电解氯酸钠制高氯酸钠。。。。快来围观铱钽钛阳极和高强石墨
ddomax2014/01/04化学 IP:湖南
本帖最后由 ddomax 于 2014-1-4 19:19 编辑

电解氯化钠可以直接制得高氯酸钠,但耗时长(约为电解氯酸钠8倍)、纯度不高。
而且需要在微酸性条件下进行,消耗盐酸,否则电流效率<66.7%。

第一次尝试:石墨阳极、钛板阴极。
石墨尺寸20X10cm,厚1mm,30元一片,渗碳高强石墨,一般高纯石墨20X10cm,厚1cm大概20元。
TA2钛板,20X15cm,厚0.5mm,22元一片。
若干有机玻璃,厚2mm,配合氯仿制成电解槽,10元以内。电极间距2mm。
电源用了2种,6.1V时电流19A,4.7V时电流11.5A。
电解液:60℃,100mLH20,106.5gNaClO3.
电解槽:
尝试了N种容器,都因为容积太大,电解一次动辄需要N天以上,
于是用有机玻璃和氯仿粘了这个电解槽,注满仅需150mL水。而且有隔板,可以保证2mm的极间距却不短路


IMG_6344.jpg
IMG_6356.jpg
IMG_6361.jpg
IMG_6363.jpg
实验开始:
IMG_6459.jpg
IMG_6428.jpg
IMG_6453.jpg
IMG_6456.jpg
4小时后石墨解体,副反应严重,电解液浑浊:
IMG_6479.jpg
石墨板:
IMG_6464.jpg
钛板:
IMG_6473.jpg
取少量电解液过滤、复分解、洗涤制得少量高氯酸钾:
IMG_6478.jpg
5h左右可以制备100g高氯酸钠,但是却损失一片30元的石墨,得不偿失。
钛板被腐蚀应该是石墨脱落后乘积在电解槽底部,短路阴阳极,中间断电过半小时,然后电化学腐蚀。。再加上钛板不纯。。
少量制备电费可以忽略不计,每500g高氯酸钠约0.8元。

26A电流电解1h转移1mol电子,
NaClO₃+H₂O→NaClO₄+H₂↑
每电解106.5g氯酸钠生成122.5g高氯酸钠,转移2mol电子,需要13A电流电解4h,而石墨阳极电流效率≈70%,所以实际电解6小时才能的得到纯净的产物。
由于没有加入氟化钠或者重铬酸钠,电解快结束时有阴极还原产生的氯气放出。


文献:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml

亮点在第二次尝试。。。↓
+50  科创币    St_Maxwell    2014/01/04 我擦,分全给你。
+50  科创币    badboy-fly    2014/01/04 高质量发帖
+50  科创币    达闻西    2014/01/04 高质量发帖
+1000  科创币    trample    2014/01/04 如果能附上相关理论会更好
+60  科创币    QQQQQQQ    2014/01/19 高质量发帖
+95  科创币    QQQQQQQ    2014/01/20 高质量发帖
+50  科创币    冥灵    2014/01/22 挺好~
来自:数理化 / 化学
29
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~~空空如也
ddomax 作者
10年4个月前 IP:未同步
661417
本帖最后由 ddomax 于 2014-1-4 21:27 编辑

第二次尝试:
铱钽钛阳极,10cmX10cm,双面IrO2-Ta2O5涂层(单面就是75元),150元,析氧、析氯寿命都>6000h.
强化电解寿命对比:
捕获.png
2片10cmX10cm钛板做阴极,10元。
这样一来整套设备没有一样是消耗品了。
没有合适容器,暂时未做氯酸钠电解实验,先电解20g/100gH20的氯化钠溶液试试,电极间距10mm。
因为要产生氯气,所以只能放在窗外了。。再加上是晚上,照片就只有模糊的一张。。
铱钽钛阳极:
IMG_6485.jpg
IMG_6486.jpg
电源:
IMG_6488.jpg
实验:
IMG_6483.jpg

试剂和电解5h后的电解液、电极:

