高中化学专题二从自然资源到化学品第二单元氯碱生产学案苏教版选修2

1、第二单元氯碱生产1了解氯碱生产的主要原理、重要设备、流程和意义，认识实际工生产技术问题的 复杂性，增强技术意识。2从氯碱工业流程与技术了解学在工农业生产中的具体应用，认识学学科发展对 工生产技术进步的促进作用，认识学工业在国民经济发展中的地位。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。思考：工业上如何制备氯气? 提示：电解饱和食盐水。一、食

2、盐水的电解原理1 .氯碱工业氯碱工业是利用电解饱和食盐水生产氯气2 烧碱和氢气为基础的工业体系。 电解饱和食 盐水的原料比较丰富：在海水和大陆盐湖中， 食盐含量很高；在有些地区，地下也蕴藏着丰 富的食盐矿。2 .电解饱和食盐水 装置。电解饱和食盐水简易装置图在大烧杯和蛋壳里装入饱和食盐水，用导线把碳棒、电池和螺旋状铁丝连接好,碳棒作阳极，与电源正遇相连，铁丝作阴极,与电源负极相连，接通直流电源。(2)现象及产物的检验。看到气泡产生后，用湿润的淀粉碘化钾试纸分别检验蛋壳内碳棒周围、烧杯溶液上方的气体，观察实验现象。蛋壳内碳棒周围的气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明阳极生成的气体为氯气。而烧杯溶

3、液上方的气体遇到湿润的淀粉碘化钾试纸不变蓝。用导初调1烧杯内产生的气体点燃，燃烧并产生淡蓝色火焰，说明阴极生成了氢气。分别在蛋壳和烧杯的溶液中滴入酚酗:溶液，只有烧杯内的溶液变红色，说明阴极生成了氢氧化班。(3)反应方程式。电极反应式：阳极：2c 2e=CLT ,发生氧化反应。阴极：2H+ + 2e=HT ,发生还原反应。 通由 . . 总反应的化学万程式：2NaCl+2HO=2NaO!+ Hd + CI2T。二、食盐水电解工艺1 .食盐水的精制粗盐中含有泥沙和 Ca2+、Mg +、SO-等杂质，电解饱和食盐水时要将粗盐提纯 1甯除 去粗盐中杂质需加入的试剂顺序及其操作有BaCH NaOH N

4、a2CO,过滤，盐酸； BaCMNaCg NaOH过滤，盐酸; NaOH BaCC、N&CO,过滤，盐酸。其中操作较好。2.食盐水的电解工艺(1)隔膜法电解工艺一一石棉隔膜电解槽。电解槽用石棉隔膜隔成阴极室和阳极室，用石墨作阳极,铁丝网作阴极。石棉隔膜能阻止气体通过,但不能阻止水分子和离子通过。从阳极室向电解槽中注入经净化的饱和食盐水，保持食盐水的液面高于阴极室液面,使电解液从阳极室流向阴极室。在阳极上，Cl_被氧化生成氯气溶解在电解液中直至饱和,其余从阳极室放出；在阴极上，引放电产生的氢气从阴极室放出。在阴极室形成的NaOH有少量渗透到阳极室，跟溶解在里面的氯气发生反应生成次氯酸盐及氯酸盐。

5、(2)离子膜电解技术离子交换膜电解槽。本方法采用阳离子交换膜代替前面介绍的石棉隔膜，电解时，经过净化精制的纯盐水不断送入阳极室，向阴极室不断加入稀NaOhB液。阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳极室的 Na+、J透过交换膜进入阴极室。在阴极室放电产生氢气。 OH不能透过交换膜 进入阳极室。在阳极室，C失去电子形成CI2,交换膜阻止Ch从阳极室迁移到阴极室。OH一与从阳极室渗入的 Na+形成NaOH产生的NaOH:匕较纯。思考：隔膜和离子膜的作用有什么区别？提示：隔膜和离子膜的作用比较：金金光电解 NaCl 时 2NaCl+2HX2NaOl+ HT + CI2T, H+Cl=2HCl, C

6、l 2+ 2NaOH= NaCl+NaClO+ HQ为了有效地防止 H2、Cl2混合爆炸和 Cl 2与NaOHK应使制得的 NaOH纯， 工业生产先后发明了立式隔膜法和离子膜法电解NaCL这两种膜作用不完全相同，都能有效防止H2与C12混合和C12与NaOHK应，但隔膜不能阻止阴离子通过，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。三、法拉第电解定律英国科学家法拉第在 1834年提出电解反应中通过的电量和析出产物数量关系的定律： 在电解时，电极上每通过96 500 C的电量就会有1_mol电子发生转移,并产生 1/Z_mol（Z是电极放电离子得

