1、第二單元氯堿生產(chǎn),課堂互動講練,知能優(yōu)化訓練,課前自主學案,學習目標,第二單元氯堿生產(chǎn),學習目標 1.掌握隔膜法和離子膜法電解食鹽水的原理和方法。 2了解法拉第電解定律。,課前自主學案,一、食鹽水的電解原理 氯化鈉是強電解質(zhì),在水中完全電離;水是弱電解質(zhì),微弱電離,因此食鹽水中存在著Na、Cl、H、OH四種離子.通電前,這些離子在溶液里自由移動;通電后,帶負電荷的OH和Cl向陽極移動,帶正電荷的Na和H向陰極移動.在陽極上,Cl失去電子被氧化成氯原子,氯原子結(jié)合成氯分子形成氯氣;在陰極上,H得到電子被還原成氫原子,氫原子結(jié)合成氫分子形成氫氣.電極上發(fā)生的反應分別為:,陽極:_ (氧化反應) 陰

2、極:_ (還原反應) 這種使電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)的電解質(zhì),在陰、陽兩極分別發(fā)生_的過程叫做電解.,2Cl2e=Cl2,2H2e=H2,還原和氧化反應,電解是在電解槽中進行的.電解槽有兩個電極,與直流電源的正極相連的是陽極,與負極相連的是陰極.通電時,陽離子移向陰極,在陰極得到電子,發(fā)生還原反應;陰離子移向陽極,在陽極失去電子,發(fā)生氧化反應.隨著電解的進行,在陰極區(qū)H不斷消耗,而OH不斷聚集,形成_溶液.,NaOH,電解飽和食鹽水反應的化學方程式為 _.,2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2,思考感悟 1(1)如何通過食鹽來生產(chǎn)燒堿和氯氣？ (2)電解時離子的放電順序是什么？,【提示】

3、(1)電解飽和食鹽水。方程式為： 2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2.,(2)離子在電極表面得到或失去電子的過程也叫做“放電”.當電解質(zhì)溶液中存在多種陽離子或陰離子時,離子在電極上放電的順序存在一定規(guī)律.實驗事實一般為用石墨作電極時,得電子能力越強的金屬陽離子越先放電,失電子能力越強的陰離子越先放電;如果與正極相連的是金屬(鉑、金除外),則是金屬原子失去電子.,二、食鹽水電解工藝 1石棉隔膜電解槽 電解槽用石棉隔膜隔成陰極室和陽極室,用_作陽極、_作陰極.石棉隔膜能阻止_通過而不能阻止_通過.電解時，Cl在陽極氧化成氯氣從陽極室排出;在陰極上,H得電子被還原為H2從陰極室放出.,石墨,鐵

4、絲網(wǎng),氣體,水分子和離子,2離子膜電解槽 在離子膜電解槽中,電解槽的陰極室和陽極室用陽離子膜隔開，精制飽和食鹽水進入陽極室,稀NaOH溶液(或去離子水)進入陰極室.陽離子膜具有選擇透過性,它只允許陽離子_透過膜進入陰極室,而陰離子_和氣體則不能透過.接通直流電,H在陰極表面放電最終生成_,Na透過膜由陽極室進入陰極室,Na、H,Cl、OH,氫氣,在陰極室得到純度較高的_溶液;Cl則在陽極表面放電最終生成_.電解時,食鹽水因氯化鈉被消耗而成為淡鹽水從陽極室排出.通過調(diào)節(jié)進入 陰極室的去離子水的量,可得到一定濃度的_ 溶液. 離子膜法具有能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、設備占地面積小、生產(chǎn)能力大及無污染等優(yōu)點

5、,是氯堿工業(yè)的發(fā)展方向.,NaOH,氯氣,NaOH,思考感悟 2隔膜和離子膜的作用有什么區(qū)別？,這兩種膜作用不全相同，都能有效防止H2與Cl2混合和Cl2與NaOH溶液反應，但隔膜不能阻止離子通過，從而使得到的燒堿純度較低。而離子膜具有選擇功能，只允許陽離子和水分子通過，這樣制得的堿純度高。,課堂互動講練,精制食鹽水時經(jīng)常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使雜質(zhì)成為沉淀過濾除去，然后加入鹽酸調(diào)節(jié)鹽水的pH。例如：,這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2、Mg2等金屬離子，由于這些陽離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜，因此該鹽水還需送入陽離子交換塔，進一步通過陽離子交換樹脂除去Ca2、

