学年鲁科版选修2主题2课题2氯碱生产教案.docx

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学年鲁科版选修2主题2课题2氯碱生产教案

课题2

氯碱生产

●课标要求

了解海水的综合利用，认识化学科学发展对自然资源利用的作用。

●课标解读

1.了解海水资源的利用。

如海水淡化，海水提溴、提镁，氯碱生产。

2．理解以海水作为原料的化工生产的原理，了解化工生产中的产品。

●教学地位

氯碱生产是我国重要化学工业，电解原理在氯碱生产中的应用是高考中的高频考点，尤其是电极反应式的书写、电极产物的判断、有关实验现象，工艺流程中的实验操作是高考的热点。

●新课导入建议

发明氯气、芥子气等毒气的弗里茨·哈伯，也曾是诺贝尔化学奖的得主。

他在一战时曾为德国政府研发生化武器，生产出的毒气造成了近百万人伤亡。

尽管当时表彰的是他关于合成氨的发现，不涉及毒气的研制，但对于一个扬言制造杀人毒气是为了尽早结束战争的人来说，他是否有资格接受这一神圣的奖项，引起了许多专家的激烈争论。

你知道工业上如何生产氯气吗？

●教学流程设计

课前预习安排：

看教材P26－33，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。

⇒步骤1：

导入新课，

本课时教学地位分析。

⇒步骤2：

建议对[思考交流]进行提问，反馈学生预习效果。

⇒步骤3：

师生互动完成探究1，可利用[问题导思]的设问作为主线。

⇓

步骤7：

通过[例2]的讲解研析，对“探究2，粗盐的精制”中注意的问题进行总结。

⇐步骤6：

师生互动完成“探究2”。

⇐步骤5：

指导学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]1、4、5题。

⇐步骤4：

通过[例1]和教材P26－27“氯碱生产的核心技术——电解”讲解研析，对“探究1，电解产物的判断”中注意的问题进行总结。

⇓

步骤8：

指导学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的2、3题。

⇒步骤9：

引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。

安排课下作业完成[课后知能检测]。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.了解电解的概念和电解食盐水的原理，并能写出相应的电极反应式和总反应的化学方程式。

2.知道电解槽的基本结构、作用及其主要类型，能说明离子膜电解槽的工作原理，知道离子膜法电解制烧碱的主要工艺流程，了解精制盐水的原理和方法。

3.能举例说明氯碱工业产品的主要用途。

1.电解原理及电解装置特点，明确氯碱生产是电解原理的重要应用。

（重点）

2.氯碱生产的工艺流程，知道基本装置——电解槽以及电极材料。

（重难点）

3.氯碱生产的产品及重要应用。

（难点）

氯碱生产的核心技术——电解

1.电解

（1）定义：

使电流通过电解质溶液或熔融态的电解质，在阴、阳两极分别发生还原反应和氧化反应的过程。

（2）电解装置——电解槽

电解槽

（3）电解原理

阴极：

阳离子移向阴极，得电子，发生还原反应。

阳极：

阴离子移向阳极，失电子，发生氧化反应。

2．电解饱和食盐水

（1）离子移动方向

Na＋、H＋移向阴极，Cl－、OH－移向阳极。

（2）电极反应及总反应

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

总反应：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

（3）现象

向溶液中滴入酚酞时，阴极变红色；阳极出现黄绿色气体，能使润湿的KI淀粉试纸变蓝色。

1．电解饱和食盐水时，如何检验阴极气体成分？

【提示】　收集一小试管阴极产生的气体，靠近酒精灯火焰，产生淡蓝色火焰，并发出“噗噗”响声，证明有H2生成。

氯碱生产的基本装置——电解槽

1.如何有效地隔开电解产物

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，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Na＋透过膜进入阴极室，而阴离子Cl－、OH－和气体则不能透过。

2．选择什么样的电极材料

阳极材料：

以钛为基体、其表面涂有钌和钛氧化物涂层的金属。

阴极材料：

低碳钢。

2．阳离子膜和阴离子膜的作用有什么不同？

【提示】　阳离子膜只允许阳离子透过，阴离子和分子不能透过；阴离子膜只允许阴离子透过，阳离子和分子不能透过。

氯碱工业产品

电解产物的判断

【问题导思】　

①电解时，阴离子一定在阳极放电吗？

【提示】　不一定。

阳极材料为活性电极时，材料本身失电子而放电，溶液中阴离子不放电。

②电解饱和食盐水时，向溶液中滴入酚酞试液，为什么阴极区溶液变红色？

【提示】　阴极：

2H＋＋2e－===H2↑，使阴极区溶液碱性增强。

③你知道阳极、阴极上离子的放电顺序吗？

【提示】　见要点1、2。

1．阳极产物判断

首先看电极，如果是活性电极（金属活动性顺序中Ag以前的金属），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。

