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Chemie

Wittenburg, Gymnasium

14 Punkte, 11. Schuljahr

Ella R. ©
2.00

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ID# 81302







Chlor-Alkali-Elektrolyse

Gliederung

  1. Grundlagen

  2. Diaphragmaverfahren

    1. Ablauf

    2. stattfindende Reaktionen

    3. Vorteile und Nachteile

  3. Membranverfahren

    1. Ablauf

    2. stattfindende Reaktionen

    3. Vorteile und Nachteile

  4. Amalgamverfahren

    1. Ablauf

    2. stattfindende Reaktionen

    3. Vorteile und Nachteile

  5. Fazit


  1. Grundlagen

Die Chlor-Alkali-Elektrolyse basiert auf der Elektrolyse von Natriumchlorid. Es werden die Grundchemikalien Natriumhydroxidlösung, Chlor und Wasserstoff hergestellt. Ausgenutzt werden die verschiedenen Überspannungen von Gasen an bestimmten Materialien. Wenn die Elektrolyse großtechnisch durchgeführt wird, wird sie als Chlor-Alkali-Elektrolyse bezeichnet.

Die Grundgleichungen der Elektrolyse von Natriumhydroxid:

Reaktionen an der Anode

Chlorid-Ionen

Wasser

Reaktionen an der Kathode

Natrium-Ionen

Wasser

Redoxreaktion

  1. Diaphragmaverfahren

Das Diaphragmaverfahren basiert auf der Trennung der beiden Halbzellen durch ein Diaphragma. Die Anode besteht hier aus Titan, die Kathode aus Stahl. Die Reaktion wird durch Überspannung erzeugt. Das Diaphragma, ein Geflecht aus Teflon, ist für Gasbläschen undurchlässig und ermöglicht trotzdem den elektrischen Kontakt der Halbzellen.

Im Kathodenraum entsteht eine 12%ige Natronlauge mit 16% Natriumchlorid. Durch Eindampfen fällt das schwer lösliche Natriumchlorid aus und es entsteht eine 50%ige Natronlauge, zusammen mit Wasserstoff und Chlor.

Anodenreaktion

Kathodenreaktion

Redoxreaktion

+) +

Vorteile und Nachteile des Diaphragmaverfahrens:

Vorteile

Nachteile

  • niedriger Energieaufwand

  • keine Umweltbelastung

  • mögliche Nebenprodukte

  • Bleichlauge, Chlorate

  • wiederverwendbar

  • Natronlauge durch Natriumchlorid verunreinigt

  • Gesundheitsrisiken

 wenn Diaphragma aus Asbest


  1. Das Membranverfahren

Das Membranverfahren ist eine moderne Variante des Diaphragmaverfahrens. Das Diaphragma wird durch eine Polymermembran ersetzt, welche nur für Kationen durchlässig ist, jedoch undurchlässig für Gase, Chlorid-Ionen und Hydroxid-Ionen. Es entsteht eine 35%ige Natriumhydroxidlösung.

Das Membranverfahren wird inaller Betriebe für die großtechnische Herstellung von Natronlauge eingesetzt.

Reaktionsgleichungen für das Membranverfahren:

Anodenreaktion

Kathodenreaktion

Redoxreaktion

+) +

Vorteile und Nachteile des Membranverfahrens:

Vorteile

Nachteile

  • Lauge kaum verunreinigt durch Membran

  • umweltfreundlich

  • reine Endprodukte

  • nicht gesundheitsschädlich


  • sehr teure Membran

  • Spuren von mehrfach geladenen Kationen  funktionsunfähig

  • aufwendige Reinigung

  • geringe Lebensdauer der Membran


  1. Das Amalgamverfahren

Das Amalgamverfahren wurde um 1890 – 1894 entwickelt und wurde hauptsächlich in Europa angewandt. Die Anode besteht aus dicken, waagerecht liegenden Titanplatten, die mit einer Bohrung versehen sind, damit das Chlor durchgelassen wird. Die Kathode ist ein 3-5 mm dünner Film aus flüssigem Quecksilber.

Aus Natrium und Quecksilber entsteht das Amalgam NaHg, was durch Graphitstäbe gefiltert wird und so zu Natronlauge, Wasserstoff und Chlor wird.

Anodenreaktion

Kathodenreaktion

Redoxreaktion

+) +

Vorteile und Nachteile des Amalgamverfahrens:

Vorteile

Nachteile

  • getrennt entstehende Endprodukte

  • reines Chlor, reine Natronlauge


  • zu wenig Schutz  Entstehung von Krankheiten z.B. Krebs

  • hoher Reinigungsaufwand

  • Quecksilber  giftig und umweltgefährdend


  1. Fazit

Am besten geeignet für die Chlor-Alkali-Elektrolyse ist das Membranverfahren. Es hat im Vergleich der drei Verfahren die niedrigste Stromdichte, eine mittlere Konzentration der Natronlauge, aber die größte Reinheit des Chlors und den geringsten Kostenaufwand. Das Amalgamverfahren besitzt einen höheren Kostenaufwand, da Quecksilber sehr umweltschädlich ist und daher auch Kosten entstehen, um es aus der Umwelt zu entfernen.


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