高中化学 2.2 氯碱生产课件 苏教版选修2.ppt

第二单元氯碱生产 课堂互动讲练 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 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 2cl 2e cl2 2h 2e 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 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 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 提示 1 电解饱和食盐水 方程式为 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 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ca2 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150ml0 2mol l 1nacl 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 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 2cl 2e cl2 阴极反应 2h 2e 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 电极反应式为cu2 2e cu y电极的材料是粗铜 电极反应式为cu 2e cu2 答案 1 2h 2e h2 放出气体 溶液变红 2cl 2e 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cu2 2e cu 粗铜cu 2e 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 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 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 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 4 现已查明氯碱工业产品中的某些有机氯溶剂有致癌作用 氟氯烃会破坏臭氧层 对以上事实你有何看法 5 试分析资料中所列数据 预计我国政府对氯碱工业的产业结构调整方面会有哪些基本的措施 以上调整可能带来哪些有利影响 答案 1 电解饱和食盐水naohcl2h2 2 cl2 2oh cl clo h2o 3 只允许阳离子通过 而阻止阴离子和气体分子通过 或只允许na h 通过 而cl oh 和气体分子则不能通过 这样可以避免阴极产生的h2和阳极产生的cl2相混合引起爆炸 又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo而影响烧碱的质量 4 可用辩证的 一分为二的观点来看待上述事实 答题要点如下 在充分认识氯碱工业在国民经济和人民生活