Электросинтез хлорной кислоты (стр. 1 из 4)
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ТЭП
РЕФЕРАТ
по ОЭХТ на тему:
“Электросинтез хлорной кислоты”
Принял: Андреев И. Н.
Выполнила студентка гр. 67-31 Кушмна Г.Ш.
Казань – 2002
Содержание
1. Первоначальное получение хлорной кислоты.
2. Области применения.
3. Свойства хлорной кислоты.
4. Производство хлорной кислоты.Реакции на электродах и условия электролиза.
5. Технологическая схема производства хлорной кислоты.
6. Конструкции электролизеров.
7. ПД – портрет ЭХО.
8. Список использованной литературы.
1. ПЕРВОНАЧАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ХЛОРНОЙ КИСЛОТЫ.
Первое сообщение о синтезе хлорной кислоты содержится в статье Стадиона, который в 1816 г. получил её путем перегонки продукта, образующегося при осторожном плавлении хлората калия в смеси с концентрированной серной кислотой. Стадион внес важный вклад в исследование хлорной кислоты не только как первооткрыватель, но и как исследователь, впервые получивший её электролизом раствора двуокиси хлора.
Хлорная кислота была получена в 1835 г. Берцелиусом при электролизе соляной кислоты, а позже – при электролизе водного раствора двуокиси хлора и взаимодействием перхлората калия с серной кислотой.
В первой половине XIX в. были выделены и изучены перхлораты многих металлов. Электрохимическое производство этих солей было запатентовано Карльсоном в 1890 г.
Первое промышленное производство перхлоратов было создано в Швеции в 1893 г. по электрохимическому методу. В начале XX в. было организовано промышленное производство перхлоратов во Франции, Швейцарии, США и Германии, однако масштаб производства был невелик и мировая выработка перхлоратов до первой мировой войны не превышала 2000—3000 т/год
Во время первой мировой войны производство перхлоратов получило интенсивное развитие в связи с применением этих солей для производства взрывчатых веществ . Мировое производство перхлоратов возросло до 50 тыс. т в год. После окончания войны производство перхлоратов резко сократилось и получило новое развитие только в годы второй мировой войны.
2.ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.
Области применения хлорной кислоты и ее солей довольно разнообразны. Хлорная кислота используется для получения различных перхлоратов, для разрушения органических веществ, как добавка в электролит в гальванотехнике, применяется в качестве реагента в аналитической химии, при электрополировании металлов, как катализатор в процессах гидролиза и этерификации.
Помимо перечисленных выше основных потребителей, хлорная кислота и ее соли применяются в небольших количествах в самых разнообразных отраслях народного хозяйства: они широко используются в аналитической химии (например, при количественном определении калия в виде малорастворимого перхлората калия), в фотографии в качестве сенсибилизирующих добавок, как сильные осушающие средства и для других целей. Хлорная кислота как сильный окислитель используется для окисления и разрушения органических веществ (влажное сожжение), для окисления руд; ее применяют также в качестве растворителя, среды для неводного титрования, для разрушения протеинов при биологических анализах, как добавка к электролиту в гальванотехнике и при электролитической обработке металлов.
В последние годы интенсивно развивается и техника производства перхлоратов и хлорной кислоты. Стали широко применяться новые электродные материалы и электроды, совершенствуется технология на всех стадиях процесса .В настоящее время производство хлорной кислоты и перхлоратов организовано практически только по электрохимическому методу.
3.СВОЙСТВА ХЛОРНОЙ КИСЛОТЫ.
Хлорная кислота—НСLO4—одна из наиболее сильных неорганических кислот. Безводная хлорная кислота представляет собой бесцветную подвижную жидкость плотностью 1768 кг/м3 при 20 °С, сильно дымящую во влажной атмосфере. Вязкость хлорной кислоты при 20 °С равна 0,795 10-3 Па- °С, т. е. меньше вязкости воды.
Безводная хлорная кислота плавится при температуре около —102 °С, кипит с разложением при 110°С. Теплота ее образования из элементов 36,1 кДж/моль, плавления 6,93, испарения 43,6 кДж/моль и теплота разбавления в 800 частях воды 88,5 кДж/моль.
С водой хлорная кислота образует ряд гидратов:
Тпл.,0С Тпл.,0С
| HCLO4 0.25H2O | -73.1 | HCLO4 3H2O | -40.2 |
| HCLO4 H2O | 49.905 | HCLO4 3.5H2O | -45.6 |
| HCLO4 2H2O | -20.65 | HCLO4 4H2O | -57.8 |
| HCLO4 2.5H2O | -32.1 |
Диаграмма плавкости системы вода—хлорная кислота приведена на рис. 1
В табл. 1 приведена плотность водных растворов хлорной кислоты при различной температуре.
Водные растворы хлорной кислоты обладают хорошей электропроводимостью и используются как электролиты для проведения некоторых электрохимических процессов, в частности, для получения хлорной кислоты.
В табл. 2 приведено удельное электрическое сопротивление водных растворов хлорной кислоты при различной температуре.