如果是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要再看溶液中的离子的失电子能力。

此时根据阴离子放电顺序加以判断。

阴离子放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。

2．阴极产物的判断

直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：

Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

　下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是（　　）

【解析】　电解食盐水时，2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2在阴极产生，Cl2在阳极产生。

由图可知每一装置左侧都是用来收集H2的，而右侧是用来检验Cl2（使淀粉KI溶液变蓝）。

【答案】　D

电解槽中电子流向和电流方向：

电子流向：

阳极→正极→负极→阴极（直流电源相当于“电子泵”）

电流方向

1．下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。

下列说法中正确的是（　　）

A．X是正极，Y是负极

B．X是负极，Y是正极

C．CuSO4溶液的pH逐渐变大

D．CuSO4溶液的pH不变

【解析】　由装置图可知为串联的电解槽，右装置b极附近呈红色，说明b为阴极，则Y为负极、X为正极；进而推知Pt为阳极、Cu为阴极，电解CuSO4溶液的反应为：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中c（H＋）增大，pH逐渐变小。

【答案】　A

粗盐的精制

【问题导思】　

①氯碱生产中，能否用粗盐水代替精制盐水？

【提示】　不能，粗盐水中的泥沙，以及电解时生成的Ca（OH）2、Mg（OH）2沉淀堵塞离子交换膜。

②除去粗盐中的SO

、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋分别用什么试剂？

【提示】　SO

——BaCl2、Mg2＋、Fe3＋——NaOH、Ca2＋——Na2CO3。

③粗盐提纯时，加入试剂的顺序中，Na2CO3能否排在BaCl2之前？

【提示】　不能。

过量的Ba2＋须用CO

除去，故加入顺序中，Na2CO3一定排在BaCl2之后。

1．粗盐的成分

粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。

2．杂质的危害

Ca2＋、Mg2＋等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。

3．除杂质的过程

粗盐水

含少量Ca2＋、Mg2＋

精制盐水

（1）除杂质时所加试剂的顺序要求是：

Na2CO3必须在BaCl2之后；加入盐酸在过滤之后。

（2）试剂加入顺序有多种选择：

①BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、盐酸

②BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、盐酸

③NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸

　（双选）为了除去粗盐中Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Fe3＋、SO

及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作，正确的操作顺序是（　　）

①过滤　②加过量NaOH溶液　③加适量盐酸

④加过量Na2CO3溶液　⑤加入过量的BaCl2溶液

A．①④②⑤③　　　　　　B．④①②⑤③

C．②⑤④①③D．⑤②④①③

【解析】　按除杂的基本要求，为了保证杂质离子完全除去，所有试剂一般应用稍过量，但又不能引入新杂质，而且方法要尽可能简单。

解题时，要弄清每加一种试剂的作用以及过量的试剂如何在下一步除去。

过量的NaOH溶液是为了使粗盐水中的Mg2＋、Cu2＋、Fe3＋等离子形成沉淀，多加的NaOH溶液最后可用HCl溶液中和；加BaCl2可除去SO

；加过量的Na2CO3溶液是为了使粗盐水中的Ca2＋以及上一步中过量的Ba2＋形成沉淀而除去。

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Ba2＋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选项符合题意。

【答案】　CD

除杂原则：

（1）除杂试剂需过量；

（2）过量试剂需除尽；（3）除去多种杂质要考虑加入试剂的顺序；（4）选择最佳的除杂途径。

2．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如图所示。

依据图，完成下列填空。

（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为______________；与电源负极相连的电极附近，溶液pH______________（填“不变”、“升高”或“下降”）。

（2）工业食盐含Ca2＋、Mg2＋等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为：

________________________________________________________________________；

________________________________________________________________________。

（3）如果精盐中SO

含量较高，必须添加钡试剂除去SO

，该钡试剂可以是__________。

a．Ba（OH）2　　b．Ba（NO3）2　　c．BaCl2

（4）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过______________、冷却、______________（填操作名称）除去NaCl。

（5）用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；在用离子交换膜法电解食盐水时，阴离子交换膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室的目的是________________________________________________________________________。

采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2O，相应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

