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

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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，认识实际化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化学在工农业生产中的具体应用，认识化学学科发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化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

2、一神圣的奖项，引起了许多专家的激烈争论。一、食盐水的电解原理1．氯碱工业氯碱工业是利用电解饱和食盐水生产氯气、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(1)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，与电源正极相连，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

3、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。而烧杯溶液上方的气体遇到湿润的淀粉碘化钾试纸不变蓝。用导管收集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酞溶液，只有烧杯内的溶液变红色，说明阴极生成了氢氧化钠。(3)反应方程式。电极反应式：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应。阴极：2H＋＋2e－===H2↑，发生还原反应。总反应的化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑

4、＋Cl2↑。二、食盐水电解工艺1．食盐水的精制粗盐中含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质，电解饱和食盐水时要将粗盐提纯，通常除去粗盐中杂质需加入的试剂顺序及其操作有①BaCl2、NaOH、Na2CO3，过滤，盐酸；②BaCl2、Na2CO3、NaOH，过滤，盐酸；③NaOH、BaCl2、Na2CO3，过滤，盐酸。其中①操作较好。2．食盐水的电解工艺(1)隔膜法电解工艺——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

5、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，H＋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。(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NaOH溶液。阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳极室的N

6、a＋、H＋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，Cl－失去电子形成Cl2，交换膜阻止Cl2从阳极室迁移到阴极室。OH－与从阳极室渗入的Na＋形成NaOH，产生的NaOH比较纯。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：电解NaCl时2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2＋Cl22HCl，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，为了有效地防止H2、Cl2混合爆炸和Cl2与NaOH反应使制得的NaOH不纯，工业生

7、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Cl2混合和Cl2与NaOH反应，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96500C的电量就会有1_mol电子发生转移，并产生1/Z_mol(Z是电极放电离子得失电子数)电解产物。一、粗盐精制精制食盐水时经常加入Na2CO3、

8、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：加入Na2CO3溶液以除去Ca2＋：Ca2＋＋CO===CaCO3↓加入NaOH溶液以除去Mg2＋、Fe3＋等：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓为了除去SO，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入Na2CO3溶液，以除去过量的Ba2＋：Ba2＋＋SO===BaSO4↓，CO