卤族元素第二节 氯碱工业

卤族元素第二节 氯碱工业

第二节 氯碱工业 教案14（4-2-1氯碱工业）‎ ‎ 学习目标 ‎ 1．掌握电解饱和食盐水的基本原理及其产品的主要用途。‎ ‎ 2．了解先进的电解制碱技术离子交换膜法。‎ ‎ 3．巩固工业制碱原理。了解以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途。‎ ‎ 4．了解以氯碱工业为基础的化工生产过程的污染及其产品对环境污染。培养学生的良好的环保意识。‎ ‎ 学习过程 ‎ 一、自学探究 ‎ 1．（课本56页图4---7）‎ ‎ ⑴一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极，即电极为_______电极，溶液中存在的离子有_________。根据放电的先后顺序，阳极电极反应式为______________。阴极电极反应式为_______________。总反应式为：________________。‎ ‎ ⑵电解前向溶液中滴加酚酞，现象_____________，随着电解反应的进行，溶液颜色由_______________，两极极板上都有_______________产生，如何检验气体的种类？‎ ‎（可再思考一下：若是阴、阳极都用铁电极或都用石墨电极时所发生的电极反应有什么差异？电解过程中溶液中各种离子的浓度会怎样变化？电解时阴阳两极分别产生氯气和氢气，理论上生成的氢气的体积、氯气的体积应该相等，但实验可观察到阳极上产生的气泡明显比阴极产生的气泡少，为什么？）‎ ‎ 2．见教材61页图4-13电解饱和食盐水装置。‎ ‎ (1)碳棒和铁钉可以交换使用吗？为什么？‎ ‎ (2)教材第61页讨论2。‎ ‎ 二、总结与评价 ‎ [总结]‎ ‎ 1．在0饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—、和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+、和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。‎ ‎ 2．氯碱工业所得的NaOH、Cl2、H2‎ ‎ - 6 -‎ ‎ 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。‎ ‎[例题讲解]‎ ‎[例题]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，为使氯气被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ）B ‎ （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 ‎ [分析讲解]从该家用环保型消毒液发生器的制作者来讲，这是化学原理的灵活应用。从这道题的解答来分析，只不过是电解氯化钠水溶液和氯气性质的综合。电解氯化钠水溶液时，阴极产生H2、NaOH，阳极产生Cl2，为了使生成的氯气跟氢氧化钠溶液充分接触并反应，显然应该是电解池的下端产生氯气。所以，a为负极、b为正极。产物是NaClO和NaCl。选B。‎ ‎[评价]‎ ‎1．在制玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业生产中都需要的物质是（ ）。‎ ‎ A．氧化钙 B．石灰石 C．氯化钠 D．纯碱 ‎2．关于工业生产的下列叙述，不正确的是（ ）。‎ ‎ A．将氢气和氯气混合后光照，使其反应生成氯化氢，再用水吸收得盐酸 ‎ B．用硝酸镁作吸水剂，将稀硝酸蒸馏，浓缩制得95%以上的浓硝酸 ‎ C．以石灰石、纯碱、石英为原料，在玻璃窑中加强热制取普通玻璃 ‎ D．工业上采用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁 ‎3．取PH=4的某电解质溶液 1.00L ，用 Pt电极进行电解，经过一段时间后，测得溶液的PH=1，且阴阳两极产物的物质的量之比为2：1，则该电解质溶液是（ ）。‎ ‎ A．盐酸 B．氯化钾溶液 C．硝酸银溶液 D．硫酸铜溶液 ‎4．用电解水的方法分析水的组成时，需要加入一些电解质以增强水的导电性，不宜加入的物质是（ ）。‎ ‎ A．Na2SO4 B．NaNO3 C．KOH D．Cu SO4‎ ‎5．干电池的负极反应是：Zn –2e = Zn 2＋，现以干电池作电源电解33.4g 34%的硝酸钾溶液，一段时间后，测得溶液中溶质的质量分数为37.8%，则干电池中消耗锌的物质的量为（ ）。‎ ‎ A．0.3mol B．0.05mol C．0.2mol D．0.1mol ‎6．用Cl2对饮用水消毒已有百年历史，这种消毒方法会使饮用水中的有机物发生氯代，生成有机化合物，对人体有害，世界环保联盟即将全面禁止用氯气对饮用水消毒，建议推用广谱性高效消毒剂二氧化氯(ClO2)‎ ‎ - 6 -‎ ‎ （1）使用作饮用水消毒剂的优点是： 。