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1、第二单元 氯碱生产,课堂互动讲练,知能优化训练,课前自主学案,学习目标,第二单元 氯碱生产,学习目标 1.掌握隔膜法和离子膜法电解食盐水的原理和方法。 2了解法拉第电解定律。,课前自主学案,一、食盐水的电解原理 氯化钠是强电解质,在水中完全电离;水是弱电解质,微弱电离,因此食盐水中存在着Na、Cl、H、OH四种离子.通电前,这些离子在溶液里自由移动;通电后,带负电荷的OH和Cl向阳极移动,带正电荷的Na和H向阴极移动.在阳极上,Cl失去电子被氧化成氯原子,氯原子结合成氯分子形成氯气;在阴极上,H得到电子被还原成氢原子,氢原子结合成氢分子形成氢气.电极上发生的反应分别为:,阳极:_ (氧化反应)
2、 阴极:_ (还原反应) 这种使电流通过电解质溶液或熔融态的电解质,在阴、阳两极分别发生_的过程叫做电解.,2Cl2e=Cl2,2H2e=H2,还原和氧化反应,电解是在电解槽中进行的.电解槽有两个电极,与直流电源的正极相连的是阳极,与负极相连的是阴极.通电时,阳离子移向阴极,在阴极得到电子,发生还原反应;阴离子移向阳极,在阳极失去电子,发生氧化反应.随着电解的进行,在阴极区H不断消耗,而OH不断聚集,形成_溶液.,NaOH,电解饱和食盐水反应的化学方程式为 _.,2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2,思考感悟 1(1)如何通过食盐来生产烧碱和氯气？ (2)电解时离子的放电顺序是什么？,【提
3、示】 (1)电解饱和食盐水。方程式为： 2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2.,(2)离子在电极表面得到或失去电子的过程也叫做“放电”.当电解质溶液中存在多种阳离子或阴离子时,离子在电极上放电的顺序存在一定规律.实验事实一般为用石墨作电极时,得电子能力越强的金属阳离子越先放电,失电子能力越强的阴离子越先放电;如果与正极相连的是金属(铂、金除外),则是金属原子失去电子.,二、食盐水电解工艺 1石棉隔膜电解槽 电解槽用石棉隔膜隔成阴极室和阳极室,用_作阳极、_作阴极.石棉隔膜能阻止_通过而不能阻止_通过.电解时，Cl在阳极氧化成氯气从阳极室排出;在阴极上,H得电子被还原为H2从阴极室放出.,石
4、墨,铁丝网,气体,水分子和离子,2离子膜电解槽 在离子膜电解槽中,电解槽的阴极室和阳极室用阳离子膜隔开，精制饱和食盐水进入阳极室,稀NaOH溶液(或去离子水)进入阴极室.阳离子膜具有选择透过性,它只允许阳离子_透过膜进入阴极室,而阴离子_和气体则不能透过.接通直流电,H在阴极表面放电最终生成_,Na透过膜由阳极室进入阴极室,Na、H,Cl、OH,氢气,在阴极室得到纯度较高的_溶液;Cl则在阳极表面放电最终生成_.电解时,食盐水因氯化钠被消耗而成为淡盐水从阳极室排出.通过调节进入 阴极室的去离子水的量,可得到一定浓度的_ 溶液. 离子膜法具有能耗低、产品质量高、设备占地面积小、生产能力大及无污染
5、等优点,是氯碱工业的发展方向.,NaOH,氯气,NaOH,思考感悟 2隔膜和离子膜的作用有什么区别？,这两种膜作用不全相同，都能有效防止H2与Cl2混合和Cl2与NaOH溶液反应，但隔膜不能阻止离子通过，从而使得到的烧碱纯度较低。而离子膜具有选择功能，只允许阳离子和水分子通过，这样制得的碱纯度高。,课堂互动讲练,精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。例如：,这样处理后的盐水仍含有一些Ca2、Mg2等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去C
6、a2、Mg2等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。,为除去粗盐中的Ca2、Cu2、Mg2、Fe3、SO以及泥沙等杂质,某同学设计了一种制备精盐的实验方案,步骤如下(用于沉淀的试剂稍过量):,(1)判断BaCl2已过量的方法是 _. (2)第步中,相关的离子方程式是 _. (3)若先用盐酸调pH再过滤,将对实验结果产生影响,其原因是_.,(4)为检验精盐纯度,需配制150 mL 0.2 molL1 NaCl(精盐)溶液,上图是该同学转移溶液的示意图,图中的错误是_. 【解析】 加入BaCl2、NaOH、Na2CO3等沉淀剂后,产生BaSO4、Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3等沉淀
7、,还有过量Na2CO3,需加入HCl使Na2CO3转变成NaCl.但如先加HCl再过滤,Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3都可能溶解,造成产品纯度不高.,【规律方法】 通过粗盐提纯考查基本的实验操作。关于粗盐提纯的操作，关键注意三点，一是每一步所加的试剂均过量，二是碳酸钠在氯化钡之后加，三是盐酸最后加入。,从以上分析可以知道Na2CO3溶液必须在加入BaCl2溶液之后才能加入，以保证过量的钡试剂不致引入新杂质；而盐酸应该在过滤操作后加入，以防止在加入酸调节溶液pH时，某些沉淀会溶解或部分溶解。至于NaOH溶液和BaCl2溶液加入的先后顺序，则没有原则性的差别。按以上分析可以知道C和D选项符
8、合题意。,1隔膜法 隔膜法采用的主要设备是隔膜电解槽，其特点是用多孔渗透性的隔膜将阳极室和阴极室隔开。隔膜阻止气体通过，而只让水和离子通过。这样既能防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合而引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。隔膜法的缺点主要是投资和能耗较高，产品烧碱中会含有杂质食盐。,2离子交换膜法 在此法的主要设备电解槽中，采用具有选择性的离子交换膜将阳极室和阴极室隔开，阳离子交换膜只允许Na、H通过，而Cl、OH和气体则不能通过，这样既能防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合而引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。离子交换膜法在建设
