高中化学 第四章 电化学基础 重难点六 氯碱工业（含解析）新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。重难点六 氯碱工业一、氯碱工业 工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业.二、氯碱生产工艺：1电解法简介：工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业；2电解饱和食盐水反应原理：2NaCl+2H2O电解H2+Cl2+2NaOH因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，也微弱电离，因此在溶液中存在Na+、H+、Cl-、OH-四种离子当接通直流电源后，带负电的OH-和Cl-向阳极移动，带正电的Na+和H+向阴极移动Cl-比OH-更易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的淀粉碘化钾溶液变蓝H+比Na+容易得到电子，因而H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH-的浓度相对地增大，使酚酞试液变红因此，阳极反应：2Cl-2e-=Cl2(氧化反应)；阴极反应：2H+2e-=H2(还原反应) 工业上利用这一反应原理，制取烧碱、氯气和氢气3电解设备-离子交换膜电解槽（1）离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成电解槽的阳极用金属钛制成；阴极由碳钢网制成（2）阳离子交换膜的作用：把电解槽隔为阴极室和阳极室；只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过这样，既能防止生成的H2和Cl2相混合而发生爆炸，又能避免C12进入阴极区与NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量三、氯碱工业应用 由电解槽流出的阴极液中含有30%的NaOH，称为液碱，液碱经蒸发、结晶可以得到固碱、阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯（1）2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O（2）H2O+Cl2=HCl+HClO（3）H2+Cl2=2HCl（4）2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O（5）NaOH+CO2=NaHCO3因此主要产品有：32%氢氧化钠；50%氢氧化钠；固体氢氧化钠(片碱)；高纯盐酸；工业盐酸；次氯酸钠；氯气、液氯(液态氯气)；PVC(聚氯乙烯树脂，氯碱工业一般都伴随PVC树脂)；氢气等【重难点点睛】（1）电解熔融NaCl和电解NaCl溶液的区别：电解熔融NaCl：2NaCl电解2Na+Cl2，因此电解熔融NaCl是得不到烧碱的电解饱和NaCl溶液：2NaCl+2H2O电解H2+Cl2+2NaOH（2）阴阳极放电顺序：阴极：阳离子放电，得电子能力强先放电Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(H2O)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+阳极：阴离子放电或电极放电，失电子能力强先放电若阳极是活泼金属(金属活动顺序表Ag以前)，溶液中的阴离子一律不放电，而是电极材料失电子若阳极是惰性 (Pt、Au、石墨)，则放电顺序如下：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子。【重难点指数】 【重难点考向一】 氯碱工业的原理【例1】下列关于烧碱的制备、性质及其应用的表述错误的是()A电解饱和食盐水制烧碱的离子方程式为：2Cl-+2H2O电解2OH-+H2+Cl2B1807年英国科学家戴维通过电解熔融烧碱在阴极获得金属钠C向石灰乳中加入纯碱是工业上制备烧碱的方法之一D不慎将酸沾到皮肤上，要立即用大量水冲洗，然后涂上烧碱溶液【答案】D【重难点考向二】 电解法阳离子交换膜的作用【例2】下列有关工业生产的叙述正确的是()A合成氨生产过程中升高温度可加快反应速率，缩短生产周期，故温度越高越好B硫酸工业中，使用催化剂是为了提高SO2转化为SO3的转化率C电解精炼铜时，精铜作阴极D电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室【答案】C【解析】A合成氨是放热反应，升高温度，不能提高N2、H2的转化率，故A错误；B硫酸工业中，加入催化剂平衡不移动，不能提高SO2转化为SO3的转化率，故B错误；C电解精炼铜时，阳极是粗铜，精铜作阴极，故C正确；D电解饱和食盐水时，阴极室产生的是氢气和氢氧化钠，阳极上产生的是氯气，采用离子交换膜法，可防止阳极室产生的Cl2进入阴极室，故D错误；故选C。