‎ ‎ （2）目前欧洲一些国家有用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2 同时有Cl2生成，且Cl2‎ 的体积为ClO2 的一半，这一反应的化学方程为： 。‎ ‎ （3）我国最近研制成功用Cl2氧化NaClO2(亚氯酸钠)制得ClO2(在N2的保护下)，这一 反应化学方程式为： 。这一方法 的优点是： 。‎ ‎ (4)ClO2有很强的氧化性。因此，常被用作消毒剂，其消毒的效率（以单位质量得到的电 子数表示）是Cl2的___________倍。‎ 第四单元针对性测试题 一、选择题：‎ ‎1．如下图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，‎ 锌片是（ ）。‎ ‎ A．阳极 B．正极 C．阴极 D．负极 ‎2．下列叙述中不正确的是（ ）。‎ ‎ A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应 ‎ B．原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极 ‎ C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化作用 ‎ D．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气 ‎3．电解硫酸铜溶液时，若要求达到以下几点：⑴阳极质量减少，⑵阴极质量增加，⑶电解液中[Cu2＋]不变，则可选用的电极是（ ）。‎ ‎ A．纯铜作阳极，含锌、银的铜合金作阴极 ‎ B．含锌、银的铜合金作阳极，纯铜作阴极 ‎ C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极 D．用石墨作阳极，用惰性电极作阴极 ‎4．下列叙述能说明金属甲比金属乙活泼的实际事实是（ ）。‎ ‎ A．同价态的阳离子，甲的氧化性比乙强 ‎ B．将甲、乙作电极与稀硫酸酸溶液组成原电池，甲是负极 ‎ C．在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 ‎ D．常温下，甲能和 NaOH溶液反应，而乙不能 ‎5．在25ºC时，将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有a mol电子转移时，溶液中析出mg Na2SO4 ·10 H2 O晶体。若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为（ ）。‎ ‎ A． ×100% B． ×100%‎ ‎ - 6 -‎ ‎ C． ×100% D． ×100%‎ ‎6．常温时，将500 ml PH=5的Cu SO4 溶液用石墨电极电解一段时间，测得溶液的PH变为2，若使溶液的浓度、PH与电解前相同，可采用的方法（ ）。 ‎ ‎ A．向溶液中加入0.245g Cu (OH)2‎ ‎ B．向溶液中加0.31g CuSO4‎ ‎ C．向溶液中加0.0025 mol H2 SO4并加热 ‎ D．向溶液中加0.2g CuO ‎7．按A图装置进行实验，若图B的X轴表示 ‎ 流入电极的电子的量，则Y轴不可能表示的情况 ‎ 是（ ）。‎ ‎ A．[Ag＋] B．[NO3] ‎ ‎ C．溶液的PH D．银棒的质量 ‎8．溶液中含有两种溶液质—氯化钠和硫酸，他们的物质的量之比为3：1。用石墨做电极电解该溶液时，根据反应产物可明显分为三个阶段，则下列叙述不正确的是（ ）。‎ ‎ A．阴极只析出氢气 ‎ ‎ B．阳极先析出氯气后析出氧气 C．电解最后阶段为电解水 ‎ D．电解过程中溶液的PH不断增大，最后PH为7‎ ‎9．甲、乙两个电解池均为 Pt 电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池中电极质量增加 2.16g，乙池中电极上析出 0.24g 金属，则乙池中溶质可能是（ ）。‎ ‎ A．CuSO4 B．MgSO4 C．Al (NO3)3 D．Na2SO4‎ ‎10．用惰性电极电解M (NO3 )x 的水溶液，当阴极上增重 a 克时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量为（ ）。‎ ‎ A．22.4ax/b B．11.2 ax/b C．5.6 ax/b D．2.5 ax/b 二、填空题：‎ ‎11．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：‎ ‎ 依照图示，完成下列填空：‎ ‎ - 6 -‎ ‎ ⑴ 在电解过程中，与电源正极相联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）。