Получение хлорной кислоты в процессе электросинтеза

План.

1.Общая характеристика хлорной кислоты и ее свойства.

2.Из истории открытия.

3.Процессы, проходящие при электролизе.

4.Условия протекания электролитических реакций.

5.Технология производства хлорной кислоты.

6.Виды и устройство электролизеров.

7.Методы получения в промышленности.

8.Использование хлорной кислоты.

  1. Общая характеристика и свойства хлорной кислоты.

Химическая формула хлорной кислоты имеет вид — НСLO4. Это одна из наиболее сильных неорганических кислот.

Безводная хлорная кислота представляет собой бесцветную подвижную жидкость, сильно дымящую во влажной атмосфере, и имеет следующие характеристики.

При 20 °C — плотность r =1768 кг/м3, вязкость хлорной кислоты n =0,79 510-3 Па- °С, следовательно меньше вязкости воды.

Температура плавления безводной хлорной кислоты tпл= -102 °С, температура кипения tкип=110°С, при кипении хлорная кислота разлагается.

Теплота ее образования из элементов 36,1 кДж/моль, плавления 6,93 кДж/моль, испарения 43,6 кДж/моль и теплота разбавления в 800 частях воды 88,5 кДж/моль.

Безводная хлорная кислота имеет высокую химическую активность и весьма реакционно-способна. Взрывается при соприкосновении со многими легкоокисляющимися органическими веществами.

Является сильным окислителем. Иод окисляется хлорной кислотой. Элементарный фосфор и сера окисляются безводной хлорной кислотой до фосфорной и серной кислоты. Но такие вещества, как бром, хлор, а также НВг и НСL не взаимодействуют с нею даже при нагревании.

С водой хлорная кислота образует гидраты: HCLO4 0.25H2O (tпл = -73.1 0С), HCLO4 H2O (tпл = 49.9050С), HCLO4 2H2O (tпл =-20.650С), HCLO4 2.5H2O (tпл =-32.10С), HCLO4 3H2O (tпл =-40.20С), HCLO4 3.5H2O (tпл =-45.60С), HCLO4 4H2O (tпл =-57.80С).

Водные растворы хлорной кислоты обладают хорошей электропроводимостью и

используются как электролиты для проведения некоторых электрохимических

процессов, в частности, для получения хлорной кислоты.

Температура кипения растворов хлорной кислоты различной концентрации при

давлении 2,4 кПа представлена в следующей таблице:

Концентрация

НСLO4, масс.%

100

94,8

92,0

84,8

79,8

70,5

Температура

кипения, °С

16,0

24,8

35

70

92

107

При хранении в комнатных условиях хлорная кислота медленно разлагается. Продукты разложения, при этом, окрашивают ее, и жидкость темнеет.

Хранение такой кислоты опасно самопроизвольным взрывом. Поэтому обычно безводную хлорную кислоту не хранят, а стараются готовить непосредственно перед ее использованием.

Для стабильности хлорной кислоты в условиях хранения используются добавки ингибиторов. В качестве ингибиторов могут служить органические соединения,

содержащие трихлорметильную группу. Наиболее эффективными ингибиторами являются

трихлоруксусная кислота и тетрахлорид углерода.

Хранить и перевозить хлорную кислоту разрешается только в виде водного раствора

с концентрацией не более 70% НСLO4.

Удельное электрическое сопротивление водных растворов хлорной кислоты (в Ом-м-102) приведено в таблице1:

Температуа, °С

Концентрация НClO4 масс. %

10

20

30

40

50

60

70

50

2,207

1.272

1,028

1,001

1,154

1,540

2,401

40

2,428

1.397

1.132

1.106

1.286

1,725

2,704

30

2.715

1,562

1,262

1,240

1,452

1,961

3,084

20

3,100

1,776

1.436

1,414

1,670

2,275

3,575

10

3,628

2,072

1,665

1.647

1.964

2,705

4,227

0

4,420

2.488

1,992

1.968

2.376

3,320

5,129

-10

-

3.102

2.464

2.436

2.982

4,242

6,418

-20

-

-

3,176

3.133

3.919

5,742

-

-30

-

-

-

4,250

5.505

8,402

11,59

-40

-

-

-

6.21

844

13.82

-

-50

-

-

-

10,41

-

27,10

-

Плотность водных растворов хлорной кислоты (в г/см3) при различных температурах приведена в таблице2:

Концентрация, %

Температура,0С

-25

0

15

20

30

50

70

10

-

1,0637

1,0597

1,0579

1,0539

1,0437

1,023

20

-

1,1356

1,1279

1,1252

1,2000

1,1075

1,096

30

1,2312

1,2168

1,2067

1,2033

1,1965

1,1821

1,160

40

1,3308

1,3111

1,2991

1,2947

1,2866

1,2703

1,251

50

1,4528

1,4255

1,4103

1,4049

1,3944

1,3752

1,350

60

1,5908

1,5580

1,5386

1,5327

1,5218

1,4994

1,470

70

1,7306

1,6987

1,6736

-

-

1,6344

1,617

80

-

-

-

-

-

1,7540

1,727

90

-

-

-

-

1,7720

1,738

95

100

-

-

-

1,8077

-

-

1,8043

1,7676

-

-

1,7515

1,7098

1,704

-

2.Из истории открытия.

В 1816 г в статье Стадиона появилось первое сообщение о синтезе хлорной кислоты.

В нем сообщалось, что ученый получил её путем перегонки продукта, образующегося при осторожном плавлении хлората калия в смеси с концентрированной серной кислотой. Впоследствии Стадион прославился не только, как первооткрыватель, впервые получивший её электролизом раствора двуокиси хлора. Он внес важный вклад в исследование хлорной кислоты и как исследователь.

В 1835 г. хлорная кислота была получена Берцелиусом при электролизе соляной

кислоты. Позднее тоже соляная кислота была получена им при электролизе водного раствора двуокиси хлора и взаимодействием перхлората калия с серной кислотой.

В первой половине XIX в. были выделены и изучены перхлораты многих металлов.

А в 1890 г. электрохимическое производство этих солей вышло на новый уровень развития и было запатентовано Карльсоном.

Уже в 1893 г. в Швеции было создано первое промышленное производство перхлоратов. В основе которого лежал электрохимический метод.

В начале XX в. было организовано промышленное производство перхлоратов во Франции, Швейцарии, США и Германии, однако масштаб производства был невелик и мировая выработка перхлоратов до первой мировой войны не превышала 2000—3000 т/год.

Производство перхлоратов получило особенно интенсивное развитие (возросло до 50 тыс. т в год) во время первой мировой войны, в связи с применением этих солей для производства взрывчатых веществ. Потом был спад и производство перхлоратов резко сократилось, получив новое развитие только в годы второй мировой войны.

3.Процессы, проходящие при электролизе.

При электролизе водных растворов соляной кислоты на аноде возможно выделение

элементарного хлора или кислорода, а на электродах с высоким анодным потенциалом

— также образование высших кислородных соединений хлора — хлорной кислоты. В

зависимости от условий проведения процесса и прежде всего от концентрации ионов

С1-, температуры и применяемого анодного материала, скорости этих трех процессов

могут очень сильно изменяться.

При электролизе концентрированной соляной кислоты на анодах всех видов, стойких

в этих условиях, происходит выделение элементарного хлора с выходом по току,

близким к 100%. По мере снижения концентрации соляной кислоты выход хлора по

току уменьшается за счет увеличения скорости выделения кислорода на аноде, а при

применении графитовых анодов и за счет окисления графита. Образование хлорной

кислоты наблюдается только в сильно разбавленных растворах НС1. При электролизе