電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程課件

分類：電化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程分無(wú)機(jī)電化學(xué)合成與有機(jī)電化學(xué)合成，而今在無(wú)機(jī)合成和有機(jī)合成中，電化學(xué)反應(yīng)技術(shù)得到進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展。10.1電化學(xué)在無(wú)機(jī)合成中的應(yīng)用1.在電化學(xué)在無(wú)機(jī)合成中應(yīng)用（1）通過(guò)發(fā)生在電極表面的電化學(xué)反應(yīng)直接合成產(chǎn)物；如通過(guò)陽(yáng)極氧化制取氟、氯、高錳酸鉀等，通過(guò)陰極還原制取氫和提取金屬等；（2）首先通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，然后通過(guò)次級(jí)反應(yīng)，包括溶解、離解、均相氧化或還原等得到產(chǎn)物。如氯酸鹽等。上述制得的無(wú)機(jī)產(chǎn)物，除電解過(guò)程外，還包含著電解前的原料處理，電解液的制備、凈化、電解后產(chǎn)物的分離相加工(蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥等)。2.舉例（1）在無(wú)機(jī)電化學(xué)合成中，電解食鹽以制取氫氣、氯氣和燒堿是一個(gè)典型實(shí)例，氯堿工業(yè)是整個(gè)化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)之一，為中國(guó)的化學(xué)工業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)，這在后面章節(jié)中講述。氯酸鹽的制取是采用無(wú)隔膜的電解槽，使兩極產(chǎn)物接觸，通過(guò)次級(jí)反應(yīng)生成了氯酸鹽。總反應(yīng)式為分類：電化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程分無(wú)機(jī)電化學(xué)合成與有機(jī)電化學(xué)合成，而今在1（2）某些特殊的元素，如氟是氧化性最強(qiáng)的元素。沒有一種氧化劑能從氟化物中得到游離氟，只有通過(guò)電化學(xué)才能提取出來(lái)，此法1886年提出，但直到1946年才得以實(shí)現(xiàn)?？偡磻?yīng)式為：氟的電解只能在熔融鹽電解液中進(jìn)行，否則得到的不是氟而是氧，常采用KF和HF二元電解質(zhì)，其電導(dǎo)率高熔點(diǎn)低。電解質(zhì)是強(qiáng)腐蝕性物質(zhì),且產(chǎn)物F2性質(zhì)很活潑，電解槽的材料和結(jié)構(gòu)都受到一定的限制，電解槽體積小，無(wú)隔膜，槽電壓高達(dá)9.9V，耗電高達(dá)15000kW.h／t。（3）水電解方法來(lái)制取氫和氧氣,出于其耗能大、成本高,常被其他方法所代替。（4）電化學(xué)在有色金屬的提取和精制方面得到廣泛的應(yīng)用。電解冶煉是濕法冶金的一種，分水溶液電解冶金和熔融鹽電解冶金。優(yōu)點(diǎn)：可獲得純度很高的金屬，如電解鋼的純度可達(dá)99.98％。同時(shí)電解冶金還可處理低品位的礦和多金屬礦。（2）某些特殊的元素，如氟是氧化性最強(qiáng)的元素。沒有一種氧化劑210.2電化學(xué)在有機(jī)合成中的應(yīng)用有機(jī)電化學(xué)基本過(guò)程：電極表面有電子參加的氧化還原反應(yīng)。分為直接電有機(jī)合成和間接電有機(jī)合成兩大類。直接電有機(jī)合成：指有機(jī)合成反應(yīng)直接在電極表面上完成，這一類反應(yīng)居多數(shù)，包括氧化、還原反應(yīng)、裂解、偶聯(lián)、縮合、鹵代等；間接電解合成：指有機(jī)物的氧化還原反應(yīng)仍采用氧化劑或還原劑，使用化學(xué)方法進(jìn)行，反應(yīng)后的氧化劑或還原劑通過(guò)電解氧化或還原方法使之再生，反復(fù)使用。特點(diǎn)：合成反應(yīng)和氧化還原劑的再生可以分別在反應(yīng)器和電解槽中完成，也可以在一個(gè)電解槽中完成，顯得復(fù)雜、麻煩。有機(jī)電解合成與化學(xué)合成相比，其優(yōu)點(diǎn)是：①可以通過(guò)電極電位控制反應(yīng)歷程，提高主反應(yīng)的選擇性；②在常溫常壓下合成，反應(yīng)條件溫和，提高反應(yīng)安全性；③反應(yīng)過(guò)程是由輸入電流提供電子，—般不產(chǎn)生有害的廢棄物，有于環(huán)境衛(wèi)生。10.2電化學(xué)在有機(jī)合成中的應(yīng)用3發(fā)展歷程：有機(jī)電化學(xué)合成始于1949年的“柯爾貝反應(yīng)”。由于種種原因，直到20世紀(jì)60年代中期，有機(jī)電化合成才有了新的進(jìn)展；20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于新技術(shù)、新工藝的不斷研究和開發(fā)，使得電化學(xué)過(guò)程的工業(yè)應(yīng)用不斷擴(kuò)展，反應(yīng)器設(shè)計(jì)更合理，能耗進(jìn)一步降低。圖9-1幾種典型的電有機(jī)合成反應(yīng)示意圖缺點(diǎn)及發(fā)展方向：電有機(jī)合成產(chǎn)值低、產(chǎn)量大的領(lǐng)域難以與化學(xué)催化合成抗衡，故逐漸轉(zhuǎn)向高產(chǎn)值小批量多品種產(chǎn)物開發(fā)。