‎ ‎ ⑵ 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________________ 。‎ ‎ ⑶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__________。‎ ‎ A．Ba (OH)2 B．Ba (NO3 )2 C．BaCl2‎ ‎ ⑷ 为有效除去Ca2＋ 、Mg2＋ 、 SO42－，加入试剂的合理顺序为_______（选填A、B、C，多填扣分）。‎ ‎ 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。‎ ‎ ⑸ 脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过______冷却、_______（填写操作名称）除去NaCl。‎ ‎ ⑹ 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___________________ 。‎ ‎12．由于Fe (OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反 ‎ ‎ 应制得白色纯净的Fe (OH)2沉淀，应用下图电解实验可以制得白色 ‎ 的纯净的Fe (OH)2沉淀。两电极材料分别为 ‎ 石墨和铁。‎ ‎ ⑴ a电极材料应为____，电极反应式为________________。‎ ‎ ⑵ 电解液C可以是__________。‎ ‎ A．纯净水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液 ‎ ⑶ d为苯，其作用是______________，在加入苯之前对C应作何简单处理___________‎ ‎ ⑷ 为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是________。‎ ‎ A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源的电压。‎ ‎ C．适当减小两电极间距离 D．适当降低电解液的温度。‎ ‎ ⑸ 若C中用Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色Fe (OH)2沉淀后，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为_____________________。‎ 三、计算 ‎13．电解26.8%的食盐水1500g，若食盐的利用率为87.3%，求： (1)在27℃和1.11×105大气压下可制得H2多少升？(2)这些氢气和氯气全部化合成氯化氢，溶于水制成功31%的盐酸，其质量为多少g？(3)电解液中氢氧化钠的质量分数浓度为多少？‎ 参考答案 自我探究问题答案 ‎ - 6 -‎ 电解 ‎1．碱性 Na ＋ 、Clˉ 、H＋ 、OH－ 2Cl－ —2e = Cl2↑ ‎ ‎2 H＋ +2e == H2↑ 2Cl－ + 2 H2O = = = Cl2↑+ H2↑+ 2 OH－‎ 无色，无色变成红色，气泡，阳极极板上产生的气体用湿润的淀粉，碘化钾试纸检验，阳极产生的气体，收集点燃听到噗的响声。‎ ‎2．⑴不可以，此装置中，铁钉只起导电作用，如果交换，铁会放电。逐渐溶解，不再电解食盐水，制取不出NaOH、Cl2 。‎ ‎ ⑵、可以。接通电源，哪一极析出铜，哪极为负极，则另一极为正极。‎ 评价测练答案 ‎1．D 2．A 3．D 4．D 5．D ‎6．（1）ClO2 具有强氧化性，是高效消毒剂，且不会与有机物发生氯代，是一种较理想的饮用水消毒剂。。‎ ‎（2）2NaClO3 + 4HCl=Cl2↑+2ClO2↑+2NaCl+2H2O ‎（3）2NaClO2+Cl2 =2ClO2+2NaCl 此法的优点是ClO2的收率高、质量好，无Cl2杂质。‎ ‎（4）2.63‎ 第四单元针对性练习答案 一、选择题：‎ ‎1．D 2．B 3．A 4．B 5．D 6．D 7．D 8．D 9．A 10．C 二、11．（1）2Clˉ- 2e = Cl2↑ 升高 （2）Ca 2＋ +CO3 2— = CaCO3↓‎ 电解 电解 Mg 2＋ + 2 OH－ = Mg(OH)2↓ （3）A、C （4）B、C（5）蒸发 过滤 ‎（6）NaCl +H2O === NaClO + H2 ↑或 2 NaCl + 2 H2O= = H2↑ + Cl2↑+ 2NaOH Cl2 + 2NaOH ==== NaCl + NaClO + H2O ‎12．⑴铁，Fe-2e = Fe 2＋‎ ⑵B、C ⑶隔绝空气，防止Fe(OH)2 被氧化，加热。‎ ⑷、B、C ⑸ Fe(OH)2 变成灰绿色，最后变成红褐色。‎ ‎13．(1)67.1L (2)706.5g (3)18.74%‎ ‎ - 6 -‎