11.2 Elektrolyse in de zoutindustrie Een heel belangrijke grondstof voor de chemische industrie is keukenzout NaCl. Door elektrolyse van keukenzout in gesmolten toestand kunnen de volgende producten worden gevormd: natriummetaal Na, chloorgas Cl2, waterstofgas H2, zoutzuur HCl, natronloog NaOH en javel NaClO. We bekijken de productie van de eerste twee stoffen. Na+ is een zeer zwakke oxidator en zal in een waterige oplossing nooit deze functie kunnen invullen omdat de watermolecule in verhouding een sterkere oxidator is. Daarom past men smeltelektroforese toe: NaCl wordt in gesmolten toestand aangebracht in de elektrolysecel. Het smeltpunt van NaCl is 800 °C, maar door toevoeging van CaCl2 kan men een vloeibaar mengsel verkrijgen bij 600 °C. De elektrolyse wordt uitgevoerd in Downs-cellen. Het zoutmengsel wordt hierin elektrisch gesmolten. De anode bestaat uit een cilinder in grafiet waarrond een ringvormige ijzeren kathode is aangebracht.
Inlaat voor NaCl
2CI2(g)
Na(aq)
Gesmolten NaCl IJzeren wand die verhindert dat Na en Cl2 samenkomen + Koolstofanode CI2(g) + 2 e2 CI-
IJzerkathode Na+ + eNa(aq)
Fig. 4.49 Bereiding van Na en Cl2 uit NaCl-smelt in Downs-cellen
Het aan de anode gevormde chloorgas wordt in een trechtervormige buis opgevangen. Vloeibaar natriummetaal, gevormd aan de kathode, wordt voortdurend overgeheveld. Aangezien bij dit proces de elektrische spanning zo geregeld wordt (ongeveer 6,7 V) dat de calcium-ionen niet gereduceerd worden, moet het CaCl2 niet ververst worden. Men voegt alleen nieuwe hoeveelheden NaCl toe. → Na reductie: Na+ + e- ←
(aan de Fe-kathode)
→ Cl2 + 2 eoxidatie: 2 Cl- ←
(aan de C-anode)
→ 2 Na + Cl2 redoxreactie: 2 Na+ + 2 Cl- ← Wist je dat: - dichloor niet enkel interessant is als ontsmettingsmiddel voor zwembaden en in de waterzuivering, maar onontbeerlijk is voor de productie van de kunststof PVC (polyvinylchloride)? - het element chloor op aarde in grotere hoeveelheid aanwezig is dan het element koolstof? - 85 % van alle farmaceutische producten en 96 % van alle gewasbeschermingsmiddelen het element chloor bevatten of worden vervaardigd met het element chloor?
THEMA 4: REDOXREACTIES
169