氯酸钠的合成(上):无隔膜电解氯化钠溶液制备次氯酸钠溶液
蒋孟烨
Stewart2020/02/16原创 化学 IP:浙江
中文摘要
使用无隔膜电解槽电解氯化钠溶液制备次氯酸钠溶液,用于合成氯酸钠。
关键词
无隔膜电解次氯酸钠氯酸钠
non-diaphragm eIectrolysissodium hypochloritsodium chlorate

       今天一人在家无事,尝试合成氯酸钠。

一、关于氯酸钠合成的思路

       关于氯酸钾/氯酸钠的合成,我想到的第一个方法是将氯气通入热的氢氧化钾/氢氧化钠浓溶液中,这种方法简便易行,且产率可能较高。但由于之前做实验的过程中有幸接触到了氯气,这种让人吸了一次就永生难忘的神奇气体危害性极大,且只要有少量扩散至空气中就有强烈刺激性气味,在家中做这种实验被爸妈发现了岂不是。。。所以,这一次将用次氯酸钠歧化法制备氯酸钠,过程中不涉及氯气的直接使用。

二、实验原理

1 . 路线:NaCl溶液----电解(a)----NaClO溶液----加热(b)-----NaClO3/NaCl混合溶液(含杂质)----分离----NaClO3固体

2 .化学方程式及原理:

(a)NaCl+H2O—通电NaClO+H2

 采用无隔膜电解槽电解氯化钠溶液可以得到NaClO溶液,实际上直接电解热的氯化钠饱和溶液可以直接得到“NaClO3/NaCl混合溶液(含杂质)”这一步产物,然而电解操作的同时加热不太可控,并且耗能,所以将此过程分开。以上电极反应:

阴极反应:

2H2O+2e-H2+2OH-

阳极反应:

2Cl--2e-Cl2

产物之间反应:Cl2+2OH-ClO-+Cl-+H2O

总反应式如(a)

(b)3NaClO—Δ2NaCl+NaClO3

溶液中发生歧化反应,次氯酸根离子转变为氯离子和氯酸根离子。

三、实验(a)过程(配图)

(白天一人在家,手机被没收,没有过程图片,以下图片均为实验结束后拍摄)

关于实验的计划,我想首先定性试验一下,新工艺是否可行,然后做定量的实验测试产率,所以以下均为定性测试。

使用氯化钠固体配置氯化钠浓溶液(不饱和),因为直接电解氯化钠溶液还是会有相当一部分氯气散逸,故溶解少量氢氧化钠固体以提高氯气的吸收效率。

阳极材料:常用的析氯电极材料石墨

阴极材料:纯铁片

IMG_2355.jpg


电源:变压直流电源,电解槽:300ml烧杯

IMG_2357.jpg

(阳极仍然会有少量氯气析出,此实验建议露天进行)

搭建装置,电解开始,调节电压至约0.8V,此时电流10mA~20mA,阴极持续产生无色气泡,阳极持续产生少量气泡。

确定实验正在稳定进行后,笔者去听网课了。。每15min查看一次,溶液颜色逐渐变深,趋向黄绿色,持续电解4h后溶液颜色如下,切断电源。

IMG_2356.jpg

看着这样颜色的溶液,和网上图片一对比,你不觉得心里有点慌么。。。

image.png (图片来自百度百科)

取样分析。

样品溶液如下:(取出来看好点了)

IMG_2358.jpg

加入少量稀氨水检验三价铁离子存在:

IMG_2359.jpg

无沉淀,无三价铁离子存在。

另取样加入无色酚酞试液:

IMG_2360.jpg

次氯酸钠溶液水解呈碱性(当然,此溶液中还含NaOH)

用淀粉碘化钾试纸检验游离氯:

IMG_2361.jpg

游离氯浓度也不高。因为在碱性条件下次氯酸根氧化能力较弱,不能使试纸变色。



P.S不过此溶液中还可能有什么杂质呢?为什么颜色差异这么大?

(未完待续)



Stewart

完稿于2020.2.16

21:23

来自:数理化 / 化学
23
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~~空空如也
已注销用户
4年2个月前 IP:云南
871738

这个颜色很明显是混入了石墨粉,这种石墨棒在电解时会逐渐剥离,极细的石墨粉会悬浮在溶液里。

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m24h
4年2个月前 IP:上海
871740

可能是碳棒的杂质(甚至包括碳本身)被氧化了

久了碳棒可能会坑坑洼洼酥松起来

不用贵金属的话用石墨也会好点吧

如果没有硫酸根可能可以试试钛

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interesting
4年2个月前 IP:宁夏
871741

电解电流,时间不够吧,我买了块10*10cm的liaoyi钛电极,两块钛板,暑假试试从氯化钠合成氯酸钠,有条件试试程序控制加酸

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interesting
4年2个月前 IP:宁夏
871742

另外,阴极还原也是一大问题

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interesting
4年2个月前 IP:宁夏
871744

唉,上次试的时候,不小心给短路了,希望不太影响电极寿命

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interesting
4年2个月前 IP:宁夏
871749

楼主有没有兴趣在暑假咱俩一起做?

