【陽イオン交換膜法】水酸化ナトリウムの製法の仕組みや反応式など

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『【陽イオン交換膜法】水酸化ナトリウムの製法の仕組みや反応式など』について解説しています。

陽イオン交換膜法の仕組み

• 陽イオン交換膜法の仕組みについて、次の流れで解説する。

STEP

陽極室にNaCl水溶液を、陰極室に水（NaOH水溶液）を入れる。

まずは、陽極室にNaCl水溶液を、陰極室に水（NaOH水溶液）を入れる。

陰極室において、NaOHの生成反応に直接関与するのは水H₂Oだが、実際は電気伝導性を上げるためにNaOHを少しだけ溶かした希NaOH水溶液が用いられる。

STEP

陽極室でCl^－がe^－を放出し、Cl₂が生じる。

陽極室に存在するNa^＋、Cl^－、 H₂Oのうち、最も電子e^－を放出しやすいのはCl^－である。

参考：電気分解（原理・反応式・電池との関係など）

したがって、陽極室ではCl^－がe^－を放出し、Cl₂が生じる。

STEP

陰極室でH₂Oがe^－を受け取り、OH^－とH₂が生じる。

陰極室に存在するNa^＋、OH^－、 H₂Oのうち、最もe^－を受け取りやすいのはH₂Oである。

参考：電気分解（原理・反応式・電池との関係など）

したがって、 H₂Oがe^－を受け取りOH^－とH₂が生じる。

STEP

陽極室にあるNa^＋が陽イオン交換膜を通過し陰極室に移動する。

次に、陽極室にあるNa^＋が陽イオン交換膜を通過し陰極室に移動する。

陽イオン交換膜とは、陽イオンだけを透過させる膜である。

STEP

STEP3で発生したOH^－とSTEP4で陰極室に移動したNa^＋がくっつきNaOHが生成する。

最後に、STEP3で発生したOH^－とSTEP4で陰極室に移動したNa^＋がくっつきNaOHが生成する。

陽イオン交換膜法の反応式

• 陽イオン交換膜法の陽極、陰極および全体の反応式を考える。

陽極の反応式

• 陽極では、Cl^－がe^－を放出し、Cl₂が生じる。

\[ \mathrm{2Cl^{-} → Cl_{2} + 2e^{-}} \]

陰極の反応式

• 陰極では、H₂Oがe^－を受け取り、OH^－とH₂が生じる。

\[ \mathrm{2H_{2}O + 2e^{-} → H_{2} + 2OH^{-}} \]

全体の反応

• 陽イオン交換膜法の全体の反応式をつくるときは、陽極の反応式と陰極の反応式を足し合わせる。

• 今回は2つの式の電子e^－の数が揃っているため、そのまま足せば全体の反応式をつくることができる。
• なお、陽極・陰極どちらの式にもNa^＋が入っていないため、最後にこれを補うことも忘れないようにしよう。

参考：半反応式・酸化還元反応式（作り方・覚え方・問題演習など）