколко секунди то ще се запали и ще „бърза” и „подскача” по повърхността си със съскане (снимка). И това ще продължи, докато той напълно се разтвори в него. Ако след приключване на реакцията потопите ръката си в получения разтвор, тя ще бъде сапунена на допир. За да разберете колко силен е алкалът, в него се спускат индикатори - фенолфталеин или метилоранж. Фенолфталеинът в него придобива пурпурен цвят, а метиловият оранжев - жълт. Натриевият хидроксид, както всички алкали, съдържа хидроксидни йони. Колкото повече от тях са в разтвора, толкова по-ярък е цветът на индикаторите и толкова по-силна е основата.

Разписка

Има два начина за получаване на натриев хидроксид: химичен и електрохимичен. Нека разгледаме всеки от тях по-подробно.

Приложение

Делигнификацията на целулозата, производството на картон, хартия, фазер и изкуствени влакна не може без натриев хидроксид. И когато реагира с мазнините, се получават сапун, шампоани и други препарати. В химията се използва като реагент или катализатор в много реакции. Натриевият хидроксид е известен още като хранителна добавка E524. И това не са всички области на неговото приложение.

Заключение

Сега знаете всичко за натриевия хидроксид. Както можете да видите, той носи много ползи на човек - както в индустрията, така и в ежедневието.