6、Mg2等。這時的精制鹽水就可以送往電解槽中進行電解了。,為除去粗鹽中的Ca2、Cu2、Mg2、Fe3、SO以及泥沙等雜質(zhì),某同學設計了一種制備精鹽的實驗方案,步驟如下(用于沉淀的試劑稍過量):,(1)判斷BaCl2已過量的方法是 _. (2)第步中,相關(guān)的離子方程式是 _. (3)若先用鹽酸調(diào)pH再過濾,將對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響,其原因是_.,(4)為檢驗精鹽純度,需配制150 mL 0.2 molL1 NaCl(精鹽)溶液,上圖是該同學轉(zhuǎn)移溶液的示意圖,圖中的錯誤是_. 【解析】加入BaCl2、NaOH、Na2CO3等沉淀劑后,產(chǎn)生BaSO4、Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3等沉淀,還有過

7、量Na2CO3,需加入HCl使Na2CO3轉(zhuǎn)變成NaCl.但如先加HCl再過濾,Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3都可能溶解,造成產(chǎn)品純度不高.,【規(guī)律方法】通過粗鹽提純考查基本的實驗操作。關(guān)于粗鹽提純的操作，關(guān)鍵注意三點，一是每一步所加的試劑均過量，二是碳酸鈉在氯化鋇之后加，三是鹽酸最后加入。,從以上分析可以知道Na2CO3溶液必須在加入BaCl2溶液之后才能加入，以保證過量的鋇試劑不致引入新雜質(zhì)；而鹽酸應該在過濾操作后加入，以防止在加入酸調(diào)節(jié)溶液pH時，某些沉淀會溶解或部分溶解。至于NaOH溶液和BaCl2溶液加入的先后順序，則沒有原則性的差別。按以上分析可以知道C和D選項符合題意。,

8、1隔膜法 隔膜法采用的主要設備是隔膜電解槽，其特點是用多孔滲透性的隔膜將陽極室和陰極室隔開。隔膜阻止氣體通過，而只讓水和離子通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合而引起爆炸，又能避免氯氣與氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量。隔膜法的缺點主要是投資和能耗較高，產(chǎn)品燒堿中會含有雜質(zhì)食鹽。,2離子交換膜法 在此法的主要設備電解槽中，采用具有選擇性的離子交換膜將陽極室和陰極室隔開，陽離子交換膜只允許Na、H通過，而Cl、OH和氣體則不能通過，這樣既能防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合而引起爆炸，又能避免氯氣與氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量。離子交換膜法在建設費用、電能

9、消耗、產(chǎn)品質(zhì)量和解決環(huán)境污染等方面都比隔膜法優(yōu)越，被公認是現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。,電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用.右圖表示一個電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導線與直流電源相連.請回答以下問題： (1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實驗開始時,同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則,電解池中X極上的電極反應式為 _, 在X極附近觀察到的現(xiàn)象是_. Y電極上的電極反應式為_, 檢驗該電極反應產(chǎn)物的方法是_ _.,(2)如果用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則 X電極的材料是_, 電極反應式為_. Y電極的材料是_, 電極反應式為_. (說明:雜質(zhì)發(fā)生的電極反

10、應不必寫出),【解析】(1)用惰性電極電解飽和食鹽水時,陽極反應:2Cl2e=Cl2;陰極反應:2H2e=H2.與電源正極相連的為陽極,反之為陰極.所以X為陰極,Y為陽極.X極在反應過程中消耗了H2O電離出的H,溶液呈堿性,加入酚酞試液變成紅色;Y極產(chǎn)生Cl2,能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兂伤{色.,(2)電解精煉Cu時,有含雜質(zhì)的Cu為陽極,純Cu為陰極.反應過程中陽極上Cu以及比Cu活潑的金屬失去電子,成為離子,進入溶液,活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥;在陰極只有Cu2能得電子成為單質(zhì),其他較活潑金屬對應的離子不能得電子.根據(jù)裝置圖,X為陰極,Y為陽極.所以,X電極的材料是純銅,電極反應式為C

