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.
- 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