ion-exchange-membrane-process

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電解槽を\textbf{\textcolor[named]{RedOrange}{陽イオン交換膜}}で隔てた状態で\textbf{\textcolor{red}{塩化ナトリウム\ce{NaCl}水溶液を電気分解}}する. 陽極} \ce{2Cl- -Cl2 ^ + 2e-} \\[.2zh] \textcolor{magenta}{陰極} \ce{2H2O + 2e- H2 ^ + 2OH-} 合体反応式}  \ce{2NaCl + 2H2O H2 ^ + Cl2 ^ + 2NaOH} \bm{陽極側に飽和\ce{NaCl}水,\ 陰極側に純粋(または薄い\ce{NaOH}水)を入れて電気分解}する. \\[.2zh] 陽極側では\ce{Cl-}\,が酸化されて\ce{Cl2}\,が発生する. \\[.2zh] すると,\ \bm{相対的に過剰になった\ce{Na+}\,が陽イオン交換膜を通過して陰極側に移動する}. \\[.2zh] 陰極側では\ce{H2O}\,が還元されて\ce{H2}\,が発生する. \\[.2zh] \bm{\ce{OH-}\,が相対的に過剰になるが,\ 陽イオン交換膜を通過することはできない.} \\[.2zh] 結局,\ \bm{陰極側では\ce{Na+}\,と\ce{OH-}\,の濃度が上昇していく.}\ つまり,\ \ce{NaOH}が生成するわけである. \\[1zh] 合体反応式は次のようにして作成できる. \ce{2Cl- + 2H2O H2 + Cl2 + 2OH-} (\ce{2e-}\,を消去) \\[.2zh] \ce{2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH} (両辺に\ce{Na+}\,を加える) 電極は安定している炭素(陽極)と鉄(陰極)である. \\[.2zh] 白金\ce{Pt}電極は\ce{Cl2}\,と反応して劣化するので,\ 陽極側には炭素を用いる. \\[1zh] 陽イオン交換膜がない場合,\ 生成した\ce{NaOH}が\ce{Cl2}\,と次のように反応してしまう. \\[.2zh]  \bm{\ce{2NaOH + Cl2 -NaCl + NaClO + H2O}} \\[.2zh] この反応式は次の3つの反応式の両辺を足して得られる. \ce{Cl2 + H2O HCl + HClO} (塩素は水と反応して塩化水素と次亜塩素酸になる) \\[.2zh] \ce{HCl + NaOH NaCl + H2O} (塩化水素が水酸化ナトリウムと中和) \\[.2zh] \ce{HClO + NaOH NaClO + H2O} (次亜塩素酸が水酸化ナトリウムと中和)