發(fā)展歷程：有機(jī)電化學(xué)合成始于1949年的“柯爾貝反應(yīng)”。410.3氯堿工藝10.3.1堿的工業(yè)生產(chǎn)簡(jiǎn)介1.重要地位和作用堿是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料，堿分為純堿和燒堿兩種，a.純堿分子式為NaCO3，相對(duì)分子質(zhì)量為105.99，無(wú)水白色粉末，相對(duì)密度為2.533，熔點(diǎn)為851℃，易溶于水；b.燒堿分子式為NaOH，相對(duì)分子質(zhì)量為40，為白色不透明的羽狀結(jié)晶，相對(duì)密度為2.1，熔點(diǎn)為328℃，易溶于水，水溶液呈強(qiáng)堿性，在空氣中易吸收二氧化碳變成碳酸鈉。堿在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的地位，純堿主要用于玻璃工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、紡織、造紙、軍工及醫(yī)藥等；燒堿主要用于人造絲、合成纖維、石油煉制、皮革、肥皂、有機(jī)合成及精細(xì)化工等。2.生產(chǎn)方法①目前純堿的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有氨堿法和聯(lián)堿法兩種；②燒堿的工業(yè)生產(chǎn)方法主要是食鹽水溶液電解法，其中包括水銀電解法、隔膜電解法和離子膜電解法三種。10.3氯堿工藝5純堿工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介1.發(fā)展過(guò)程：純堿的工業(yè)生產(chǎn)始于1787年，法國(guó)人路布蘭首先由硫酸鈉和石灰石制得碳酸鈉；1861年比利時(shí)人索爾維提出了以食鹽、石灰石等為原料制純堿的氨堿法優(yōu)點(diǎn)：原料來(lái)源方便、生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)量大、成本低，曾被廣泛采用；缺點(diǎn)：食鹽利用率低（＜30％）、副產(chǎn)氯化鈣廢渣，造成一定的環(huán)境污染。1942年我國(guó)的化學(xué)家侯德榜提出了聯(lián)合制堿法，在生產(chǎn)純堿的同時(shí)，副產(chǎn)氯化銨，可作農(nóng)業(yè)化肥，可作工業(yè)化工原料。優(yōu)點(diǎn)：能充分利用食鹽，對(duì)環(huán)境不造成污染，被許多生產(chǎn)廠家采納。表10-1我國(guó)近年來(lái)純堿產(chǎn)量情況2.氨堿法