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灵魂边缘
4年2个月前 IP:重庆
871757

楼主可以试试俺这个架构(手动滑稽)

微型氯酸盐电解槽_效果图1.jpg


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Stewart作者
4年2个月前 IP:浙江
871771
引用已注销用户发表于1楼的内容
这个颜色很明显是混入了石墨粉,这种石墨棒在电解时会逐渐剥离,极细的石墨粉会悬浮在溶液里。

原来是这样。。石墨粉穿滤么?

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Stewart作者
4年2个月前 IP:浙江
871772
引用interesting发表于3楼的内容
电解电流,时间不够吧,我买了块10*10cm的liaoyi钛电极,两块钛板,暑假试试从氯化钠合成氯酸...

打算先试试合成少量,低电压电流可以减少电极腐蚀。 

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Stewart作者
4年2个月前 IP:浙江
871773
引用interesting发表于6楼的内容
楼主有没有兴趣在暑假咱俩一起做?

这具体怎么操作?来年会吗 sticker

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interesting
4年2个月前 IP:宁夏
871792
引用Stewart发表于10楼的内容
这具体怎么操作?来年会吗

说说罢了,行不行还看楼主,可能顶多就是交流交流,另外,查了一下,可以使用镀铬钢,或者铬阴极,可以减少还原

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Lihua
4年2个月前 IP:广东
871800
引用Stewart发表于8楼的内容
原来是这样。。石墨粉穿滤么?

的确是。过滤的时候可以考虑加入硅藻土吸附一部分。

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Weskerpan
4年2个月前 IP:广东
871841

电解时间 功率都太小

我前两天快发霉了 也进行了尝试

使用的是Pt电极电解饱和氯化钾

15V

4.8A电流

电解时间22小时

最后得到的氯酸钾和次氯酸钾浓度也十分感人

顺便 我有走冷却水 歧化应该不是很大

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Lihua
4年2个月前 IP:广东
871867
引用Weskerpan发表于13楼的内容
电解时间 功率都太小我前两天快发霉了 也进行了尝试使用的是Pt电极电解饱和氯化钾15V4.8A电流电...

电压太高了,很多能量都变成热了。产物的产率取决于电量(q=It),而不是功率。您可以尝试降低电压,并通过缩小两极距离、增大面积来提高电流,提高效率。

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Weskerpan
4年2个月前 IP:广东
871869
引用Lihua发表于14楼的内容
电压太高了,很多能量都变成热了。产物的产率取决于电量(q=It),而不是功率。您可以尝试降低电压,并...

有道理 可是我的Pt电极的面积相当有限

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光卤石
4年2个月前 IP:广东
871887
引用Weskerpan发表于15楼的内容
有道理 可是我的Pt电极的面积相当有限

电压多少啊,我电解用钛做阳极,石墨阴极,结果电解出来的溶液有一堆絮状物红橙色的...

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4年2个月前 IP:宁夏
871889
引用光卤石发表于16楼的内容
电压多少啊,我电解用钛做阳极,石墨阴极,结果电解出来的溶液有一堆絮状物红橙色的...

貌似记得钛阳极的话,会产生一个不导电的氧化层,具体忘了,也可能记错了

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Lihua
4年2个月前 IP:广东
871899

建议您可以在B站或者油土鳖上搜索NurdRage,他有电解饱和氯化钾制取Cl(+V)的视频。

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Stewart作者
4年1个月前 IP:浙江
871998
引用Weskerpan发表于13楼的内容
电解时间 功率都太小我前两天快发霉了 也进行了尝试使用的是Pt电极电解饱和氯化钾15V4.8A电流电...

电解的反应过程往往会大量放热,而这样会导致电极腐蚀加快、产物杂质多甚至溶液沸腾等问题。

这就是我为什么故意调低电流,如果量产的话宁可延长电解时间,这样也比较安全, 比如氯气可以被更充分的地吸收。


说实话我一开始电压比这个大(2V-5V),较大量氯气散逸出,当时还在室内。。。

爸:“你在做什么实验啊,味道这么大?!”

我:“呃。。制那个84消毒液。”

爸:“哦哦。”

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interesting
4年1个月前 IP:宁夏
872172

呵呵,楼主还是先多找些文献阅读后再说吧,电解制备氯酸盐,不是这么想当然的,可能楼主还不知道会有副反应的发生吧

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Na4XeO6
2年9个月前 IP:吉林
894432

楼主有没有试过用钌铱钛阳极?

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Na4XeO6
2年9个月前 IP:吉林
894433

以及如何避免电解过程中阴极还原次氯酸根


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1个月20天前 IP:广东
929164

是次氯酸钠溶液吗,歧化的温度是多少,条件是什么才能生成氯酸钠?歧化时要搅拌吗,求解答


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