イオン交換膜法(水酸化ナトリウムNaOHの工業的製法)

ion-exchange-membrane-process
電解槽を\textcolor[named]{RedOrange}{陽イオン交換膜で隔てた状態で塩化ナトリウム{NaCl}水溶液を電気分解する. 陽極} {2Cl- -Cl₂ ^ + 2e-} 陰極} {2H₂O + 2e- H₂ ^ + 2OH-} 合体反応式}  {2NaCl + 2H₂O H₂ ^ + Cl₂ ^ + 2NaOH} {陽極側に飽和{NaCl}水,\ 陰極側に純粋(または薄い{NaOH}水)を入れて電気分解}する. 陽極側では{Cl-}が酸化されて{Cl₂}が発生する. すると,\ {相対的に過剰になった{Na+}が陽イオン交換膜を通過して陰極側に移動する}. 陰極側ではH₂Oが還元されてH₂が発生する. 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.} 結局,\ {陰極側では{Na+}と{OH-}の濃度が上昇していく.}\ つまり,\ {NaOH}が生成するわけである. 合体反応式は次のようにして作成できる. {2Cl- + 2H₂O H₂ + Cl₂ + 2OH-} ({2e-}を消去) {2NaCl + 2H₂O H₂ + Cl₂ + 2NaOH} (両辺に{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. 白金{Pt}電極は{Cl₂}と反応して劣化するので,\ 陽極側には炭素を用いる. 陽イオン交換膜がない場合,\ 生成した{NaOH}が{Cl₂}と次のように反応してしまう.  2NaOH + Cl₂ -NaCl + NaClO + H₂O 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. {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) {HCl + NaOH NaCl + H₂O} (塩化水素が水酸化ナトリウムと中和) {HClO + NaOH NaClO + H₂O} (次亜塩素酸が水酸化ナトリウムと中和)
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