Получение бертолетовой соли электролизом уравнение

Установка для электрохимического получения хлората

Электролит представляет собой насыщенный раствор поваренной соли, в который добавлено немного хромата натрия (на 4 литра электролита мы взяли около 5-6 г хромата натрия). [Хромат натрия легко получить взаимодействием бихромата аммония с едким натром].

В качестве емкостей для электролиза (электролизеров) мы воспользовались четырьмя литровыми банками для консервирования. Они были заполнены электролитом, в крышках банок (бытовые пластиковые крышки) было сделано пять отверстий — по два с каждой стороны для электродов и одно для выхода выделяющихся газов. Электролизеры были соединены параллельно.

Перейдем к электродам. Необходимо, чтобы в каждой ячейке (в нашем случае — банке) было как минимум по два электрода. Один из них — анод следует взять из инертного материала (графит, благородные металлы, токопроводящие оксиды), а второй — из любого подходящего токопроводящего материала (например, графита, стали). Естественно, самым доступным материалом для анода является графит, но с ним не все так просто. Многие сорта графита просто рассыпаются в порошок при попытке использовать их в качестве электрода. Особенно этим «грешит» графит, взятый из грифелей простых карандашей.

Мы использовали в качестве электродов графитовые электроды для электродуговой резки (продающиеся в отделах «материалы для сварки»). Некоторые химики использовали графит от троллейбусных контактов (его можно найти на конечных остановках троллейбусов: нередко после замены контактов куски графита просто выбрасывают на дорогу).

В каждой банке было по четыре электрода (два анода и два катода). Их вставили в отверстия, сделанные по краям крышек. Банки заполнили электролитом, закрыли крышками. Выступающие из крышек края электродов обмотали медной проволокой, концы проволоки подсоединили проводами к источнику питания — так, чтобы банки были подключены параллельно.

Исключительно важной частью нашей электрохимической установки является источник питания. Он должен обладать целым рядом характеристик — давать устойчивое постоянное напряжение, выдерживать высокий ток (10 ампер), быть надежным и т.д. [k4]

Мы воспользовались трансформатором от токарного станка. Одна из его обмоток преобразует напряжение 380В => 22В, однако, если дать на первичную обмотку 220В, то вторичная выдаст 12,7В, которые под десятиамперной нагрузкой электролизера упадут до 5В.

Но трансформатор выдает переменный ток, а для электролиза необходим постоянный. Для выпрямления тока мы воспользовались диодным мостом с мощным радиатором и двумя конденсаторами (по 200 мкФ) для сглаживания напряжения.

Также необходима система охлаждения, а иначе трансформатор и диоды могут перегреться и сгореть. Для охлаждения мы воспользовались двенадцативольтовым компьютерным кулером. Так как после диодного моста напряжение под нагрузкой электролизера падает, то пришлось ставить отдельный блок питания для кулера. Для этого использовали старый блок питания для демонстраций на уроках физики. Чтобы не подключать еще один трансформатор, провода из блока питания вывели наружу и подключили к силовому трансформатору.

Установка для электрохимического получения хлората калия

Графитовые электроды

Электролизер (банка)

Электролиз продолжался две недели [1]. После этого срока электролизер выключили, электролит слили, отфильтровали через вату от взвеси графита. Чтобы узнать, насколько успешным был электролиз к 25 миллилитрам раствора добавили немного насыщенного раствора хлорида калия, охладили. Осадок хлората калия отделили, высушили и взвесили. Таким образом мы определили примерное содержание хлората в растворе.

Два литра электролита налили в трехлитровую бытовую банку, нагрели на водяной бане до кипения и добавили насыщенный раствор хлористого калия [2]. После охлаждения раствора выпало значительное количество кристаллов загрязненного хлората калия. В принципе его можно использовать для опытов, однако составы цветных огней с таким хлоратом калия не получатся — все цвета забьют примеси натрия (пламя будет желтым).

Чтобы очистить хлорат калия от примесей (в основном — примесей натрия) необходимо провести его перекристаллизацию. Ниже дано описание этой процедуры.

С осадка слили «рассол», промыли его ледяной водой, еще раз залили чистой водой, и опять нагрели до кипения на водяной бане, подливая кипяток до полного растворения кристаллов [3]. Раствор охладили и слили с осадка, осадок промыли, но уже дистиллированной водой. Первая перекристаллизация завершена.