【解析】　与电源正极相连的极是电解池阳极，阴离子在电极上放电。

而阴极上H＋放电后导致OH－富集，碱性增强。

除杂时以不引入难除去离子为宗旨，尽量避免加入杂质离子故除Ca2＋用Na2CO3，除Mg2＋用NaOH，钡盐可选用Ba（OH）2、BaCl2。

利用溶解度的差异可以用蒸发结晶法除去NaOH中NaCl。

而不采用隔膜时Cl2与NaOH直接接触生成NaClO。

【答案】　

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑　升高

（2）Ca2＋＋CO

===CaCO3↓　Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓　（3）ac　（4）蒸发　过滤

（5）防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸并避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量

NaCl＋H2O

NaClO＋H2↑或

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

【教师备课资源】

食盐的妙用

（1）清晨喝一杯盐开水，可以使大便畅通，还可以治喉咙痛、牙痛。

（2）每天用淡盐水漱口，可以预防各种口腔疾病。

（3）洗浴时，在水中加少量食盐，可使皮肤强健。

（4）花生油内含水分，久贮会发臭。

可将盐炒热，凉后，按40斤油1斤盐的比例，加入食盐，可以使花生油2～3年仍保持色滑、味香。

（5）鲜花插入稀盐水里，可数日不谢。

（6）洗有颜色的衣服时，先用5%盐水浸泡10分钟，然后再洗，则不易掉色。

1．食盐水中的4种离子：

Na＋、Cl－、H＋、OH－。

2．电解饱和食盐水的3个反应式：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

总反应：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

3．阳离子膜的特点：

允许阳离子通过，不允许阴离子通过。

4．氯碱工业的3种主要产品：

烧碱、氯气、氢气。

1．下列物质不属于氯碱工业产品的是（　　）

A．液氯　　　　　　　　B．盐酸

C．乙烯D．漂白粉

【解析】　由2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑可知液氯是氯碱工业产品，则含氯物质（盐酸、漂白粉）也属于氯碱工业产品。

【答案】　C

2．过滤操作中一定不需要的仪器是（　　）

A．漏斗B．烧杯

C．蒸发皿D．玻璃棒

【解析】　过滤操作中用到的仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台。

【答案】　C

3．“粗盐提纯”实验中，蒸发时，正确的操作是（　　）

A．把浑浊的液体倒入蒸发皿内加热

B．开始析出晶体后用玻璃棒搅拌

C．待水分完全蒸干后停止加热

D．蒸发皿中出现较多量固体时即停止加热

【解析】　“粗盐的提纯”实验涉及溶解、过滤、蒸发结晶等基本操作内容，三项操作从始至终均要使用玻璃棒（加速溶解、引流、防迸溅）。

为达到提纯目的，过滤后要对澄清滤液进行蒸发，加热至蒸发皿中出现较多固体时，停止加热，利用蒸发皿的余热使滤液蒸干（最后用玻璃棒把固体转移到纸上，称量后回收）。

【答案】　D

4．下列关于用离子膜电解槽电解饱和食盐水的叙述不正确的是（　　）

A．精制饱和食盐水注入阳极室

B．Cl－和OH－透过阳离子膜进入阳极室

C．阴极区溶液使酚酞试液显红色

D．阳极产生使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体

【答案】　B

5．在图中，两容器都盛有食盐水和酚酞混合液，在下列装置中最先观察到变红现象的区域是__________，并写出各极的反应式。

甲：

________________________________________________________________________；

乙：

________________________________________________________________________；

丙：

________________________________________________________________________；

丁：

________________________________________________________________________。

【解析】　图Ⅰ构成原电池，图Ⅱ构成电解池。

在Ⅰ中实际发生了吸氧腐蚀，在铁极：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，Zn极：

Zn－2e－===Zn2＋；在Ⅱ中铁极：

Fe－2e－===Fe2＋，锌极：

2H＋＋2e－===H2↑。

故在Ⅰ中铁极区域显碱性，在Ⅱ中锌极区域显碱性，而变红。

【答案】　甲和丁的附近　甲：

2H＋＋2e－===H2↑　乙：

Fe－2e－===Fe2＋　丙：

Zn－2e－===Zn2＋

丁：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

1．关于电解NaCl的水溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．电解时阳极得到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，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

【解析】　电解时阴极：

2H＋＋2e－===H2↑（H＋由H2O提供后剩余OH－显碱性），阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑（Cl2有一部分溶于水，呈强氧化性，滴入KI后生成I2）。

【答案】　B

2．下列关于离子交换膜电解槽的叙述，错误的是（　　）

A．精制的饱和食盐水进入阳极室

B．纯水（加少量NaOH）进入阴极室

C．阴极产物为NaOH和氢气

D．电解槽的阳极用金属铁网制成

【解析】　离子交换膜电解槽阳极产物为Cl2，阴极为NaOH和H2。

阳极发生氧化反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，若是铁做阳极，则Fe原子失去电子，阳极不会得到Cl2；阴极发生还原反应：

