Как посчитать материальный баланс производства хлора с использованием метода электролиза водного раствора хлорида

Igorevich

48

Чтобы посчитать материальный баланс производства хлора с использованием метода электролиза водного раствора хлорида натрия, мы должны взять во внимание несколько факторов и использовать несколько формул.

Пусть x г/л - количество хлорида натрия (NaCl) в растворе, которое разложится на электродах в процессе электролиза. Тогда количество хлора (Cl2), полученного по закону Фарадея, можно рассчитать с использованием формулы:

\[Q = n \cdot F = \frac{I \cdot t}{F}\]

где Q - количество электричества (заряд), n - количество электронов (растворённых катионов Na+), F - постоянная Фарадея, I - электрический ток, t - время электролиза.

Рассчитаем количество растворимого NaCl:

\[m(NaCl) = V \cdot c(NaCl)\]

где m(NaCl) - масса NaCl, V - объем раствора, c(NaCl) - концентрация NaCl.

Плотность раствора при условиях электролиза (1,17 кг/л) - это отношение массы раствора (m) к его объему (V):

\[m = V \cdot \rho\]

Теперь мы знаем массу раствора и его концентрацию. Чтобы вычислить количество NaCl, мы можем применить следующую формулу:

\[m(NaCl) = \frac{m \cdot c(NaCl)}{\rho}\]

Теперь, зная концентрацию NaCl в растворе и количество растворимого NaCl, мы можем рассчитать количество разлагающегося NaCl:

\[m_{\text{разл}}(NaCl) = m(NaCl) \cdot \text{степень разложения}\]

Далее мы можем рассчитать количество разлагающегося NaCl и полученного хлора (Cl2) по молярным массам:

\[n_{\text{разл}}(NaCl) = \frac{m_{\text{разл}}(NaCl)}{M(NaCl)}\]

где M(NaCl) - молярная масса NaCl.

\[n_{\text{получ}}(Cl2) = n_{\text{разл}}(NaCl)\]

Наконец, чтобы рассчитать объем полученного хлора (Cl2), мы можем использовать идеальный газовый закон:

\[V(Cl2) = \frac{n_{\text{получ}}(Cl2) \cdot R \cdot T}{P}\]

где V(Cl2) - объем Cl2, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, P - давление.

Подставим все значения и выполним необходимые вычисления:

1. Рассчитаем количество растворимого NaCl:

\[m(NaCl) = 1000 \text{ м}^3 \cdot 310 \text{ г/л} = 310000 \text{ г} = 310 \text{ кг}\]

2. Рассчитаем массу раствора:

\[m = 1.17 \text{ кг/л} \cdot 1000 \text{ л} = 1170 \text{ кг}\]

3. Рассчитаем количество NaCl:

\[m(NaCl) = \frac{310 \text{ кг} \cdot 310 \text{ г/л}}{1.17 \text{ кг/л}} \approx 263.68 \text{ кг}\]

4. Рассчитаем количество разлагающегося NaCl:

\[m_{\text{разл}}(NaCl) = 263.68 \text{ кг} \cdot 0.5 = 131.84 \text{ кг}\]

5. Рассчитаем количество разлагающегося NaCl и полученного хлора по молярным массам:

\[n_{\text{разл}}(NaCl) = \frac{131.84 \text{ кг}}{58.44 \text{ г/моль}} \approx 2.256 \text{ моль}\]

\[n_{\text{получ}}(Cl2) = 2.256 \text{ моль}\]

6. Рассчитаем объем полученного хлора:

\[V(Cl2) = \frac{2.256 \text{ моль} \cdot 8.314 \text{ Дж/(моль} \cdot \text{К)}}{101325 \text{ Па}} \cdot 273 \text{ К} \approx 0.483 \text{ м}^3\]

Таким образом, при электролизе 1000 м3 хлора из раствора хлорида натрия мы получим около 0.483 м3 хлора.

Обратите внимание, что рассчитанные значения являются приближенными и могут незначительно отличаться в зависимости от точности использованных данных и учета других факторов.