Большинство примесей осталось в слитом растворе, а кристаллы стали чище — в этом и состоит суть метода перекристаллизации. Разумеется, за чистоту нужно платить: часть хлората калия теряется вместе с отбрасываемой жидкостью (маточным раствором).

Теперь вторая перекристаллизация. Берем осадок и повторяем все описанные выше операции, но уже используя дистиллированную воду. Полученный осадок чище, чем исходные кристаллы, которые мы растворяли, но снова часть хлората калия теряется с маточным раствором.

Выпавшие кристаллы выложили на фильтр из стеклоткани и дали стечь воде. Затем их переложили в лоток, который поставили на кастрюлю с кипящей водой. Кристаллы быстро высохли и их пересыпали в герметично закрывающуюся емкость.

Аналогичным образом мы переработали оставшиеся два литра электролита (раствора хлората натрия). В результате синтеза мы получили примерно полкилограмма чистого хлората калия.

__________________________________________
1 В каждую банку ежедневно добавляли по 0,25 мл концентрированной соляной кислоты (разбавленной в 2 мл воды), раз в три дня из банок отбирали пробу, кипятили ее и мерили pH. Позже оказалось, что это было лишним — очевидно избыточная кислота разлагалась на хлор и водород, так что pH стабильно держался на уровне 5-6.

2 В нашем случае понадобилось по 250 г хлорида калия на каждые 2 л электролита.

3 Нужно использовать минимальное количество воды, необходимое для растворения осадка. Лишняя вода увеличивает потери хлората калия.

Хлорат калия

K1 Хлораты натрия, кальция и магния все еще применяют в качестве неселективных гербицидов — для очистки железнодорожного полотна, промплощадок и др.; как дефолианты при уборке хлопка. Кислотное разложение хлоратов используют при получении двуокиси хлора «на месте» (on-site) для отбеливания высокопрочной целлюлозы.

K2 К сожалению, серьезным недостатком этого способа является низкое качество бытовых дезинфицирующих средств и отбеливателей. После смягчения политики «обязательной стандартизации» производители средств типа «белизна» стали использовать собственные технические условия, понизив содержание гипохлорита в продукте со стандартных 5% масс. до 3% и менее. Теперь для получения того же количества хлората с хорошим выходом потребуется не просто израсходовать намного больше «белизны» но и удалить большую часть воды из раствора. Вероятно, наиболее удобным может быть предварительное концентрирование «белизны» частичным вымораживанием.

Профессиональные жидкие средства для нейтрализации стоков на судах содержат до 40% гипохлорита натрия.

K3 Диспропорционирование гипохлорита в хлорид и хлорат протекает с высокой скоростью при pH K4 Действительно, высокоэффективный источник питания значительной мощности для электролиза — половина успеха дела и тема для особого разговора.

Здесь же хотелось бы напомнить о необходимости соблюдать правила электробезопасности.

Работы, связанные с электролизом в значительных масштабах, считаются особо опасными относительно поражения электрическим током. Это связано с тем, что контакт кожи экспериментатора с проводящим электролитом практически неизбежен. Выделение газов на электродах вызывает образование коррозионно-активных аэрозолей электролита, которые способны оседать на компонентах электрооборудования, особенно при использовании принудительного воздушного охлаждения. Последствия могут быть весьма печальны — от коррозии металлических частей и выхода блока питания из строя до пробоя изоляции с попаданием сетевого напряжения на электролизер и всеми последствиями для экспериментатора.

Ни в коем случае не следует устанавливать высоковольтные части установки в непосредственной близости от электролизера. Все компоненты источника питания следует располагать на достаточном расстоянии от электролизера и таким образом, чтобы полностью исключить как попадание на них электролита в случае аварии электролизера, так и осаждение токопроводящих аэрозолей. При этом сильноточные провода от источника до электролизера должны иметь достаточное сечение, соответствующее току процесса. Все проводники (и их соединения), непосредственно связанные с электросетью, должны быть герметично изолированы влагостойкой изоляцией.

Обязательна гальваническая развязка электролизера от электросети. Обычный трансформатор обеспечивает адекватную изоляцию, но категорически запрещается питание электролизера непосредственно от автотрансформаторов типа ЛАТР и т.п., так как при этом электролизер может оказаться прямо соединенным с фазным проводом сети. Однако ЛАТР (или бытовой автотрансформатор) вполне можно использовать для регулирования напряжения на первичной обмотке основного трансформатора. Следует только позаботиться о том, чтобы мощность ЛАТРа была не меньше мощности основного трансформатора.

