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时间:2018-12-22
《北京四中网校2013年高考化学一轮复习 氯碱工业知识导学》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、氯碱工业 [重点难点] 1.掌握电解饱和食盐水的基本原理。 2.了解离子交换膜法电解食盐水制烧碱和氯气的主要生产流程。 3.掌握围绕电解的计算 [知识讲解] 一、电解饱和食盐水反应原理 工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业。 1.实验分析:电解饱和食盐水电解饱和食盐水 在U型管里装入饱和食盐水,滴入几滴酚酞试液,用碳棒作阳极、铁棒作阴极,将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,接通电源,观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。 注意:
2、 铁棒不可作阳极,否则发生Fe-2e-=Fe2+;碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。 现象: 阴、阳两极均有气体放出,阳极气体有刺激性气味,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;阴极区域溶液变红。说明阴极区域生成物为碱性物质与H2,阳极产物是Cl2。 2.电解饱和食盐水反应原理 饱和食盐水成分:溶液存在Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。 电极反应式:阴极:2H++2e-=H2↑(还原反应); 阳极:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)。 实验现象解释: (1)阴极区域变红原因:由于H+被消耗,使得阴极区域O
3、H-离子浓度增大(实际上是破坏了附近水的电离平衡,由于KW为定值,c(H+)因电极反应而降低,导致c(OH-)增大,使酚酞试液变红)。 (2)湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因:氯气可以置换出碘化钾中的碘,Cl2+2KI=2KCl+I2,I2使淀粉变蓝。 注意: 如果试纸被熏蒸的太久,氯气会把生成的碘氧化成碘酸又使蓝色褪去。 电解饱和食盐水的电解方程式: 该电解反应属于放氢生碱型,电解质与水均参与电解反应,类似的还有K2S、MgBr2等。 3.以氯碱工业为基础的化工生产 二、离子交换膜法制烧碱 1.离子交换膜
4、电解槽的构成离子交换膜电解槽 主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成;每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成,为了延长电极使用寿命和提高电解效率,阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。 电极均为网状,可增大反应接触面积,阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。 离子交换膜法制烧碱名称的由来,主要是因为使用的阳离子交换膜,该膜有特殊的选择透过性,只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过,即只允许H+、Na+
5、通过,而Cl-、OH-和两极产物H2和Cl2无法通过,因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险,还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。上海天原化工厂电解车间的离子交换膜电解槽 2.离子交换膜法电解制碱的主要生产流程 如图,精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室,通电后H2O在阴极表面放电生成H2,Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室,此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH;Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡
6、盐水则从阳极室导出,经添加食盐增加浓度后可循环利用。 阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e-=H2↑;而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液,但在电解开始时,为增强溶液导电性,同时又不引入新杂质,阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。 氯碱工业的主要原料:饱和食盐水,但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质,远不能达到电解要求,因此必须经过提纯精制。 3.精制食盐水的方法 电解食盐水时,要求食盐要纯净,而一般粗盐中含许多杂质,电解前一定要提纯。
7、⑴粗盐的成分 粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42—杂质,不符合电解要求,因此必须经过精制。 ⑵杂质的危害 Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子在碱性环境中会生成沉淀,损坏离子交换膜;此外,杂质的存在会使得到的产品不纯。 ⑶除杂质的过程 ⑷注意事项 <1>除杂质时所加试剂的顺序要求是: ①Na2CO3必须在BaCl2之后,以除去前面引入的Ba2+等; ②过滤之后再加入盐酸。 <2>试剂加入顺序有多种选择,如: ①BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl; ②BaCl2、
8、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl; ③NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。 精制食盐水时经常加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等,使杂质成为沉淀,过滤除去,然后加入盐酸调节盐水的pH。 步骤: ①加入稍过量的NaOH溶液(使Mg2+、Fe3+等离子形成难溶的氢氧化物沉淀),此时溶液已呈碱性; ②加入
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