蘇教化學(xué)選修化學(xué)與技術(shù)專題2第二單元

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第二單元氯堿生產(chǎn) 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課前自主學(xué)案 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第二單元氯堿生產(chǎn) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 掌握隔膜法和離子膜法電解食鹽水的原理和方法 2 了解法拉第電解定律 課前自主學(xué)案 一 食鹽水的電解原理氯化鈉是強(qiáng)電解質(zhì) 在水中完全電離 水是弱電解質(zhì) 微弱電離 因此食鹽水中存在著Na Cl H OH 四種離子 通電前 這些離子在溶液里自由移動(dòng) 通電后 帶負(fù)電荷的OH 和Cl 向陽極移動(dòng) 帶正電荷的Na 和H 向陰極移動(dòng) 在陽極上 Cl 失去電子被氧化成氯原子 氯原子結(jié)合成氯分子形成氯氣 在陰極上 H 得到電子被還原成氫原子 氫原子結(jié)合成氫分子形成氫氣 電極上發(fā)生的反應(yīng)分別為 陽極 氧化反應(yīng) 陰極 還原反應(yīng) 這種使電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)的電解質(zhì) 在陰 陽兩極分別發(fā)生 的過程叫做電解 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 還原和氧化反應(yīng) 電解是在電解槽中進(jìn)行的 電解槽有兩個(gè)電極 與直流電源的正極相連的是陽極 與負(fù)極相連的是陰極 通電時(shí) 陽離子移向陰極 在陰極得到電子 發(fā)生還原反應(yīng) 陰離子移向陽極 在陽極失去電子 發(fā)生氧化反應(yīng) 隨著電解的進(jìn)行 在陰極區(qū)H 不斷消耗 而OH 不斷聚集 形成 溶液 NaOH 電解飽和食鹽水反應(yīng)的化學(xué)方程式為 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 思考感悟1 1 如何通過食鹽來生產(chǎn)燒堿和氯氣 2 電解時(shí)離子的放電順序是什么 提示 1 電解飽和食鹽水 方程式為 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 2 離子在電極表面得到或失去電子的過程也叫做 放電 當(dāng)電解質(zhì)溶液中存在多種陽離子或陰離子時(shí) 離子在電極上放電的順序存在一定規(guī)律 實(shí)驗(yàn)事實(shí)一般為用石墨作電極時(shí) 得電子能力越強(qiáng)的金屬陽離子越先放電 失電子能力越強(qiáng)的陰離子越先放電 如果與正極相連的是金屬 鉑 金除外 則是金屬原子失去電子 二 食鹽水電解工藝1 石棉隔膜電解槽電解槽用石棉隔膜隔成陰極室和陽極室 用 作陽極 作陰極 石棉隔膜能阻止 通過而不能阻止 通過 電解時(shí) Cl 在陽極氧化成氯氣從陽極室排出 在陰極上 H 得電子被還原為H2從陰極室放出 石墨 鐵絲網(wǎng) 氣體 水分子和離子 2 離子膜電解槽在離子膜電解槽中 電解槽的陰極室和陽極室用陽離子膜隔開 精制飽和食鹽水進(jìn)入陽極室 稀NaOH溶液 或去離子水 進(jìn)入陰極室 陽離子膜具有選擇透過性 它只允許陽離子 透過膜進(jìn)入陰極室 而陰離子 和氣體則不能透過 接通直流電 H 在陰極表面放電最終生成 Na 透過膜由陽極室進(jìn)入陰極室 Na H Cl OH 氫氣 在陰極室得到純度較高的 溶液 Cl 則在陽極表面放電最終生成 電解時(shí) 食鹽水因氯化鈉被消耗而成為淡鹽水從陽極室排出 通過調(diào)節(jié)進(jìn)入陰極室的去離子水的量 可得到一定濃度的 溶液 離子膜法具有能耗低 產(chǎn)品質(zhì)量高 設(shè)備占地面積小 生產(chǎn)能力大及無污染等優(yōu)點(diǎn) 是氯堿工業(yè)的發(fā)展方向 NaOH 氯氣 NaOH 思考感悟2 隔膜和離子膜的作用有什么區(qū)別 這兩種膜作用不全相同 都能有效防止H2與Cl2混合和Cl2與NaOH溶液反應(yīng) 但隔膜不能阻止離子通過 從而使得到的燒堿純度較低 而離子膜具有選擇功能 只允許陽離子和水分子通過 這樣制得的堿純度高 課堂互動(dòng)講練 精制食鹽水時(shí)經(jīng)常加入Na2CO3 NaOH BaCl2等 使雜質(zhì)成為沉淀過濾除去 然后加入鹽酸調(diào)節(jié)鹽水的pH 