При долговременной работе установки защита электронных компонентов от перегрева и короткого замыкания была бы полезной. Для начала вполне возможно ограничиться установкой плавкого предохранителя в первичной обмотке трансформатора на ток, соответствующий его номинальной мощности. Питание на электролизер также разумно подавать через соответствующий плавкий предохранитель (лучше — регулируемый электромагнитный расцепитель), имея в виду, что короткое замыкание в электролизере вполне возможно.

Вопрос о необходимости заземления установки в данном случае не такой простой. Дело в том, что во многих жилых помещениях заземление изначально отсутствует и его непросто устроить собственными силами. В некоторых случаях вместо заземления хитрые электрики организуют «зануление», соединяя шину заземления и нейтраль сети непосредственно у потребителя. При этом «заземляемый» прибор оказывается непосредственно подключен к токоведущему контуру сети. В наших условиях можно рекомендовать отдать приоритет качественной изоляции электролизера от сети и экспериментатора от всей установки.

Правилами безопасности не следует пренебрегать еще и по той причине, что длительный эксперимент в любительской лаборатории всегда привлекает внимание других людей, навыки и поведение которых экспериментатор не может контролировать. Помните об окружающих и работайте безопасно.

Получение хлората калия электролизом(с фотками), для новичков

Получение хлората калия
Краткое объяснение всех стадий изготовления:
На самом деле получение хлоратов это не такое уж сложное дело как кажется, просто надо соблюдать все правила и делать все по инструкции.

Для изготовления хлората нам понадобится:
• блок питания на 5 вольт 2 ампер и выше
• графитовые электроды(палки)
• поваренная соль(хлорид натрия) NaCl
• Хлорид калия KCl/гидроксид калия KOH(лучше хлорид)
• Соляная кислота 5% раствор
• Гидроксид натрия NaOH
• PH Бумага(измерять PH)
• стаканы, воронка, мерный стакан, бумажный фильтр и т.д.

В приготовление хлората есть три стадии:
1. Приготовления электролита где мы растворяем и очищаем соль NaCl
2. Сам электролиз который превращает с хлорида в хлорат при помощи тока NaCl => NaCl+NaClO+NaClO2+NaClO3
3. На этой стадии мы очищаем электролит от примесей и превращаем в хлорат NaCl+NaClO+NaClO2+NaClO3 (+100 градусов по Цельсию)=>NaCl+NaClO3(NaClO=NaCl+NaClO3), NaClO3+NaCl+KOH / KCl =KClO3+NaCl +NaCl / NaOH).
Ну вот и все, теперь перейдем к каждой стадии и объясним её более подробно.

I-приготовление электролита:
Растворяем хлорид натрия(обычную поваренную соль) в воде её растворимость 35 грамм на 100мл воды. Соль желательно очистить от всяких примесей так что растворяем в 100 мл воды 40 грамм соли, кипятим и охлаждаем до комнатной температуры потом процеживаем чистый раствор от того что выпало.
Я растворяю сразу на 2 банки электролиза в каждой по 250мл, те мне надо 500мл раствора и 175 грамм соли(NaCl)
Я все высыпаю в сосуд и начинаю греть на огне:

Потом когда вся соль растворилась я охлаждаю и процеживаю от осадка который не растворился:
Вот мой окончательный раствор NaCl

На этом стадия приготовления начального раствора закончена, и мы переходим к:

II-приготовление электролизера ( подсчет время электролиза):
Ведение:
Изготовления электролиза это не самая сложная работа! Наверное самое трудное и самая дорогая вещь тут это блок питания а именно нам нужен мощный который превышает 2 ампер а лучше использовать на 10-15-20 ампер а они довольно дорого стоят.
Ампераж имеет большое значение в электролизе! Он имеет прямое отношения к скорости электролиза чем ампераж выше тем время электролиза меньше! Но стоит помнить важное правила, чтоб не было утечек хлора которые ведут к маленькому выходу хлоратов нельзя допускать повышения 2 ампера на 100 мл.
Для производства хлоратов нужно около 3 вольт если не считать что половину расходуется из-за сопротивления электролита и проводов! Так что надо ставить около 3.5-4.5 вольт для производство хлоратов если давать больше вольт то они будут переходить в теплоту а нам надо помнить что выше 40 градусов желательно чтоб температура не поднималась так как при повышение температуры коррозия электродов увеличивается (другими словами графитовые электроды начинают сыпаться. )
Так же если вы используете блок питания без охлаждения и вы перегружаете его(это заметно через пол часа, час электролиза, если он начинает нагреваться то вам нужно на него поставить охлаждения(прицепить вентилятор) а то в конце он может просто напросто сгореть!
Обычно используют блок питания для подзарядки автомобильных аккумуляторов они довольно не плохо подходят как блок питания для электролиза только вот единственная проблема что они выдают 12 вольт! А для одного электролиза это слишком много! Так что обычно ставят сразу 2 банки электролиза и отключают их вместе так что получается на каждый по 6 вольт, а это вполне нормально!

