Описание лабораторной установки

Лабораторная установка для электролиза водного раствора хлорида натрия состоит из электролизера, выпрямителя, реостата и амперметра (рис 1.1).Электролизер с не подвижным электролитом представляет собой сосуд, внутри которого находятся графитовый анод и стальной катод. Анодное и катодное пространства разделены асбестовой диафрагмой. Анодное пространство герметизировано с помощью крышки, в которой имеются два отверстия: для заполнения его электролитом и для отвода хлор-газа,.

Водный раствор хлорида натрия заливают в анодное и катодное пространства. хлор-газ выводят в атмосферу или газоанализатор, водород уходит в атмосферу.

 

7 стр.

рисунок 1.1.

Схема лабораторной установки для электролиза водного раствора хлорида натрия:

1- выпрямитель; 2- реостат; 3- амперметр; 4-электролизер; 5- асбестовая диафрагма.

…

Порядок проведения работы

1. Залить в анодное и катодное пространства водный раствор NaCl в объемах, заданных преподавателем.

2. Включить выпрямитель, установить с помощью реостата на амперметре заданную силу тока и поддерживать ее постоянной в течение заданного периода времени. Напряжение на электролизере замерить вольтметром.

3. Перед началом работы провести анализ исходного раствора на содержание NaCl по методичке 6.1.

4. По истечении заданного периода времени выключить выпрямитель.

5. Определить объемы растворов в анодном пространстве (анолит) и в катодном пространстве (католит) по калибровочным шкалам на электролизере.

6. Отобрать пробы католита для анализа на содержание NaCl, NaOH, Na CO по методичкам 6.2, 6.3.

7. Полученные результаты представить преподавателю, после чего освободить электролизер от растворов и вымыть его.

8. Рассчитать заданный баланс, показатели процесса электролиза и оформить отчет.

 

Задание на выполнение работы

5.1. Сила тока электролиза 1…3А.

5.2.Объем раствора, заливаемого в катодное пространство 100..150 см.

5.3. Объем раствора, заливаемого в анодное пространство 100.. 150 см.

5.4. Время электролиза 1..2 часа

5.5. Составить материальный баланс по Na

5.6 Рассчитать выход едкого натра по току и коэффициент использования энергии.

 

8 стр.

Методика анализов.

6.1. Анализ исходного рассола на содержание хлорида натрия. Для анализа с помощью пипетки берут 5 см рассола и разбавляют дистиллированной водой в мерной колбе до 250 см . После тщательного перемешивания отбирают чистой пипеткой 5 см раствора, прибавляют 1..2 капли индикатора К С О и титрируют раствором азотнокислого серебра концентрации 0,1 моль/дм до получения неисчезающего красноватого осадка.

 

Концентрацию NaCl в рассоле рассчитывают по формуле 6.1:

(6.1)

Где С - концентрация NaCl в исходном рассоле, г/дм ;

V - объем азотнокислого серебра, пошедшего на титрование пробы, см .

N- молярная концентрация раствора азотнокислого серебра, моль/дм;

К- поправочный коэффициент к концентрации раствора азотного серебра;

V - объем раствора, взятого на титрование, см .

S- объемисходного раствора рассола, взятого для разбавления, см ;

 

 

6.2. Анализ католита на содержание остаточного хлорида натрия.

В мерную колбу пипеткой вносят 5 см католита и разбавляют дистиллированной водой до 250 см , тщательно перемешивают, отбирают чистой пипеткой 5 см разбавленного раствора в колбу для титрования, прибавляют 2..3 капли фенолфталеина и нейтрализуют раствором азотной кислоты с концентрацией 1 моль/дм , прибавляя ее по каплям до исчезновения розовой окраски, затем прибавляют 4 капли индикатора К СrО и титрируют раствором азотнокислотного серебра концентрации 0.1 моль/дм до появления неисчезающего красноватого осадка.