9、费用、电能消耗、产品质量和解决环境污染等方面都比隔膜法优越，被公认是现代氯碱工业的发展方向。,电解原理在化学工业中有广泛应用.右图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连.请回答以下问题： (1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则,电解池中X极上的电极反应式为 _, 在X极附近观察到的现象是_. Y电极上的电极反应式为_, 检验该电极反应产物的方法是_ _.,(2)如果用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则 X电极的材料是_, 电极反应式为_. Y电极的材料是_, 电极反应式为_. (说明:杂质发
10、生的电极反应不必写出),【解析】 (1)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极反应:2Cl2e=Cl2;阴极反应:2H2e=H2.与电源正极相连的为阳极,反之为阴极.所以X为阴极,Y为阳极.X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H,溶液呈碱性,加入酚酞试液变成红色;Y极产生Cl2,能使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色.,(2)电解精炼Cu时,有含杂质的Cu为阳极,纯Cu为阴极.反应过程中阳极上Cu以及比Cu活泼的金属失去电子,成为离子,进入溶液,活泼性比Cu差的金属形成阳极泥;在阴极只有Cu2能得电子成为单质,其他较活泼金属对应的离子不能得电子.根据装置图,X为阴极,Y为阳极.所以,X电极的材料是纯铜,电
11、极反应式为Cu22e=Cu;Y电极的材料是粗铜,电极反应式为Cu2e=Cu2.,【答案】 (1)2H2e=H2 放出气体,溶液变红 2Cl2e=Cl2 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极气体出口处,试纸变蓝色 (2)纯铜 Cu22e=Cu 粗铜 Cu2e=Cu2 【点评】 本题考查的是电解食盐水与电解精炼粗铜的基本反应,抓住离子的运动方向、放电顺序及电解精炼的基本规律便可迎刃而解.,变式训练2 关于电解NaCl的水溶液,下列叙述正确的是( ) A电解时阳极得Cl2,阴极得到钠 B在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色 C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞,溶液呈无色 D电解一段时间后,将全部电解液
12、转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性,解析:选B. 电解时阴极:2H2e=H2(H由H2O提供后剩余OH显碱性), 阳极:2Cl2e=Cl2(Cl2有一部分溶于水,呈强氧化性,滴入KI后生成I2).,请回答氯碱工业中的如下问题： (1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品.理论上k_(要求计算表达式和结果)； (2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、 等杂质,必须精制后才能供电解使用.精制时,粗盐溶于水过滤后,还要加入的试剂分别为Na2CO3、HCl(盐酸)、BaCl2,这3种试剂添加的合理顺序是_(填序号);,(3)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电
13、池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上.在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如下图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过.,图中X、Y分别是_、_(填化学式),分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小_; 分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应 正极:_;负极:_; 这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处) _、_.,变式训练3 阅读有关资料,回答下列有关问题. 我国氯碱工业的发展 我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂(现上海天原化工厂的前身),日产烧碱2吨.到1949年解放时,全国只有几家氯碱厂,烧碱年产量仅1.5万吨,氯产品只有盐酸、
14、液氯、漂白粉等几种.,近年来，我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到1990年，烧碱产量达331万吨，仅次于美国和日本，位于世界第三位。1995年，烧碱产量达496万吨，其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨，占总产量的11.3%。1999年，烧碱年产量达580万吨，其中用离子膜电解法生产的约占三分之一。,(1)氯碱工业是最基本的化学工业之一,它是利用_的方法来制取_、_和_(填化学式),并以它们为原料生产一系列的化工产品.,(2)氯碱工业的相关产品的应用相当广泛,几乎涉及国民经济和人民生活的各个领域.如以其中的两种电解产品为原料可制取含氯漂白剂,试写出其反应的离子方程式_ _. (3)阳离子交换膜有什么特性？这种特性有什么作用？,
