1.Теоретичні основи

Електрохімічні процеси – це процеси, де проходить перетворення електричної енергії в хімічну, або хімічної енергії в електричну. Електрична енергія перетворюється в хімічну при електролізі розчинів. Цей процес широко використовується в хімічній промисловості для отримання, кисню, водню, хлору, лугів та ін.

Електроліз – це процес розкладання електролітів під дією постійного електричного струму з утворенням нових речовин. При наявності напруги на електродах аніони електроліту рухаються до аноду, а катіони до катоду. Хімічна сутність процесу – це окисно-відновні реакції на електродах.

Електроліз розчину хлориду натрію є найбільш типовим прикладом електрохімічного процесу в водному розчині. Це найбільш простий та економічний метод отримання цінних продуктів (хлору, водню, їдкого натрію).

Процес проводиться в електролітичній ванні з залізним катодом та графітовим анодом. З анодного простору виділяється хлор, насичений водяним паром, а з катодного – відводиться луг (NaOH), водень, водяна пара.

Процеси які відбуваються на катоді:

2H₂O+2e^-=H₂+2OH

OH +Na⁺=NaOH

Процеси які відбуваються на аноді:

2Cl^-=Cl₂+2e^-

Сумарний процес електролізу:

2NaCl+2H₂O=Cl₂+H₂+2NaOH

Побічні реакції на аноді:

2OH -2e^-=2H₂O+1/2O₂

C+O₂=CO₂

2Cl^-+9H₂O=2ClO^-₃+1.5O₂+18H⁺+18e^-

В розчині відбуваються вторинні хімічні реакції:

Cl₂+H₂O↔HClO+HCl; HClO+NaOH=NaClO+H₂O

HCl+NaOH=NaCl+H₂O; 2NaClO↔NaClO₃+2NaCl

Всі ці побічні реакції знижують процес виходу по струму по основних продуктах. Щоб запобігти виникненню побічних реакцій, необхідно щоб продукти електролізу не змішувались. Для цього застосовують протиток електроліту і пористі діафрагми – перегородки, які розділяють катодний і анодний простір. Підвищенню виходу продукту по струму сприяє висока початкова концентрація NaCl (305 – 310 г/дм³) і підвищення температури до 70 – 80 ⁰С.

2.Хімічні реактиви, прилади та посуд

Реактиви:

• Розчин NaCl С = 310г/дм³

• Соляна кислота 0.1н розчин

• Фенолфталеїн

• Дистильована вода

Прилади та посуд

• Електролітична ванна з електродами……………………….1 шт

• Випрямляч струму……………………………………………1 шт

• Термометр…………………………………………………….1 шт

• Напірна ємкість V=5 л……………………………………….1 шт

• Приймач V=5 л……………………………………………….1 шт

• Колби V=100 мл……………………………………………...5 шт

• Піпетки V=10 мл……………………………………………..2 шт

• Бюретка V=25 мл…………………………………………….1 шт

• Індикаторний папір…………………………………………. 1 шт

3.Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для проведення електролізу хлориду натрію складається з електролітичної ванни (1) та двох електродів: залізного (катоду) (2) та графітового (аноду) (3) , які під’єднуються до випрямляча струму (4). Подача хлориду натрію в електролізер здійснюється з напірної ємкості (5), отриманий їдкий натр зливається в ємкість-приймач (6).

1 – електролітична ванна (електролізер); 2 – залізний катод;

3 – графітовий анод; 4 – випрямляч струму; 5 – напірна ємкість;

6 – приймач NaOH; 7 – склянка-уловлювач Cl₂;

8 – напівпроникні перегородки для електродів

Рисунок 8.1 – Установка для електролізу NaCl

Для запобігання протікання побічних реакцій (змішування) використовуються напівпроникні перегородки (8). Хлор який виділяється в ході електролізу направляється в склянку-приймач (7) з дистильованою водою, де утворюється хлорна вода з характерним запахом. Увага! Робота проводиться під включеною витяжною шафою, з закритими вікнами.