Не малую роль играют сами электроды в электролизе! Анод а он (+) обязан быть из стойкого материала например графит, а лучше поставить и анод и катод из графита(хотя катод можно сделать просто из куска железа, обычного гвоздя)!
Банка электролиза желательно должна быть из стекла, так же не забыть сделать в крышке дырку для трубки чтоб хлор мог выходить на улицу и не попадал в комнату(хлор довольно ядовитый газ так что лучше задуматься над его отводом на улицу).
Ну вот и вкратце об электролизе как все должно быть!

Скорость получения продукта:
Так же важно подсчитать через сколько времени электролиз полностью превратит весь хлорид в хлорат.
Время превращения хлорида в хлорат зависит от тока и эффективности. Эффективность электролизеров сильно варьируется, поэтому точное время производства рассчитать не представляется возможным. Тем не менее полагая эффективность равной 100%, время производство можно вычислить примерно. Как показано в теории, при оптимальном пути процесса для образования 1 моль хлората требуется 6 фарадей заряда. Один фарадей — заряд соответствующий одному молю электронов, то есть произведение заряда электрона на число Авогадро: (1,6*10-19)* (6,03*1023) = 96480 Kл, поскольку 1А соответствует протеканию одного кулона в секунду, то один фарадей соответствует 96480/3600 = 26,8 A*ч. В нашем случае для производства одного моля хлората требуется 6 фарадей, т.е 160,8 ампер-часов (АЧ). Так к примеру если электролизер содержит 100 грамм хлорида натрия и эффективность полагается 100%-ной, то для преобразования потребуется : (100/58,6)*160,8 = 274,4 АЧ. А если к примеру, через электролит протекает ток силой 3 ампера, то на преобразование потребуется 274,4 / 3 = 91,47 часа (91 час 28 мин).

Изготовление банки электролиза(и самых электродов):
Нам понадобится 2 одинаковый банки желательно стеклянные и желательно с крышкой который плотно закрывается! У меня есть подходящие банки по 250 мл каждая из под меда или варенья:

Делаете в крышке 3 дырки одну дырку для электрода делаете чуть больше, потому как крышка железная и нам придется на один из электродов намотать резинку или налить какой-то пластик чтоб не замкнула.

Изготовление электрод:
Покупаем в магазине графитовые электрода для сварки(они покрыты тонким слоем меди) вот так они выглядят:

Мы его распиливаем по полам:

Дальше начинам обрабатывать (снимать медь с графита) лучше всего это сделать при помощи азотки (HNO3)
Подготавливаем раствор азотки.

Затем медленно опускаем в азотку наш электрод:

Вот так выглядят электроды после обработки:

Затем вставляем электроды в крышку где мы заранее сделали дырки, по следующей схеме:

1. Банка электролиза
2. Сами электрода(графит)
3. Электроды сверху(покрытия медь) для того чтоб потом туда припаять провод
4. газо-отводная трубка(если электролиз герметичен то требуется газоотводная трубка для того чтоб выходил хлор.
5. герметичный клей! После того как мы вставляем электроды мы заклеиваем (хороший стойкий к темп. Клей) для того чтоб у нас была герметичная банка.
6. Это резинка которые одевается на один из электродов(в случае если у вас пластмассовая крышка то вам это не понадобится ) если крышка все же железная то нужна как то изолировать один из электродов для того чтоб не произошло замыкания. Лучше всего для этого дела подходит трубочка который при темп. Сжимается , её можно купить в магазине по электроники

Вот фотка моего электролиза! Там хорошо видно клей, видно газоотводную трубку, так же если присмотреться видно графитовые электроды через стеклянную банку а сверху медное покрытие и видно на (+) красную резинку чтоб электроды не замыкали с друг другом!

