電化學反應過程課件

分類：電化學生產(chǎn)過程分無機電化學合成與有機電化學合成，而今在無機合成和有機合成中，電化學反應技術(shù)得到進一步的應用與發(fā)展。10.1電化學在無機合成中的應用1.在電化學在無機合成中應用（1）通過發(fā)生在電極表面的電化學反應直接合成產(chǎn)物；如通過陽極氧化制取氟、氯、高錳酸鉀等，通過陰極還原制取氫和提取金屬等；（2）首先通過電化學反應，然后通過次級反應，包括溶解、離解、均相氧化或還原等得到產(chǎn)物。如氯酸鹽等。上述制得的無機產(chǎn)物，除電解過程外，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）在無機電化學合成中，電解食鹽以制取氫氣、氯氣和燒堿是一個典型實例，氯堿工業(yè)是整個化學工業(yè)的基礎之一，為中國的化學工業(yè)作出了巨大貢獻，這在后面章節(jié)中講述。氯酸鹽的制取是采用無隔膜的電解槽，使兩極產(chǎn)物接觸，通過次級反應生成了氯酸鹽?？偡磻綖榉诸悾弘娀瘜W生產(chǎn)過程分無機電化學合成與有機電化學合成，而今在1（2）某些特殊的元素，如氟是氧化性最強的元素。沒有一種氧化劑能從氟化物中得到游離氟，只有通過電化學才能提取出來，此法1886年提出，但直到1946年才得以實現(xiàn)?？偡磻綖椋悍碾娊庵荒茉谌廴邴}電解液中進行，否則得到的不是氟而是氧，常采用KF和HF二元電解質(zhì)，其電導率高熔點低。電解質(zhì)是強腐蝕性物質(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，無隔膜，槽電壓高達9.9V，耗電高達15000kW.h／t。（3）水電解方法來制取氫和氧氣,出于其耗能大、成本高,常被其他方法所代替。（4）電化學在有色金屬的提取和精制方面得到廣泛的應用。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：可獲得純度很高的金屬，如電解鋼的純度可達99.98％。同時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，如氟是氧化性最強的元素。沒有一種氧化劑210.2電化學在有機合成中的應用有機電化學基本過程：電極表面有電子參加的氧化還原反應。分為直接電有機合成和間接電有機合成兩大類。直接電有機合成：指有機合成反應直接在電極表面上完成，這一類反應居多數(shù)，包括氧化、還原反應、裂解、偶聯(lián)、縮合、鹵代等；間接電解合成：指有機物的氧化還原反應仍采用氧化劑或還原劑，使用化學方法進行，反應后的氧化劑或還原劑通過電解氧化或還原方法使之再生，反復使用。特點：合成反應和氧化還原劑的再生可以分別在反應器和電解槽中完成，也可以在一個電解槽中完成，顯得復雜、麻煩。有機電解合成與化學合成相比，其優(yōu)點是：①可以通過電極電位控制反應歷程，提高主反應的選擇性；②在常溫常壓下合成，反應條件溫和，提高反應安全性；③反應過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電化學在有機合成中的應用3發(fā)展歷程：有機電化學合成始于1949年的“柯爾貝反應”。由于種種原因，直到20世紀60年代中期，有機電化合成才有了新的進展；20世紀80年代以來，由于新技術(shù)、新工藝的不斷研究和開發(fā)，使得電化學過程的工業(yè)應用不斷擴展，反應器設計更合理，能耗進一步降低。圖9-1幾種典型的電有機合成反應示意圖缺點及發(fā)展方向：電有機合成產(chǎn)值低、產(chǎn)量大的領域難以與化學催化合成抗衡，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：有機電化學合成始于1949年的“柯爾貝反應”。410.3氯堿工藝10.3.1堿的工業(yè)生產(chǎn)簡介1.重要地位和作用堿是化學工業(yè)的基礎原料，堿分為純堿和燒堿兩種，a.純堿分子式為NaCO3，相對分子質(zhì)量為105.99，無水白色粉末，相對密度為2.533，熔點為851℃，易溶于水；b.燒堿分子式為NaOH，相對分子質(zhì)量為40，為白色不透明的羽狀結(jié)晶，相對密度為2.1，熔點為328℃，易溶于水，水溶液呈強堿性，在空氣中易吸收二氧化碳變成碳酸鈉。堿在國民經(jīng)濟中有著重要的地位，純堿主要用于玻璃工業(yè)、化學工業(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、有機合成及精細化工等。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)過程簡介1.發(fā)展過程：純堿的工業(yè)生產(chǎn)始于1787年，法國人路布蘭首先由硫酸鈉和石灰石制得碳酸鈉；1861年比利時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：原料來源方便、生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)量大、成本低，曾被廣泛采用；缺點：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年我國的化學家侯德榜提出了聯(lián)合制堿法，在生產(chǎn)純堿的同時，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：能充分利用食鹽，對環(huán)境不造成污染，被許多生產(chǎn)廠家采納。表10-1我國近年來純堿產(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)過程簡介63.聯(lián)合制堿法是針對氨堿法存在的缺點進行改進的一種制堿方法，該法是由我國化學專家侯德榜提出的。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：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其次是兩次吸氨過程，第一次是向過濾后的母液中加氨，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)合制堿法是針對氨堿法存在的缺點進行改進的一種制堿方法，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：美國天然堿的品位、儲量、開采深度及礦床的厚度均居世界首位，自1988年后，美國全部采用天然堿加工成純堿。

我國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、儲量都很可觀。巴西、印度、獨聯(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：流程簡單、設備投資少、能耗低，其相對成本可減少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)簡介工業(yè)生產(chǎn)方法主要是通過電解食鹽水溶液來制取，同時副產(chǎn)氯氣和氫氣。電解方法有三種：第一種是隔膜法(DiaphragmProess，簡稱D法)；第二種是水銀法(MercuryProcess，簡稱M法)；第三種是離子交換膜法(IonExchangeMcmbrancProcess，簡稱IEM法）。中國的燒堿工業(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年我國燒堿總產(chǎn)量為297.84萬t，居世界第五位；1995年產(chǎn)量增至496萬t，居世界第二位；1996年燒堿的生產(chǎn)能力為632萬t，實際產(chǎn)量為520.85萬t；“九五”計劃的燒堿總生產(chǎn)能力為963萬t。就目前氯堿廠的運轉(zhuǎn)水平和供需狀況分析，已有200萬t／d的生產(chǎn)能力閑置，這就需適當控制我國燒堿工業(yè)的發(fā)展速度。就其生產(chǎn)技術(shù)水平分析，1