IMG_6489.jpg
IMG_6490.jpg
电解硝酸钾、碳酸钠、氯化钠溶液各5小时,溶液均完全澄清,铱钽钛阳极表面无变化。
但阴极钛板在氯化钠电解中轻微腐蚀。


钛阳极不是吹的。。。。。二氧化铅机械强度实在差,电流效率实在低。。自己镀的寿命没保证,买的话也要100一片10cmX10cm。

钌铱钛阳极不适合酸性和析氧环境,析氧寿命极短,堪比石墨。认为电解制氯酸钠是先生成热的氢氧化钠,再和氯气反应的可以省省了,工业上是在酸性环境下进行的,自己看文献。

铱钽钛阳极析氯过电位稍高,但适合强酸强碱析氧析氯各种环境,何况24小时不间断使用也能用1年,于是狠狠心上了一片
由于鳄鱼夹不能直接夹钛阳极,即使316L不锈钢夹、镀金夹接触电阻也太大了,网购了10元银片,还没到,暂时不能继续实验了。
银片到了打算再做个循环伏安曲线。。
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附上各种电极常见槽压:
铂阳极:3~7V,电流密度40~50A/dm²
钛阳极:4.5~5.5V,电流密度>17/dm²
石墨阳极:4.5~5V,电流密度<8A/dm²
二氧化钛击穿电压:≈10V。
8V以下钛阳极表面划伤无大碍。

阳极选材:
白金(铂)钛网制适合电镀,不适合电解。
镀铂钛阳极板贵到你买不起。
析氯可以用二氧化铅或钌钛、钌铱、铱钽、铱钽锡。
析氧、硫酸介质可以用铱钽、二氧化铅、铂铱钛
钌钛、铱钛性价比不高,不适合使用。
价格:铂钛>铱钽>钌铱≈二氧化铅>钌钛
电流效率(析氯):钌铱>铱钽>钌钛>铂>二氧化铅>石墨
析氧:铱钽>二氧化铅>铂
析氧过电位:铂>二氧化铅>铱钽
电解时析氧属于副反应(如氯酸根氧化)的要析氧过电位尽量高。

电源推荐使用5V 40A的开关电源,32元就可以买到了,电压一般能在4.1~5.6V间调整。

电解槽一般难以找到合适的,可以用比色皿或者有机玻璃粘一个,不算运费10元以下可以搞定,
但除非对纯度不作要求或者溶液可以很稀,必须容积小,面积大,这是关键!!!!

鳄鱼夹最好用316L不锈钢夹,只有这个不生锈,即使镀金夹也会迅速生锈,贵金属阳极请垫上银片。接触电阻造成的高温会使鳄鱼夹快速氧化,并使电极变形。
电解液会飞溅,所有接近电解槽的材料都必须考虑耐腐蚀问题!!否则就是各种溶液变色

实验成本已经远远超过直接购买高氯酸钠的成本,但是对于业余条件下应用电解的电极、电解槽、计算还是很有参考价值的。。。
+10
科创币
王者归来abs
2014-01-04
给力啊
+30
科创币
北落师门
2014-01-04
高质量发帖
+50
科创币
马小甲
2014-01-04
买不起自己造
+1000
科创币
虎哥
2014-01-06
好久没见到这样的帖子了
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灏子真的很好
10年4个月前 IP:未同步
661438
这个好!
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1996615xp
10年4个月前 IP:未同步
661440
很不错的电解槽,赞一个
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北落师门
10年4个月前 IP:未同步
661441
第一次钛板貌似没腐蚀,是阳极氧化了,二氧化钛随着厚度不同干涉出不同的颜色来
要我的话会用铂丝做阳极[s:12]
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最高主机泡泡
10年4个月前 IP:未同步
661443
啥,,这也行。。太厉害了
还没学化学呢表示只玩过电解氯化钠溶液啥。。。48V50A电源(其实我是想测试电源来着),一杯盐水,铁钉子电极(我承认我在作死)。。电流30A+,1500W功率就加在那那一小杯里了。。。30S左右,水接近沸腾,溶液都成黑色了,断电,阳极铁钉子腐蚀的细了一半= =后来才知道电解氯化钠不能用铜。铁。铝等等电极
后来又找了两根电池碳棒试了试,溶液不变色,但是满屋子氯气味,然后这辈子也不想这么干了
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ddomax作者
10年4个月前 IP:未同步
661445
北落师门 发表于 2014-1-4 19:26
第一次钛板貌似没腐蚀,是阳极氧化了,二氧化钛随着厚度不同干涉出不同的颜色来
要我的话会用铂丝做阳极:l ...