Затем герметизируем банку электролиза тонкой лентой для инсталляции (для водопроводный труб)

Затем припаиваем провода к электродам:

Наливаем в банки наш обработанный раствор NaCl
Ставим 2 банки в воду(если они греются) все подключаем как было описано сверху и включаем.

Включаем блок питания и видим как с двух электродов выделяется газ хлор

Ну вот мой электролиз

После того как прошло определенное количество времени и вы отключили ваш электролиз то раствор не обходима очистить в несколько стадиях.

1. Во-первых в растворе присутствует разные крупные частицы(куски графита и тд) их легко удалить если процедить раствор через фильтр.
После того как вы процедили раствор вам не обходимо избавится от промежуточных стадиях электролиза.
А это NaClO/NaClO2

2. Берем наш раствор и кипятим в течение 10 мин,

Дата добавления: 2014-12-08 ; просмотров: 7405 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Лабораторный и промышленный способы получения хлората калия. Получение хлорной извести

Задача 827.
Рассчитать, какое количество бертолетовой соли можно получить из 168 г гидроксида калия.
Решение:
М(КОН) = 56 г/моль, m(KOH) = 6 . 56 = 336 г;
М(KClO₃) = 122,45 г/моль, m(KClO₃) = 122,45 г.
Уравнение реакции имеет вид:

Находим массу бертолетовой соли из пропорции:

168 : 336 = х : 122,45; х = (168 . 122,45)/336 = 61,225 г.

Количество бертолетовой соли рассчитаем из уравнения:

, где

(B) — количество вещества, моль;
m(B) — масса вещества, г;
M(B) — молярная масса вещества (В), г/моль.

Ответ: m(KClO₃) = 61,225 г; М(KClO₃) = 0,5 моль.

Задача 828.
Как получить хлорную известь, исходя из карбоната кальция, хлорида натрия и воды? Написать уравнения процессов, которые необходимо для этого осуществить. Какие при этом получаются побочные продукты?
Решение:
Получение хлорной извести, исходя из карбоната кальция, хлорида натрия и воды.
а) При нагревании в 1000 0 С карбонат кальция разлагается на оксид кальция и углекислый газ:

б) Оксид кальция, растворяясь в воде, образует гидроксид кальция:

в) Электролизом водного раствора хлорида натрия можно получить хлор, который выделяется у анода:

у катода: 2Н₂О + 2 = Н2↑ + 2ОН-;
у анода: 2Cl — +2 = Cl₂↑.

г) При действии хлора на гашеную известь получается так называемая белильная (или хлорная) известь и вода:

CaOCl₂ соответствует структурная формула:

Хлорная известь применяется для отбелки растительных волокон (тканей, бумаги) и для дезинфекции.

Задача 829.
Обосновать невозможность получения оксидов хлора непосредственным взаимодействием хлора с кислородом.
Решение:
Хлор непосредственно не взаимодействует с кислородом. Это обусловлено небольшой энергией связи Cl—O и невозможностью использования высоких температур для осуществления реакций:

Для них S

H 0 (Cl₂O) = 75,7 кДж/моль;
H 0 (ClO₂) = 105,0 кДж/моль;
H 0 (Cl₂O₇) = 251,0 кДж/моль.

2Cl_2(г) + О_2(г) → 2Cl₂O; H = 151,4 кДж/моль.

Из данного уравнения реакции видно, что процесс идёт с поглощением теплоты. Так как G, то равновесие системы смещается влево, т.е в сторону разложения Cl₂O. К тому же реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ, т.е. система упорядочивается и, следовательно, S

Исходя из уравнения:

G = H — TS.

При положительном значении дельта H и отрицательном значении S, если даже повышать температуру, то член равенства (TS) всё равно будет иметь положительное значение [-T . S = TS], что указывает на то, что G всегда будет иметь положительное значение, а при G > 0 процесс не протекает самопроизвольно.

Задача 830.
Указать лабораторный и промышленный способы получения хлората калия.
Решение:
а) В лаборатории хлорат калия получают электролизом горячего раствора КCl:

При охлаждении раствора хлорат калия выпадает в осадок, так как мало растворим в холодной воде.
б) В промышленности хлорат калия получают пропусканием хлора в горячий раствор гидроксида калия:

3Cl₂ + 6KOH 5KCl + KClO₃ + 3H₂O.

Поскольку хлорат калия (или бертолетовая соль) мало растворим в холодной воде, то при охлаждении раствора он выпадает в осадок.