离子交换膜电解原理演示

2. 离子交换膜法电解食盐水具体原理 谢谢

二、离子交换膜法制烧碱
1．离子交换膜电解槽的构成

离子交换膜电解槽

主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。

电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。

离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

上海天原化工厂电解车间的离子交换膜电解槽

2．离子交换膜法电解制碱的主要生产流程

如图，精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。

阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。

氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。

3. 隔膜法电解的原理

由于隔复膜电解技术制在氯碱工业中得到了广泛的应用, 故以最新的制碱工艺———离子交换膜电解法为例来说明其原理。用一阳离子交换膜分隔电解槽中阴阳极室, 构成两室电解槽, 向阳极室引入饱和NaCl 溶液, 阴极室引入蒸馏水, 在外加直流电场作用下, 阳极产生氯气, 阴极上产生氢气。由于阳离子交换膜的固定基团(R-SO-3-)带负电荷, 它和溶液中的Na+离子异性电荷相吸, 结果只允许Na +离子通过, 而对Cl-离子排斥, 于是Na+离子迁入阴极室, 它和OH- 相结合, 生成NaOH。电极主要反应为:
在阳极室:NaCl==Na ++Cl - (1)2Cl==Cl2 +2e (2)在阴极室上:H2O==H ++OH - (3)2H+ +2e ==H2 (4)Na++OH-==NaOH (5)以上是利用离子交换膜电解食盐水生产碱的原理。
电极反应一般为阴极室的阴极上发生的还原反应, 阳极室中的阳极上发生诸如释放Cl2 的氧化反应。

4. 工业上电解制碱的技术是用阳离子交换膜法，主要原料是饱和食盐水．图为阳离子交换膜法电解原理示意图：请

（1）根据图知，A为电解槽阳极，B为阴极，阴极上氢离子放电生成氢气，同时电极附近生成氢氧根离子，碱性条件下，铁发生吸氧腐蚀，故答案为：阳；吸氧腐蚀；
（2）阳离子交换膜只能允许阳离子通过，故选③⑤；
（3）A．电解时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气同时电极附近生成氢氧根离子，氢氧根离子通过阴离子交换膜移向阳极，氯气和氢氧根离子反应生成氯酸根离子，电解结束时，溶液呈电中性，则右侧溶液中含有ClO₃^-，故A正确；
B．电解时，阴极上氢离子放电，阳极上氯离子放电生成氯酸根离子，电池反应式为NaCl+3H₂O