Концентрацию хлорида натрия в католите рассчитывают по формуле 6.1

6.3. Анализ католита на содержание NaOH и Na CO

В колбу для титрования отбирают пипеткой 1 см католита, приливают 1 см раствора гипосульфита концентрации 0.1 моль/дм , 2..3 капли индикатора фенолфталеина и титруют раствором соляной кислоты концентрации 0,1 моль/дм для нейтролизации всего едкого натра и

 

10 стр.

 

половины углекислого натрия. Сделав на бюретке замер затраченной кислоты, записывают результат А см , затем добавляют к раствору 1..2 капли индикатора метилоранжа и продолжают титрование для нейтрализации оставшейся половины углекислого натрия до неисчезающей слаборозовой окраски. Расход соляной кислоты на нейтрализацию оставшейся половины углекислого натрия ставит А , см

 

Результаты титрования показать преподавателю!!!

 

Массы гидроксида натрия и углекислого натрия рассчитывают по формулам (6.2 и 6.3)

G (6.2)

 

G (6.3)

 

Где Э(NaOH)= 40- молярная масса эквивалента гидроксида натрия, г/моль;

Э(Na CO ) = 53 - молярная масса эквивалента углекислого натрия, г/моль;

N - молярная концентрация раствора солярной кислоты, моль/дм ;

K - поправочный коэффициент к концентрации соляной кислоты;

A -A – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование гидроксида натрия; см ;

А - объем соляной кислоты, пошедшей на титрование половины углекислого натрия, см ;

V (кат) - объем католита после электролиза, см ;

 

Расчетная часть

 

Примеры расчетов.

Исходные данные для расчетов:

Исходный объем католита 150 см .

Объем католита после электролиза 140 см

Время электролиза 1 час.

Ток электролиза 2 А.

На титрование исходного раствора пошло 4,6 см AgNO

На титрование католита после электролиза пошло 4,4 см AgNO

На титрование католита после электролиза на содержание NaOH+1|2 Na CO пошло А =4.5см раствора HCl с концентрацией 0.1 моль/дм .

 

11 тр.

 

На титрование ½ Na CO пошло А = 0.05 см раствора НСl с концентрацией

0.1 моль/дм

Практическая величина напряжения на электролизереU = 7В.

1. Анализ рассола на содержание NaCl (формула 6.1):

С = г/дм

2. Анализ католита на содержание NaCl через 1 час электролиза (формула 6.1):

С = 257,4 г/дм

 

3. Анализ католита на совместное присутствие NaOH и Na CO [см. формулы (6.2,6.3) ]:

А.. = 4.5 см

А.. = 0.05 см

 

G = г

 

 

G = г

 

 

Расчет материального баланса по Na :

1) Содержание Na в исходном католите.

В 1000 см исходного католита содержится 269,1 г NaCl.

В 150 см исходного католита содержится Х г NaCl.

 

 

Х=

В 58,5 г NaCl-23 г Na

В 40,4 г NaCl-Х г Na .

 

Х=

 

2) Содержание Na в католите после электролиза.

В 1000см католита содержится 257,4 г NaCl.

12 стр.

 

 

В 140 см католита содержится Y г NaCl.

 

Y=

В 58,5 г NACl-23 г Na

В 36,0 г NaCl- Y г Na.

 

Y = г

 

3) Содержание Na в NaOH в 140 см католита после электролиза.

В 40.0 г NaOH -23 г Na

В 2,49 г NaOH – Х г Na

 

Х= г

 

4) Содержание Na в Na CO в 140 см .. католита после электролиза.

В 106 г Na CO – 46 г Na

В 0,074 г Na CO – Х г Na

 

Х= г

Результаты расчетов сводим таблицу 1.1

Таблица 1.1

Материальный баланс по Na

 

Приход	Расход
Исходные реагенты	G,г	Продукты электролиза	G,г
Содержание Na в исходном католите.	15,9	Содержание Na в NaCl Содержание Na в NaOH Содержание Na в Na CO	14,2   1,43   0,032
Всего:	15,90	Всего:	15,86

 

 

5) Расчет выхода NaOH по току.

 

6) Расчет коэффициента энергии.

 

Теоретическое напряжение разложения раствора …