是的,蓝色、红色给种颜色,纯钛做阳极就是这样。。。。

铂丝是不可能的,铂丝也会损耗,而且大电流密度下速度远大于钛阳极,而且电流和电极表面积直接挂钩,电流太小,除非乐意电解几年。。[s:7]
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ddomax作者
10年4个月前 IP:未同步
661446
baiwenglong 发表于 2014-1-4 19:32
啥,,这也行。。太厉害了
还没学化学呢表示只玩过电解氯化钠溶液啥。。。48V50A电源(其实我是想测试电源 ...


析氯环境石墨阳极还行。析氧的话高强石墨也是一滩烂泥。
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北落师门
10年4个月前 IP:未同步
661467
铂丝的确会发热,曾经持续几天电解硫酸铜,腐蚀倒是没看到,电流设置到3A,铂丝热到能把溅上去的电解液蒸干形成很大一坨。
主要是能搞到比较便宜的铂丝,又不是大批量生产,所以用着也不错。请教下如果电解硫酸铜制取硫酸也能用铱钽钛阳极?曾经用304不锈钢容器做阴极电解最后不锈钢也腐蚀了,蓝色褪掉后发现溶液呈绿色[s:10]
最坑爹的是后来那个容器用来盛装食盐水也开始腐蚀了[s:11],出现黑斑
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达闻西
10年4个月前 IP:未同步
661473
好给力的帖子!请教楼主,能否简要的说下什么是析氧,什么是析氯?什么是析氧过电位?镀铂钛阳极是否适合电解氯化钠溶液?阳极选择那段不太看得懂。。。
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ddomax作者
10年4个月前 IP:未同步
661487
北落师门 发表于 2014-1-4 21:50
铂丝的确会发热,曾经持续几天电解硫酸铜,腐蚀倒是没看到,电流设置到3A,铂丝热到能把溅上去的电解液蒸干 ...


铱钽可以,二氧化铅也可以,铂也可以
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ddomax作者
10年4个月前 IP:未同步
661492
本帖最后由 ddomax 于 2014-1-4 23:21 编辑

北落师门 发表于 2014-1-4 21:50
铂丝的确会发热,曾经持续几天电解硫酸铜,腐蚀倒是没看到,电流设置到3A,铂丝热到能把溅上去的电解液蒸干 ...


另外 ,高温下电流效率甚至可以减半,副反应严重,产物不纯。这是典型的电流密度过大。会导致光发热,不得产物,原因是小电极面积时,达到同样电流电压必然很大,于是各种副反应同时进行,阳极刚得产物,阴极就给还原了,实际反应远比一个方程式复杂。例如2A/cm,(差不多是强化电解时的电流密度)电解氯酸钠的电流效率只有7%.这样一来,3A电流转移1mol电子大约就要40h。不过电解硫酸铜不存在阴极还原问题,效率会高些,但会导致氢气和铜一起析出。
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ddomax作者
10年4个月前 IP:未同步
661493
达闻西 发表于 2014-1-4 22:11
好给力的帖子!请教楼主,能否简要的说下什么是析氧,什么是析氯?什么是析氧过电位?镀铂钛阳极是否适合电 ...


析氧就是电解时产生氧气,析氯就是产生氯气。过电位可以简单理解为该反应发生的难以程度。例如析氧过电位越高 析出氧气越困难。这个在循环伏安曲线上表现为氧化还原峰出现的电压。
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ddomax作者
10年4个月前 IP:未同步
661498
达闻西 发表于 2014-1-4 22:11
好给力的帖子!请教楼主,能否简要的说下什么是析氧,什么是析氯?什么是析氧过电位?镀铂钛阳极是否适合电 ...