Температура кипения растворов хлорной кислоты различной концентрации при давлении 2,4 кПа составляет:
КонцентрацияНСLO4, масс.% | 100 | 94,8 | 92,0 | 84,8 | 79,8 | 70,5 |
| Температура кипения, °С | 16,0 | 24,8 | 35 | 70 | 92 | 107 |
Безводная хлорная кислота весьма реакционно-способна, при соприкосновении со многими легкоокисляющимися органическими веществами она взрывается. Безводная хлорная кислота — сильный окислитель. Элементарный фосфор и сера окисляются хлорной кислотой до фосфорной и серной кислоты. Иод окисляется хлорной кислотой; бром, хлор, а также НВг и НСL не взаимодействуют с нею даже при нагревании.
Таблица 1. Плотность водных растворов хлорной кислоты в интервале от —25 до 75 °С (в г/см3)
| Концентрация, % | Температура, °С | ||||||
| - 25 | 0 | 15 | 20 | 30 | 50 | 70 | |
| 10 | — | 1,0637 | 1,0597 | 1,0579 | 1,0539 | 1,0437 | 1,023 |
| 20 | — | 1,1356 | 1,1279 | 1,1252 | 1,2000 | 1,1075 | 1,096 |
| 30 | 1,2312 | 1,2168 | 1,2067 | 1,2033 | 1,1965 | 1,1821 | 1,160 |
| 40 | 1,3308 | 1,3111 | 1,2991 | 1,2947 | 1,2866 | 1,2703 | 1,251 |
| 50 | 1,4528 | 1,4255 | 1,4103 | 1,4049 | 1,3944 | 1,3752 | 1,350 |
| 60 | 1,5908 | 1,5580 | 1,5386 | 1,5327 | 1,5218 | 1,4994 | 1,470 |
| 70 | 1,7306 | 1,6987 | 1,6736 | — | — | 1,6344 | 1,617 |
| 80 | — | — | — | — | — | 1,7540 | 1,727 |
| 90 | — | — | — | — | — | 1,7720 | 1,738 |
| 95 | — | — | — | 1,8043 | — | 1,7515 | 1,704 |
| 100 | — | 1,8077 | — | 1,7676 | —— | 1,7098 | — |
Таблица 2. Удельное электрическое сопротивление водных растворов хлорной кислоты (в Ом-м-102)
| Температура, °С | Концентрация НClO4масс. % | ||||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | |
| 50 | 2,207 | 1.272 | 1,028 | 1,001 | 1,154 | 1,540 | 2,401 |
| 40 | 2,428 | 1.397 | 1.132 | 1.106 | 1.286 | 1,725 | 2,704 |
| 30 | 2.715 | 1,562 | 1,262 | 1,240 | 1,452 | 1,961 | 3,084 |
| 20 | 3,100 | 1776 | 1.436 | 1,414 | 1,670 | 2,275 | 3,575 |
| 10 | 3,628 | 2,072 | 1,665 | 1.647 | 1.964 | 2,705 | 4,227 |
| 0 | 4,420 | 2.488 | 1,992 | 1.968 | 2.376 | 3,320 | 5,129 |
| —10 | — | 3.102 | 2.464 | 2.436 | 2.982 | 4,242 | 6,418 |
| —20 | — | — | 3,176 | 3.133 | 3.919 | 5,742 | — |
| —30 | — | — | — | 4,250 | 5.505 | 8,402 | 11,59 |
| —40 | — | — | — | 6.21 | 844 | 13.82 | — |
| —50 | — | — | — | 10,41 | — | 27,10 | — |
Хлорная кислота при хранении при комнатной температуре медленно разлагается, что обнаруживается по потемнению жидкости вследствие окрашивания ее продуктами разложения. Такая кислота опасна при хранении, так как может самопроизвольно взрываться. Поэтому обычно безводную хлорную кислоту не хранят, а стараются готовить непосредственно перед ее использованием.
Стабильность хлорной кислоты может быть повышена добавками ингибиторов. В качестве ингибиторов могут служить, в частности, органические соединения, содержащие трихлорметильную группу. Наиболее эффективными ингибиторами являются трихлоруксусная кислота и тетрахлорид углерода.
Рис. 1. Диаграмма плавкости системы НСLO4—Н2O.
Все работы, связанные с использованием хлорной кислоты и ее солей, требуют большой осторожности. При наличии примесей в хлорной кислоте возможен самопроизвольный распад кислоты со взрывом.
Попадание хлорной кислоты на кожные покровы приводит к болезненным химическим ожогам.
Хранить и перевозить хлорную кислоту разрешается только в виде водного раствора с концентрацией не более 70% НСLO4. В случае необходимости применения безводной или концентрированной хлорной кислоты, последнюю готовят непосредственно перед использованием. Срок хранения концентрированной кислоты крайне ограничен, особенно при потемнении жидкости из-за окрашивания ее продуктами разложения.
4.ПРОИЗВОДСТВО ХЛОРНОЙ КИСЛОТЫ .РЕАКЦИИ НА ЭЛЕКТРОДАХ И УСЛОВИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА.
При электролизе водных растворов соляной кислоты на аноде возможно выделение элементарного хлора или кислорода, а на электродах с высоким анодным потенциалом — также образование высших кислородных соединений хлора — хлорной кислоты. В зависимости от условий проведения процесса и прежде всего от концентрации ионов С1-, температуры и применяемого анодного материала, скорости этих трех процессов могут очень сильно изменяться.