【名师点睛】考查学生工业合成氨、工业生产硫酸的工业原理、精炼铜和工业制烧碱的知识，具体分析：合成氨是放热反应，升高温度，不能提高N2、H2的转化率；硫酸工业中，加入催化剂平衡不移动；电解精炼铜时，阳极是粗铜，精铜作阴极；电解饱和食盐水时，阴极室产生的是氢气和氢氧化钠，阳极上产生的是氯气，采用离子交换膜法，可防止阳极室产生的Cl2进入阴极室。【重难点考向三】 氯碱工业流程【例3】氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH溶液的工艺流程如下图所示，完成下列填空：（1）工业食盐中含Ca2+、Mg2+等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为_；（2）如果粗盐中SO42 含量较高，必须添加钡试剂除去，该钡试剂可以是_；(选填a、b、c) aBa(OH)2bBa(NO3)2cBaCl2（3）在电解过程中，与电源负极相连的电极上的电极反应式为_；若检验与电源正极相连的电极上的气体产物，实验室中通常选用的化学试剂是_。【答案】（1）Ca2+CO32-CaCO3、Mg2+2OH-Mg(OH)2 （2） ac （3）2H+2e-H2(或2H2O+2e-H2+2OH-)；淀粉、碘化钾(或淀粉碘化钾溶液)1下列有关氯碱工业的描述，正确的是()A氯碱工业是指电解熔融氯化钠制取氯气的方法 B氯碱工业只能得到氯气和氢氧化钠两种有价值的产品 C实验室模拟氯碱工业制取氯气后所得溶液呈碱性 D实验室模拟氯碱工业所得氯气不能直接排放，应用澄清石灰水吸收 【答案】C【解析】A氯碱工业是指电解氯化钠溶液制取烧碱的方法，电解熔融氯化钠是制取钠的方法，故A错误；B氯碱工业能得到氯气、氢气、氢氧化钠三种有价值的产品，故B错误；C氯碱工业制取氯气后所得溶液是氢氧化钠溶液，溶液呈碱性，故C正确；D氯气有毒，实验室模拟氯碱工业所得氯气不能直接排放，尾气处理用氢氧化钠溶液吸收，故D错误；故选C。2下列关于“氯碱工业”的说法中，正确的是()A“氯碱工业”的原料是Cl2和烧碱 B“氯碱工业”的主要生产过程是电解饱和食盐水 C“氯碱工业”的主要产品是纯碱 D“氯碱工业”消耗的能源主要是热能 【答案】B3氯碱工业是一种高耗能产业，一种将燃料电池与电解池组合的新工艺可节能30%以上，如图是该工艺图示(电极未标出)下列说法正确的是()AX为H2，Y为Cl2 BA池为电解池，且mn CB池为燃料电池，且ba D该工艺优点是燃料电池提供电能且能提高烧碱产品的浓度 【答案】D【解析】根据图片知，B装置中通入空气和Y，空气作氧化剂，且整个装置是原电池和电解池组合的装置，B能自发的进行氧化还原反应，所以B是原电池，则A是电解池A通过以上分析知，A是电解池，B是原电池，原电池中燃料是氢气，所以Y是氢气，则X是氯气，故A错误；BA是电解池，电解氯化钠过程中，氯化钠溶液被电解时生成氯气、氢气和氢氧化钠，所以导致溶液中氯化钠浓度降低，所以mn，故B错误；CB是燃料电池，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，导致正极区域氢氧化钠浓度增大，所以ab，故C错误；DB装置是把化学能转变为电能的装置，属于原电池，且正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，导致正极区域氢氧化钠浓度增大，故D正确；故选D。【名师点睛】考查原电池和电解质原理，根据图像知，B装置中通入空气和Y，空气作氧化剂，且整个装置是原电池和电解池组合的装置，B能自发的进行氧化还原反应，所以B是原电池，则A是电解池；燃料电池中氢气是燃料，在负极上投放，空气是氧化剂，在正极上投放，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电解池中，电解氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时得到氢氧化钠。4下列关于工业生产说法正确的是()A氯碱工业中的阳离子交换膜阻止阳离子通过 B在硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业中，均必须对尾气进行吸收处理 C工业上均用电解熔融氧化物的方法制金属镁和铝 D在侯氏制碱工业中，向饱和氯化钠溶液中先通氨气，后通二氧化碳 【答案】D5(双选)下列有关化学工业原理说法正确的是()A电解精炼铜：阳极质量的减小等于阴极质量的增加 B氯碱工业：在阴极需要不断加入含有NaOH的蒸馏水 C合成氨工业：使用催化剂只加快反应速率不影响化学平衡 D硫酸工业：SO2的转化率高达93.5%98%，因此接触氧化后的尾气可以直接排放 【答案】BC【解析】A电解精炼铜，阳极上金属Zn、Fe、Ni、Cu等物质失电子，阴极上一直是铜离子得电子的过程，在转移电子一样的情况下，阳极质量的减小大于阴极质量的增加，故A错误；B氯碱工业：在阴极上的产