海水中食鹽資源綜合利用---氯堿工業(yè)

1、海水中食鹽資源綜合利用氯堿工業(yè)安徽省樅陽縣樅陽中學 施其勝 246700浩瀚的海洋蘊含著寶貴的化學資源，海水中共含有80多種元素，這些元素大部分以鹽的形式存在，它們在海水中的含量差異很大。在海水的無機鹽中，以氯化鈉為最多，約占海水中鹽類總量的80%。人類通過海水曬鹽從海水中提取食鹽，食鹽不僅是常用的調味品，是人體必須的物質，更被譽為“化學工業(yè)之母”，在工業(yè)上，主要通過氯堿工業(yè)等進行綜合利用。工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)。氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)之一，它的產(chǎn)品除應用于化學工業(yè)本身外，還廣泛應用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工

2、業(yè)、石油化學工業(yè)以及公用事業(yè)等。一、食鹽水的精制從海水得到的粗鹽中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、 Fe3+、 SO42-等雜質，不符合電解要求，用于電解法制堿必須經(jīng)過精制。在粗鹽溶液中常加入一些試劑，使雜質沉淀過濾出，再加入鹽酸調節(jié)鹽水的pH，從而精制食鹽水。其操作流程可以為：先加入過量的BaCl2溶液使SO42-完全沉淀，再加入過量的NaOH 溶液除去Fe3+和Mg2+，然后加過量的Na2CO3溶液除去Ca2+和Ba2+,過濾后，向濾液中加入鹽酸調節(jié)pH為7即可。二、電解食鹽水原理電解飽和食鹽水原理可以通過下圖所示的實驗裝置來說明：NaCl是強電解質，在溶液里完全電離，H2O是弱電解質，微弱

3、電離，因此在氯化鈉溶液中存在Na+、H+、Cl-、OH-四種離子。在上述實驗中，當接通直流電源后，帶負電的Cl-和 OH-向陽極移動，帶正電的Na+和H+向陰極移動。在所給的電解條件下，Cl-比 OH-容易失去電子，H+比Na+容易得電子，在兩極分別發(fā)生下列反應：陽極：2Cl-2e-=Cl2（氧化反應） 陰極： 2H+2e-=H2（還原反應）電解由于H2O電離出來的H+在陰極放電產(chǎn)生H2，促使H2O不斷電離出OH-，使溶液中的OH-濃度增大。所以電解飽和食鹽水的總反應可表示為： 2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2+ H2 三、工業(yè)電解食鹽水裝置在上述的電解飽和食鹽水的實驗中，電解

4、產(chǎn)物之間能夠發(fā)生化學反應，如NaOH溶液和Cl2能反應生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能發(fā)生爆炸。在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，為避免飽和食鹽水電解產(chǎn)物NaOH 與Cl2混合、Cl2與 H2混合，需要使反應在特殊的電解槽中進行。目前，比較先進的氯堿工業(yè)電解技術是離子交換膜法。離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。下圖表示的是一個單元槽的離子交換膜法電解原理示意圖。電解槽的陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層；陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層；陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極

5、室。陽離子交換膜有一種特殊的性質，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na+通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)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而影響燒堿的質量。精制的飽和食鹽水進入陽極室，純水（加入一定量的NaOH，起增強導電作用）加入陰極室。通電時，H2O在陰極表面放電生成H2，從而產(chǎn)生OH-，Na+穿過離子交換膜由陽極室進入陰極室，導出的陰極液為NaOH溶液，Cl-在陽極表面放電生成Cl2，電解后的淡鹽水從陽極導出，可重新用于配制食鹽水。四、氯堿工業(yè)用途NaOH、Cl2和H2都是重要的

6、化工生產(chǎn)原料，可以進一步加工成多種化工產(chǎn)品，廣泛用于生產(chǎn)和生活中。氯堿工業(yè)試題鏈接氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下： 代 鹽 精 鹽 電 解 脫 鹽 粗鹽 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2 10%NaOH和 10%NaOH溶液 NaCl晶體 沉渣 50%NaOH溶液依據(jù)上圖，完成下列填空：在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應的化學方程式為 ，與電源負極相連的電極附近，溶液pH值 （選填：不變、升高或下降。） 工業(yè)食鹽含Ca2+、Mg2+等雜質。精制過程發(fā)生反應的離子方程式為 、_。如果粗鹽中SO含量較高，必須添加鋇試劑除去SO，該鋇試劑可以是 （選填a、b、c，多選扣分）。 aBa(OH)2 b Ba(NO3)2 cBaCl2 為有效除去Ca2+、Mg2+、SO，加入試劑的合理順序為 （選填a，b，c多選扣分）a先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑 b先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3 c先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3 脫鹽工序中利用NaoH和NaCl在溶解度上的差異，通過 、冷卻、 （填寫操作名稱）除去NaCl 。 在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl2與NaOH反應；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl2與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H2，相應的化學方程式為