2H＋＋2e－===H2↑，需补充H2O，Na＋自阳极室进入阴极室后，与OH－形成NaOH。

【答案】　D

3．目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是（　　）

A．硬水的软化

B．电解饱和食盐水制造NaOH

C．电渗析淡化海水

D．海水中提取金属Mg

【解析】　海水中提取金属Mg的基本过程为：

海水

氢氧化镁

氯化镁溶液

氯化镁晶体

无水氯化镁

金属镁。

【答案】　D

4．氯碱工业生产中，每生产1tCl2，理论上应得到烧碱（　　）

A．1.127t　　　　　　　B．1t

C．2tD．2mol

【解析】　C

2～2NaO

，m（NaOH）＝

×1t＝1.127t。

【答案】　A

5．下列说法错误的是（　　）

A．电解饱和食盐水的工厂可以生产盐酸

B．电解饱和食盐水在阴极区有NaOH生成

C．用离子交换膜法制烧碱不会对环境造成污染

D．氯碱工业产品可用于造纸、金属冶炼等行业

【解析】　氯碱工业会产生三废（废气、废水、废渣），故必对环境造成污染。

【答案】　C

6．氯碱工业的电解槽使用的交换膜是（　　）

A．阴离子交换膜B．阳离子交换膜

C．滤纸D．塑料薄膜

【解析】　氯碱工业的电解槽中，使用阳离子交换膜，防止Cl2和H2混合。

【答案】　B

7．在氯碱工业中，原料盐中的杂质离子危害很高，能破坏离子膜，以下对Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

除去顺序不合理的是（　　）

A．BaCl2、NaOH、Na2CO3

B．BaCl2、Na2CO3、NaOH

C．NaOH、BaCl2、Na2CO3

D．Na2CO3、BaCl2、NaOH

【解析】　除杂原则是每一种试剂必须过量，不能引入杂质离子，或者引入的杂质离子利用后加试剂能除去。

而D选项加入BaCl2后，再加NaOH时不能将过多的钡离子除去，从而引入新的杂质。

【答案】　D

8．（2013·温州高二检测）用惰性电极电解未精制的食盐水，食盐水装在U形管内。

结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。

造成浑浊的难溶物主要是（　　）

A．碳酸镁B．硫酸钡

C．氢氧化镁D．碳酸钡

【解析】　未精制的食盐水中含Ca2＋、Mg2＋，电解时产生的NaOH与Mg2＋反应生成Mg（OH）2沉淀。

【答案】　C

9．取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯做电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。

则下列说法错误的是（　　）

A．b电极是阴极

B．a电极与电源的正极相连

C．电解过程中，水是氧化剂

D．b电极附近溶液的pH变小

【解析】　a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明a极产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，b为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，电解促进水的电离，所以b极附近的pH增大。

【答案】　D

10．下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。

则下列有关判断正确的是（　　）

A．a为负极、b为正极

B．a为阳极、b为阴极

C．电解过程中，d电极质量增加

D．电解过程中，氯离子浓度不变

【解析】　在外电路中电子流向与电流方向相反，而电流从电源正极经外电路流向负极，故可知a为正极，b为负极。

而c、d作为电解槽的两个电极应称为阳、阴极。

在通电时阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极质量增加，阳极有气体放出。

【答案】　C

11.

某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（　　）

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl

B．a为负极，b为正极：

NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl

D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

【解析】　电解饱和食盐水生成Cl2、H2和NaOH，同时在电解池内制得消毒液，则该消毒液的有效成分是Cl2和NaOH反应生成的NaClO。

在图示的电解池中，要使Cl2和NaOH充分反应，应使Cl2生成于下方、NaOH生成于上方。

在饱和食盐水的电解池中，Cl2生成于阳极、NaOH生成于阴极。

电解池的阳极连接电源的正极，阴极连接电源的负极。

则a是负极，b是正极。

【答案】　B

12．（2012·安徽高考）某兴趣小组设计如下图所示微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：

Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极做正极

【解析】　断开K2，闭合K1时，构成电解池，反应的离子方程式为2H2O＋2Cl－

H2↑＋Cl2↑＋2OH－，石墨电极为阳极，发生反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑；铜电极为阴极，发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑，所以铜电极附近溶液变红。

断开K1，闭合K2时，构成原电池，其中石墨电极为正极。

【答案】　D

13．为除去粗盐中的Ca2＋、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）：

称取粗盐

滤液

精盐

（1）判断BaCl2已过量的方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）第④步中，相关的离子方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________