例如 這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2 Mg2 等金屬離子 由于這些陽離子在堿性環(huán)境中會(huì)生成沉淀 損壞離子交換膜 因此該鹽水還需送入陽離子交換塔 進(jìn)一步通過陽離子交換樹脂除去Ca2 Mg2 等 這時(shí)的精制鹽水就可以送往電解槽中進(jìn)行電解了 為除去粗鹽中的Ca2 Cu2 Mg2 Fe3 SO以及泥沙等雜質(zhì) 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種制備精鹽的實(shí)驗(yàn)方案 步驟如下 用于沉淀的試劑稍過量 1 判斷BaCl2已過量的方法是 2 第 步中 相關(guān)的離子方程式是 3 若先用鹽酸調(diào)pH再過濾 將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響 其原因是 4 為檢驗(yàn)精鹽純度 需配制150mL0 2mol L 1NaCl 精鹽 溶液 上圖是該同學(xué)轉(zhuǎn)移溶液的示意圖 圖中的錯(cuò)誤是 解析 加入BaCl2 NaOH Na2CO3等沉淀劑后 產(chǎn)生BaSO4 Mg OH 2 BaCO3 CaCO3等沉淀 還有過量Na2CO3 需加入HCl使Na2CO3轉(zhuǎn)變成NaCl 但如先加HCl再過濾 Mg OH 2 BaCO3 CaCO3都可能溶解 造成產(chǎn)品純度不高 規(guī)律方法 通過粗鹽提純考查基本的實(shí)驗(yàn)操作 關(guān)于粗鹽提純的操作 關(guān)鍵注意三點(diǎn) 一是每一步所加的試劑均過量 二是碳酸鈉在氯化鋇之后加 三是鹽酸最后加入 從以上分析可以知道Na2CO3溶液必須在加入BaCl2溶液之后才能加入 以保證過量的鋇試劑不致引入新雜質(zhì) 而鹽酸應(yīng)該在過濾操作后加入 以防止在加入酸調(diào)節(jié)溶液pH時(shí) 某些沉淀會(huì)溶解或部分溶解 至于NaOH溶液和BaCl2溶液加入的先后順序 則沒有原則性的差別 按以上分析可以知道C和D選項(xiàng)符合題意 1 隔膜法隔膜法采用的主要設(shè)備是隔膜電解槽 其特點(diǎn)是用多孔滲透性的隔膜將陽極室和陰極室隔開 隔膜阻止氣體通過 而只讓水和離子通過 這樣既能防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合而引起爆炸 又能避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量 隔膜法的缺點(diǎn)主要是投資和能耗較高 產(chǎn)品燒堿中會(huì)含有雜質(zhì)食鹽 2 離子交換膜法在此法的主要設(shè)備電解槽中 采用具有選擇性的離子交換膜將陽極室和陰極室隔開 陽離子交換膜只允許Na H 通過 而Cl OH 和氣體則不能通過 這樣既能防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合而引起爆炸 又能避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量 離子交換膜法在建設(shè)費(fèi)用 電能消耗 產(chǎn)品質(zhì)量和解決環(huán)境污染等方面都比隔膜法優(yōu)越 被公認(rèn)是現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向 電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用 右圖表示一個(gè)電解池 裝有電解液a X Y是兩塊電極板 通過導(dǎo)線與直流電源相連 請(qǐng)回答以下問題 1 若X Y都是惰性電極 a是飽和NaCl溶液 實(shí)驗(yàn)開始時(shí) 同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液 則 電解池中X極上的電極反應(yīng)式為 在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 Y電極上的電極反應(yīng)式為 檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 2 如果用電解方法精煉粗銅 電解液a選用CuSO4溶液 則 X電極的材料是 電極反應(yīng)式為 Y電極的材料是 電極反應(yīng)式為 說明 雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出 解析 1 用惰性電極電解飽和食鹽水時(shí) 陽極反應(yīng) 2Cl 2e Cl2 