11、u22e=Cu;Y電極的材料是粗銅,電極反應式為Cu2e=Cu2.,【答案】(1)2H2e=H2放出氣體,溶液變紅2Cl2e=Cl2把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在Y電極氣體出口處,試紙變藍色 (2)純銅Cu22e=Cu 粗銅Cu2e=Cu2 【點評】本題考查的是電解食鹽水與電解精煉粗銅的基本反應,抓住離子的運動方向、放電順序及電解精煉的基本規(guī)律便可迎刃而解.,變式訓練2關(guān)于電解NaCl的水溶液,下列敘述正確的是() A電解時陽極得Cl2,陰極得到鈉 B在陽極附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色 C若在陰極附近的溶液中滴入酚酞,溶液呈無色 D電解一段時間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分攪拌后溶液呈

12、中性,解析:選B. 電解時陰極:2H2e=H2(H由H2O提供后剩余OH顯堿性), 陽極:2Cl2e=Cl2(Cl2有一部分溶于水,呈強氧化性,滴入KI后生成I2).,請回答氯堿工業(yè)中的如下問題： (1)氯氣、燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k(質(zhì)量比)生成的產(chǎn)品.理論上k_(要求計算表達式和結(jié)果)； (2)原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、 等雜質(zhì),必須精制后才能供電解使用.精制時,粗鹽溶于水過濾后,還要加入的試劑分別為Na2CO3、HCl(鹽酸)、BaCl2,這3種試劑添加的合理順序是_(填序號);,(3)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè),一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)(電)能

13、30%以上.在這種工藝設計中,相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示,其中的電極未標出,所用的離子膜都只允許陽離子通過.,圖中X、Y分別是_、_(填化學式),分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)a%與b%的大小_; 分別寫出燃料電池B中正極、負極上發(fā)生的電極反應 正極:_;負極:_; 這樣設計的主要節(jié)(電)能之處在于(寫出2處) _、_.,變式訓練3閱讀有關(guān)資料,回答下列有關(guān)問題. 我國氯堿工業(yè)的發(fā)展 我國最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠(現(xiàn)上海天原化工廠的前身),日產(chǎn)燒堿2噸.到1949年解放時,全國只有幾家氯堿廠,燒堿年產(chǎn)量僅1.5萬噸,氯產(chǎn)品只有鹽酸、液氯、漂白粉等幾種.,近年來，我

14、國的氯堿工業(yè)在產(chǎn)量、質(zhì)量、品種、生產(chǎn)技術(shù)等方面都得到很大發(fā)展。到1990年，燒堿產(chǎn)量達331萬噸，僅次于美國和日本，位于世界第三位。1995年，燒堿產(chǎn)量達496萬噸，其中用離子交換膜電解法生產(chǎn)的達56.2萬噸，占總產(chǎn)量的11.3%。1999年，燒堿年產(chǎn)量達580萬噸，其中用離子膜電解法生產(chǎn)的約占三分之一。,(1)氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)之一,它是利用_的方法來制取_、_和_(填化學式),并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列的化工產(chǎn)品.,(2)氯堿工業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品的應用相當廣泛,幾乎涉及國民經(jīng)濟和人民生活的各個領(lǐng)域.如以其中的兩種電解產(chǎn)品為原料可制取含氯漂白劑,試寫出其反應的離子方程式_ _. (3)陽離子

15、交換膜有什么特性？這種特性有什么作用？,(4)現(xiàn)已查明氯堿工業(yè)產(chǎn)品中的某些有機氯溶劑有致癌作用，氟氯烴會破壞臭氧層。對以上事實你有何看法？ (5)試分析資料中所列數(shù)據(jù)。預計我國政府對氯堿工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面會有哪些基本的措施？以上調(diào)整可能帶來哪些有利影響？,答案：(1)電解飽和食鹽水NaOHCl2H2 (2)Cl22OH=ClClOH2O (3)只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體分子通過(或只允許Na、H通過，而Cl、OH和氣體分子則不能通過)；這樣可以避免陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。,(4)可用辯證的、一分為二的觀點來看待上述事實.答題要點如下:在充分認識氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟和人民生