第二单元：氯碱工业

1、氯碱生产,第二单元,专题2 从自然资源到化学品,化学与技术,于是，人们将目光投向海水、盐湖，这里蕴藏着丰富的食盐资源。食盐不仅来源广、价廉易得，从其组成看也是制取烧碱和氯气的理想原料。在反复研制的基础上，人们终于以食盐为主要原料制得了烧碱和氯气并由此形成了氯碱工业。,随着纺织、造纸、石油化工以及有机合成工业的迅速发展，对烧碱和氯气的需求量剧增，而为了获取大量的烧碱和氯气，关键又在于寻求理想的原料和采用新的生产方法。,【问题】以石墨做电极电解饱和食盐水。 1.写出两极反应式？总反应方程式？,H2和Cl2混合可能爆炸，不安全。 Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯。,一、食盐水的电解原理

2、,2.阳极产生的氯气与阴极产生的氢气、NaOH溶液之间能否发生化学反应?若能发生，会产生什么危害?你认为可以采用什么方法来避免?,阴极：2H+2eH2阳极：2Cl 2eCl2,观察此实验装置图并分析反应原理？思考此装置中蛋壳起了一个什么作用？,氯碱工业:,通过电解饱和食盐水来生产烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。,避免阳极产生的氯气与阴极产生的氢气混合发生化学反应。,（1）分析此装置的电解原理？,（2）石棉隔膜在电解时的作用？有何缺陷？,石棉隔膜能阻止气体通过，但不能阻止水分子和离子通过。,二、食盐水电解工艺,1.传统工艺,石棉隔膜电解槽,缺陷1：阴极室产生的NaOH有

3、少量渗透到阳极室，跟溶解的氯气反应。 缺陷2：阳极室未反应的NaCl会进入阴极室。,2.新工艺阳离子交换膜法,阳极：,钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）,阴极：,碳钢网（涂有镍涂层）,阳离子交换膜：,将电解槽隔成阴极室和阳极室。只允许阳离子(Na+)通过，不允许阴离子和气体分子通过。,避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量和纯度； 生产成本显著降低。,优点：,3.食盐水的精制,注意1:Na2CO3必须在BaCl2之后； BaCl2可与NaOH互换。,注意2:加入盐酸必须在过滤之后；,在电解时，电极上每通过96500库仑（即1法拉第）的电量就会有1mol电子发生转移，产生1/Zm

4、ol（Z是电极上放电离子得失的电子数）电解产物。,三、法拉第电解定律,1.法拉第电解第一定律,电解时在电极上析出（或溶解）的物质的物质的量跟通过的电量成正比。,2.法拉第电解第二定律,QnF F=96500C/mol,氯碱生产的流程,例1：氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下： 粗盐 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2 10%NaOH 、16%NaCl溶液 沉渣 NaCl晶体 50%NaOH溶液 依据上图，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 化学方程式为 ，与电源负极相连的电极附 近，溶液pH值 （选填：不变、升高或下降） (2)工

5、业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离 子方程式为 。,化 盐,精 制,电 解,脱 盐,升高,(3)如果粗盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是 （选填a、b、c，多选扣分） a Ba(OH)2 b Ba(NO3)2 c BaCl2 (4)为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入试剂的合理顺序为 （选填a，b，c多选扣分） a 先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂 b 先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3 c 先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3 (5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 （填写

6、操作名称）除去NaCl 。 (6)在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；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H2，相应的化学方程式为 。,蒸发,过滤,a c,b c,例2.以食盐水为原料的氯碱工业,（1）原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、SO42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）,（2）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，

7、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Y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 ； 这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）_、_ 。,a小于b,燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度；降低能耗,H2,例3.利用惰性电极和下图装置对硫酸钠水溶液进行电解。a、b、c、d四处可得产品分别是 、。,阳离子交换膜,Na2SO4(aq),b,a,c,d,氢气 氧气 NaOH溶液 硫酸溶液,例4.海洋是一座巨大的宝藏，海水中蕴含80多种元素。氯碱工业和金属镁的制备原料都来自于海水。,I在工业中，曾用石棉隔膜电解槽

8、来电解食盐水（如下图1所示）, 写出电极反应式，阳极 ，阴极 ；, 图1中a和b分别是 、 ；, 石棉隔膜的作用 。,II随着科技的发展，电解工艺不断革新，电解效率和产品纯度得到提高。20世纪80年代起，隔膜法电解工艺逐渐被离子膜电解技术取代。,(1)离子膜电解槽（如图2）中分别是 、 。,(2)已知某电解槽每小时加入10%的NaOH溶液10kg，每小时能收集到标况下的H2896L，而且两边的水不能自由流通。则理论上计算，电解后流出的NaOH溶液的质量分数为 。,35.7%,2Cl2e-Cl2,2H2O 2e- 2OHH2,精制食盐水,NaOH、NaCl混合溶液,避免阳极产生的氯气与阴极产生的氢气混合发生化学反应,稀NaOH(aq),阳离子交换膜,例5.某化学课外兴趣小组设计了用电解法制取乙醇钠的工业方法，所用电解槽如下图所