(1)二氧化碳和石灰乳的制備

(2)鹽水的制備和精制

(3)氨鹽水的制備

(4)氨鹽水的碳酸化

(5)碳酸氫鈉的煅燒

(6)氨的回收

純堿工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介63.聯(lián)合制堿法是針對(duì)氨堿法存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)的一種制堿方法，該法是由我國(guó)化學(xué)專家侯德榜提出的。原料：仍然是食鹽水、氨和二氧化碳；產(chǎn)品：純堿和氯化銨。氨和二氧化碳由合成氨廠提供，故稱之為聯(lián)合制堿。優(yōu)點(diǎn)：鹽水利用率高，不產(chǎn)地廢棄物CaCl2。聯(lián)合制堿法與氨堿法不同之處在于：①首先是母液循環(huán)使用，做到充分利用食鹽；②其次是兩次吸氨過(guò)程，第一次是向過(guò)濾后的母液中加氨，使母液中的NH4HCO3向(NH4)2CO3轉(zhuǎn)化，以免結(jié)晶析出；第二次吸氨是析出NH4Cl結(jié)晶后；③精制固體食鹽的加入，母液降溫析出NH4C1后加入NaCl，在同離子效應(yīng)作用下，使NH4C1析出更完全；

④聯(lián)合制堿法合兩種產(chǎn)品，即純堿和NH4Cl，沒有廢液。3.聯(lián)合制堿法是針對(duì)氨堿法存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)的一種制堿方法，74.天然堿：指含堿的天然礦石及湖水，如倍半碳酸(NaCO3·NaHCO3·2H2O)，堿湖水，其成分為NaCO3、NaHCO3、NaCl和Na2SO4等的混合物。分布及使用：美國(guó)天然堿的品位、儲(chǔ)量、開采深度及礦床的厚度均居世界首位，自1988年后，美國(guó)全部采用天然堿加工成純堿。

我國(guó)的天然堿資源也比較豐富，內(nèi)蒙東部到新疆西部邊沿小堿湖，河南的堿石和高溫鹵水、儲(chǔ)量都很可觀。巴西、印度、獨(dú)聯(lián)體等地亦有天然堿的沉積物。與人工合成純堿相比，天然堿的加工工藝的優(yōu)點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、能耗低，其相對(duì)成本可減少40％左右，故發(fā)展前景是非常美好的。天然堿的加工精制方法最常用的是一水堿法，倍半碳酸鈉法次之，此外還有一些其他加工方法。4.天然堿：指含堿的天然礦石及湖水，如倍半碳酸(NaCO3·8燒堿的工業(yè)生產(chǎn)簡(jiǎn)介工業(yè)生產(chǎn)方法主要是通過(guò)電解食鹽水溶液來(lái)制取，同時(shí)副產(chǎn)氯氣和氫氣。電解方法有三種：第一種是隔膜法(DiaphragmProess，簡(jiǎn)稱D法)；第二種是水銀法(MercuryProcess，簡(jiǎn)稱M法)；第三種是離子交換膜法(IonExchangeMcmbrancProcess，簡(jiǎn)稱IEM法）。中國(guó)的燒堿工業(yè)發(fā)展非常迅速，日前已有230多家氯堿廠，產(chǎn)量不斷增加，1988年我國(guó)燒堿總產(chǎn)量為297.84萬(wàn)t，居世界第五位；1995年產(chǎn)量增至496萬(wàn)t，居世界第二位；1996年燒堿的生產(chǎn)能力為632萬(wàn)t，實(shí)際產(chǎn)量為520.85萬(wàn)t；“九五”計(jì)劃的燒堿總生產(chǎn)能力為963萬(wàn)t。就目前氯堿廠的運(yùn)轉(zhuǎn)水平和供需狀況分析，已有200萬(wàn)t／d的生產(chǎn)能力閑置，這就需適當(dāng)控制我國(guó)燒堿工業(yè)的發(fā)展速度。就其生產(chǎn)技術(shù)水平分析，1