7、失电子数 ）电解产物。一、粗盐精制精制食盐水时经常加入NaCO、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pHo例如：力口入 NaCO溶液以除去 Ca2+： Ca2+ + Cd =CaC3X、一 一2上3上加入NaOH放以除去 Mg、Fe等：Mg+ + 2OH =Mg（OH2）J3+Fe + 3OH =Fe（OHJ为了除去SO4 ,可以先加入 BaCL溶液，然后再加入 NaCO溶液，以除去过量的 Ba: Ba2 + sO =BaSO , cO + Ba2 =BaCOX。这样处理后的盐水仍含有一些 Ca=、Mg+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

8、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Ca、M0+等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。二、电解饱和食盐水反应原理1 .氯碱工业生产的原理一一电解阳极：2C2e=Cl2f （氧化反应）阴极：2H+ + 2e=HT （还原反应）通电总化学方程式：2NaCl + 2Ho- H4 + Cl 2 T + 2NaOH2 .设备：阳离子交换膜电解池 （槽）（1）阳离子交换膜。阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过， 即只允许Na 可通过，而C/、OH和气体则不能通过。作用：既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起

9、爆炸，又能避免 Cl2和。的液作用而影响烧碱的质量。(2) 图示。离子交换膜法电解原理示意图拓展思考：为什么电解食盐水的阳极产物是氯气，阴极产物是氢气和氢氧化钠？提示： (1) 阳极产物的判断。首先看电极，如果是活泼性电极 ( 金属活动性顺序表中 Ag 之前 ) ，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、Auk石墨)，则要再看溶液中阴离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序判断。阴离子放电顺序：S2I BrCOH含氧酸根F o(3) 阴极产物的判断。直接根据阳离子得电子能力进行判断，阳离子得电子顺序：Ag+ Hg2+ Fe3+ CiT HPb+Sn2+ F

10、e2+ Zn2+ Al3+ Mg+ Nsi+ Ca2+ K+o(3) 氯碱工业电解食盐水时，阳极为石墨，阴极为铁网。 NaCl 是强电解质，水是弱电解质，在NaCI水溶液中共有四种离子Na Cl . M、OH。通电后在电场力的作用下，Cl和OH向阳极移动，Na卡和U向阴极移动，在阳极上 2C一 2e=CbT ,在阴极上2H+2e =HT,从而在阳极区产生C12,在阴极区产生 H和NaOH电解的总反应方程式为2NaCl通电+ 2H2O=2NaOHF H4 + CI2 f。三、氯碱工业的应用知识点 1 粗盐提纯【例题1】为除去粗盐中的Cu2+、MgT、Fe、SOT以及泥沙等杂质，某同学设计了一种制

11、备精盐的实验方案，步骤如下( 用于沉淀的试剂稍过量) ：小而将士卜甘珈溶解BaClzNaOHNaCO过滤 称取粗盐溶解一 寸一fff适量盐酸滤椒飞尸蒸发、结晶、烘干7)精盐(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 mol L 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：力口入BaCl2、NaOH NaCO等沉淀齐后，产生 BaS* Mg(OH、 BaC CaC的淀， 还有过量NaCO,需加入盐酸使 Na2CO转变成NaC

12、l。但如果先加盐酸再过滤， Mg(OH、BaCO、 CaCOtB可能溶解，造成产品纯度不高。答案：(1)取第步后的上层清液12滴于点滴板上，再滴入12滴BaCl2溶液，若溶液未变浑浊则表明BaCl2 已过量(2)Ca 2+ + CO =CaCU ; Ba2+ + CO =BaCO；(4) 先加盐酸会有少量CaCO3、 BaCO3 等溶解，从而影响制得精盐的纯度(5) 未用玻璃棒引流；未采用 150 mL 容量瓶点拨： 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。知识点2 氯碱工业【例题2 】下列有关工业生产的叙述正确的是() 。A

13、.合成氨生产过程中将NH液化分离，可加快正反应速率，提高Nk、Hk的转化率B.硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO转化为H2SO时放出的热量C.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C12进入阳极室D.电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小解析： 本题的C、 D 两个选项涉及了电解池的应用，其实都是考查电解原理，电解饱和食盐水阴极室产生的是 H2, C12在阳极上生成，所以C错；电解精炼铜时要注意粗铜中含 Zn、 Fe、Ni、Ag、Pt、Au等，阳极开始放电的是 Zn、Fe、Ni ,而阴极上始终是 Cu2+得电子生成 Cu,所以同一时间内阳极溶

