饱和食盐水精制后离子交换塔

E. 离子膜烧碱的生产流程

离子交换膜法电解制碱的主要生产流程
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。
阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。

F. 工业上常用饱和食盐水的方法制去H2,CL2,和NAOH,请写出反应的化学方程式

工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。
一、电解饱和食盐水反应原理
电解饱和食盐水的原理与前面学过的电解CuCl2 溶液的原理是相类似的。
【实验3】 在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极（如右图）。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，注意观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。
从实验可以看到，在U型管的两个电极上都有气体放出。阳极放出的气体有刺激性气味，并且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，说明放出的是Cl2；阴极放出的气体是H2，同时发现阴极附近溶液变红，这说明溶液里有碱性物质生成。
为什么会出现这些实验现象呢？
这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，也微弱电离，因此在溶液中存在Na+、H+、Cl-、OH-四种离子。当接通直流电源后，带负电的OH-和Cl-向阳极移动，带正电的Na+和H+向阴极移动。在这样的电解条件下，Cl-比OH-更易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。
阳极反应：2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反应）
H+比Na+容易得到电子，因而H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。
阴极反应：2H+＋2e-＝H2↑（还原反应）
在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，
H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH-的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。因此，电解饱和食盐水的总反应可以表示为：
工业上利用这一反应原理，制取烧碱、氯气和氢气。
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能反应生成NaClO、H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，要避免这几种产物混合，常使反应在特殊的电解槽中进行。
二、离子交换膜法制烧碱
目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。
离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl -、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽（包括16个单元槽）。
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示：
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙、
精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。例如：
加入Na2CO3溶液以除去Ca2+：
加入NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+等：
Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓
Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓
以除去过量的Ba2+：
这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2+、Mg2+等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。
离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。
三、以氯碱工业为基础的化工生产
NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。
由电解槽流出的阴极液中含有30％的NaOH，称为液碱，液碱经蒸发、结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。
以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途见下图。
随着人们环境保护意识的增强，对以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染及其产品对环境造成的影响越来越重视。例如，现已查明某些有机氯溶剂有致癌作用，氟氯烃会破坏臭氧层等，因此已停止生产某些有机氯产品。我们在充分发挥氯碱工业及以氯碱工业为基础的化工生产在国民经济发展中的作用的同时，应尽量减小其对环境的不利影响。
我国氯碱工业的发展
我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂（现上海天原化工厂的前身），日产烧碱2t。到1949年解放时，全国只有少数几家氯碱厂，烧碱年产量仅1.5万吨，氯产品只有盐酸、液氯、漂白粉等几种。
近年来，我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到1990年，烧碱产量达331万吨，仅次于美国和日本，位于世界第三位。1995年，烧碱产量达496万吨，其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨，占总产量的11.3％。预计到2000年，烧碱年产量将达540 万吨，其中用离子膜电解法生产的将达180万吨，占33.3％。
参考资料：http://www.ltyz.net/xueke/huaxue/gao34/2shi.htm

G. 电解食盐水离子交换膜的优点

1、主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成。每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。
2、阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层。阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层。离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
3、起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
4、饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。

H. 离子膜烧碱生产流程

离子交换膜法电解制碱的生产过程大致可以分为以下几个步骤：

首先，精制的饱和食盐水被引入到电解装置的阳极室中。这里，食盐水的纯度至关重要，以确保电解过程的高效进行。

在阴极室，纯水被引入，并加入适量的NaOH溶液。这种操作的目的是在电解过程中，当水分子在阴极表面失去电子时，会生成氢气（2H⁺ + 2e^- = H₂↑），释放出的氢离子则被阳极室中的Na⁺所取代。Na⁺穿过离子膜进入阴极室，与OH^-结合形成NaOH，即烧碱溶液。

值得注意的是，阴极室中注入的是纯水而不是NaCl溶液，原因在于防止电解过程中引入新的杂质。通过这种方式，阴极室内的溶液导电性得以增强，而且生成的NaOH溶液质量更纯。

阳极室产生的淡盐水，由于氯离子（Cl^-）被氧化生成氯气（Cl₂），电解后会排出。这部分水经过添加食盐，提高其盐度后，可以进行循环利用，减少资源浪费。

离子膜烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱（即氢氧化钠）。 其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

I. 离子交换膜法电解饱和食盐水的原理

+极OH根放电生成氧气
-极cl离子放电生成氯气
因为有膜所以OH根留在+极生成NaOH
同时防止cl离子与NaOH接触发生反应