通电后,食盐水中的氯化钠(NaCl)与水(H2O)发生电离,分别在阴极与阳极生成氢气(H2)与氯气(Cl2)。剩下的氢氧根离子与钠离子结合生成氢氧化钠(NaOH)。

工业上常用电解食盐水制取氢氧化钠。由于氯离子或氯气与氢氧化钠溶液接触会生成氯化钠和次氯酸钠(NaClO),工业制氢氧化钠使用特殊构造的、带有离子交换膜(不允许带负电的氯离子或氯气通过)的电解槽隔绝氯离子或氯气与氢氧化钠。

中文名

电解食盐水

外文名

chloralkali process

作用

发生电离

主要成分

氯化钠NaCl、水H2O

条件

通电

生成

氢气H2、氯气Cl2、氢氧化钠NaOH

原理

在食盐水里氯化钠完全电离,水分子是微弱电离的,因而存在着Na 、H 、Cl 、OH 四种离子。即:

NaCl= Na +Cl

HO⇌ H +OH-(可逆)

在电场的作用下,带负电的OH 和Cl 移向阳极,带正电的Na 和H+移向阴极。

在阳极,Cl 比OH 容易失去电子被氧化成氯原子,氯原子两两结合成氯分子放出氯气。即:

2Cl -2e=Cl₂↑(氧化反应)

在阴极,H 比Na 容易得到电子,因而H 不断从阴极获得电子被还原为氢原子,氢原子两两结合成氢分子从阴极放出氢气。即:

2H +2e=H₂↑ (还原反应)

H在阴极上不断得到电子而生成氢气放出,破坏了附近的水的电离平衡,因而水分子大量电离成H和OH,且生成OH的快慢远大于其向阳极定向运动的速率。因此,阴极附近的OH大量增加,使溶液中产生氢氧化钠:

OH + Na = NaOH

所以电解饱和食盐水的总的化学方程式可以表示如下:

2NaCl+2H₂O=通电=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

工业用途

工业上利用2NaCl+2H₂O===通电===2NaOH+H₂↑ +Cl₂↑,制取烧碱、氯气和氢气。(烧碱即为氢氧化钠)

氯气和氢气反应:H₂+Cl₂===点燃或光照===2HCl,生成的HCl气体溶于水便是盐酸。

氯气与氢氧化钠溶液反应:2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,生成的NaClO有很强的氧化性,它的盐类可以作漂白剂与杀毒剂。

在上面的电解饱和食盐水的实验中,电解产物之间能够发生化学反应,如NaOH溶液和Cl2或Cl离子接触会生成NaClO与NaCl,H₂和Cl₂混合遇火或光照能发生爆炸。在工业生产中,要避免这几种产物混合,常使反应在特殊构造的、带有离子交换膜(不允许带负电的氯离子或氯气通过)的电解槽中进行。

实验

实验强调电解

饱和

食盐水,既加快反应速率,同时也因为氯气在饱和食盐水中的溶解量较小。