14、解铜的质量比阴极析出铜的质量小，D对。答案：D点拨：电解池的应用比较多，学生掌握起来感觉很麻烦。总的来说， 无论是出什么样的题目，考查电解池的哪种应用，都是从实质上考查电解的原理，这是以不变应万变的法宝。当然， 在此基础上， 还要抓住每种应用的特点，小细节的变化，像电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法的一些具体问题， 电解精炼铜时阴阳两极铜的量的问题， 电镀后溶液浓度不变等等，这也是近几年来高考命题的热点。【例题3 】 电解原理在化学工业中有广泛应用。 如图表示一个电解池， 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

15、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：2H+ + 2e-=HT放出气体，溶液变红2Cl -2e =CbT把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y 电极附近，试纸变蓝色(2) 纯铜Cu2 2e =Cu 粗铜 Cu 2e =Cu2点拨： 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

16、迎刃而解。1“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，四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，过滤后要用澄清滤液进行蒸发，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： D2 在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状

17、的玻璃搅棒， 可以上下搅动液体， 装置如图所示。 接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。 静置后液体又分成两层， 下层液体呈紫红色， 上层液体几乎无色。 根据上述实验回答：(1) 阳极上的电极反应式为 。(2) 阴极上的电极反应式为 。(3) 原上层液体是 。(4) 原下层液体是 。(5) 搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是 。(6) 要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是 ，现象是 。解析：(1)使用惰性电极(石墨)电解溶液时，阳极上离子按照厂、BL、CP、OH顺序失电子，结合题目给出的“下层液体呈紫红色”，可知这里是I

18、 失电子生成I 2。所以阳极反应是 2I 2e =I2。 (2) 电解时，阴极发生得电子反应，溶液中能得电子变成气体的只有h+,生成H2o所以阴极反应是 2H+ + 2e-=HT。(3)两种无色的互不相溶的中性溶液，一为水溶液，一为有机溶剂。根据对电解过程的分析，反应会产生I 2 ，最后 I 2 会被有机溶剂萃取。因为最后下层液体呈紫红色，所以有机溶剂密度比水大。上层的水溶液应该为含 I 的盐溶液， 例如 KI 溶液、 NaI 溶液等。 下层液体为CCl4、 CHCl3 等密度比水大的有机溶剂。(5)I 2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I 2 都转移到有机溶剂中，有机溶剂

19、显示出紫红色。 (6) 可以通过焰色反应来检验。若前面填KI ，则这里正确的方法是用铂丝蘸取少量溶液放在无色火焰上灼烧， 透过蓝色钴玻璃可观察到火焰呈紫色 其他合理答案也可。例如，若(3) 中答 NaI 水溶液，这里答火焰呈黄色 。答案：(1)21 2e =I2 (2)2H 2e =HT(3)KI(或 Nai 等)水溶液 (4)CCl 4(或 CHC3等)(5)I 2在 CCl4 中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分 I 2 都转移到 CCl4 中 (6) 焰色反应透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色其他合理答案也可。例如，若(3) 中答 Nai 水溶液，这里答火焰呈黄色3 海水是取之不尽的化工

20、原料资源库，从海水中可提取各种化工原料。下列是工业上对海水的几项综合利用的示意图：试回答下列问题：(1)粗盐中含有C。、Mg2+ sW等杂质，精制时所用试剂为：A.盐酸；B. BaCl2溶液；4 . NaOH液；D. NaCO溶液。加入试剂的顺序是 。(2)电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为 。与电源负 极相连的电极附近溶液 pH(填“变大” “不变”或“变小”)。若 1 mol电子的电量 为96 500 C ,则用电流强度为100 A的稳恒电流持续电解 3分13秒，则在两极上共可收集 到气体 mL(STP)。若保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是(3)由MgCl2 6H2O晶体脱水制无水 MgC2时，MgCl2 6H2O晶体在 气氛中加热脱水，该气体的作用是。(4)电解无水MgC2所得的镁蒸气可以在下列 气体中冷却。A. H2B. N2C. CO D . O解析：(1)该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2+、Mg +、SO时，不能带入杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：Ba必须在CO一之前加入；CO、OH必须在 巧之前加入，所以 B、C不分先后，而 D A本身既分前后，又必须放在 日C之 后才能满足条件。(2)电解饱和食盐水时，与正