不适合,主要是析氯过电位太高,不如钌铱催化活性好,但是相对二氧化铅还是好得多了。铂几乎是万能的,但不一定最经济,镀铂很贵的。
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达闻西
10年4个月前 IP:未同步
661514
ddomax 发表于 2014-1-4 23:10
不适合,主要是析氯过电位太高,不如钌铱催化活性好,但是相对二氧化铅还是好得多了。铂几乎是万能的,但 ...


谢谢,受教了。期待楼主下次的实验和循环伏安曲线!
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莱茵蒙特
10年4个月前 IP:未同步
661583
嗯,实验数据不错啊,
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丑丑
10年4个月前 IP:未同步
661594
好高端的样子   [s:12]
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fzc40795457
10年4个月前 IP:未同步
661738
我对楼主除了佩服还是佩服,
我以前瞎搞的电解实验全部失败
用碳棒阳极电解热氯化钠溶液制氯酸钠,氯气味倒是闻到了,却无法取出溶液中微量的氯酸钠,可能是氯酸钠产量太低(虽然电流够大,电压够低,但苦于找不到表面积够大的阳极材料),  溶液中加氢氧化钾后也未见有氯酸钾析出
用铅做阳极电解氯化钠,这次表面积倒是比碳棒大很多,结果铅表面生成黄色的绝缘体,电解反应停止,
用不锈钢做阳极,电解碳酸钠制氢氧化钠,阳极倒是有二氧化碳和氧气析出,但很快不锈钢居然可以像碳素钢一样,变成酥松的铁锈,
唯一成功的是,用不锈钢阳极电解氢氧化钠制氢氧,充满了一个气球,然后点燃废报纸,飞速逃窜,身后传来巨大的爆鸣声
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耐腐蚀艺术馆
10年4个月前 IP:未同步
663817
大赞!!!
IrO2 - Ta2O5是非常好的材料,即使在300度的20%高温加压盐酸中,加上5%的过氧化氢,也完全没有腐蚀!
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冥灵
10年3个月前 IP:未同步
664541
耐腐蚀艺术馆 发表于 2014-1-19 14:47
大赞!!!
IrO2 - Ta2O5是非常好的材料,即使在300度的20%高温加压盐酸中,加上5%的过氧化氢,也完全没有 ...


握手~
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季节逝去
10年0个月前 IP:未同步
684803
连石墨都反应掉了,这个吊。
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好人有好报
10年0个月前 IP:未同步
687606
记得以前给表弟玩火箭时要高氯酸钾,没卖的,就自己用铂棒做阳极,阴极没办法,只好用一根银簪子代替,效果还不错,只是需要晾一下,用工业品没多贵啊
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好人有好报
10年0个月前 IP:未同步
687605
记得以前给表弟玩火箭时要高氯酸钾,没卖的,就自己用铂棒做阳极,阴极没办法,只好用一根银簪子代替,效果还不错,只是需要晾一下,用工业品没多贵啊
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cyx73
9年10个月前 IP:未同步
702103
baiwenglong 发表于 2014-1-4 19:32
啥,,这也行。。太厉害了
还没学化学呢表示只玩过电解氯化钠溶液啥。。。48V50A电源(其实我是想测试电源 ...


我也干过差不多的,经历也类似,用电池中的碳棒,不过没用多少时间焊电线的帽子就烂掉了,
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豬頭哥
9年10个月前 IP:未同步
702437
赞一个!!!
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LF1364855
9年5个月前 IP:广东
731338
建议用2片钛电极,中间夹 1片铱钽钛阳极,以充分利用高价格的铱钽钛阳极的两个面。
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新黑火药
3年6个月前 IP:江苏
887133

好帖顶一个

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小千千
3年4个月前 IP:广西
887553

感觉用网的比板好一些吧

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搞比利
3年3个月前 IP:江苏
888964

二氧化铅电极不香吗。。。

自己做一个脉冲电源就能自制寿命还长

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