陰極反應(yīng) 2H 2e H2 與電源正極相連的為陽極 反之為陰極 所以X為陰極 Y為陽極 X極在反應(yīng)過程中消耗了H2O電離出的H 溶液呈堿性 加入酚酞試液變成紅色 Y極產(chǎn)生Cl2 能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兂伤{(lán)色 2 電解精煉Cu時(shí) 有含雜質(zhì)的Cu為陽極 純Cu為陰極 反應(yīng)過程中陽極上Cu以及比Cu活潑的金屬失去電子 成為離子 進(jìn)入溶液 活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥 在陰極只有Cu2 能得電子成為單質(zhì) 其他較活潑金屬對(duì)應(yīng)的離子不能得電子 根據(jù)裝置圖 X為陰極 Y為陽極 所以 X電極的材料是純銅 電極反應(yīng)式為Cu2 2e Cu Y電極的材料是粗銅 電極反應(yīng)式為Cu 2e Cu2 答案 1 2H 2e H2 放出氣體 溶液變紅 2Cl 2e Cl2 把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在Y電極氣體出口處 試紙變藍(lán)色 2 純銅Cu2 2e Cu 粗銅Cu 2e Cu2 點(diǎn)評(píng) 本題考查的是電解食鹽水與電解精煉粗銅的基本反應(yīng) 抓住離子的運(yùn)動(dòng)方向 放電順序及電解精煉的基本規(guī)律便可迎刃而解 變式訓(xùn)練2關(guān)于電解NaCl的水溶液 下列敘述正確的是 A 電解時(shí)陽極得Cl2 陰極得到鈉B 在陽極附近的溶液中滴入KI溶液 溶液呈棕色C 若在陰極附近的溶液中滴入酚酞 溶液呈無色D 電解一段時(shí)間后 將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中 充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?解析 選B 電解時(shí)陰極 2H 2e H2 H 由H2O提供后剩余OH 顯堿性 陽極 2Cl 2e Cl2 Cl2有一部分溶于水 呈強(qiáng)氧化性 滴入KI后生成I2 請(qǐng)回答氯堿工業(yè)中的如下問題 1 氯氣 燒堿是電解食鹽水時(shí)按照固定的比率k 質(zhì)量比 生成的產(chǎn)品 理論上k 要求計(jì)算表達(dá)式和結(jié)果 2 原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2 Mg2 Fe3 等雜質(zhì) 必須精制后才能供電解使用 精制時(shí) 粗鹽溶于水過濾后 還要加入的試劑分別為 Na2CO3 HCl 鹽酸 BaCl2 這3種試劑添加的合理順序是 填序號(hào) 3 氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè) 一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié) 電 能30 以上 在這種工藝設(shè)計(jì)中 相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示 其中的電極未標(biāo)出 所用的離子膜都只允許陽離子通過 圖中X Y分別是 填化學(xué)式 分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)a 與b 的大小 分別寫出燃料電池B中正極 負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)正極 負(fù)極 這樣設(shè)計(jì)的主要節(jié) 電 能之處在于 寫出2處 變式訓(xùn)練3閱讀有關(guān)資料 回答下列有關(guān)問題 我國氯堿工業(yè)的發(fā)展我國最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠 現(xiàn)上海天原化工廠的前身 日產(chǎn)燒堿2噸 到1949年解放時(shí) 全國只有幾家氯堿廠 燒堿年產(chǎn)量僅1 5萬噸 氯產(chǎn)品只有鹽酸 液氯 漂白粉等幾種 近年來 我國的氯堿工業(yè)在產(chǎn)量 質(zhì)量 品種 生產(chǎn)技術(shù)等方面都得到很大發(fā)展 到1990年 燒堿產(chǎn)量達(dá)331萬噸 僅次于美國和日本 位于世界第三位 1995年 燒堿產(chǎn)量達(dá)496萬噸 其中用離子交換膜電解法生產(chǎn)的達(dá)56 2萬噸 占總產(chǎn)量的11 3 1999年 燒堿年產(chǎn)量達(dá)580萬噸 其中用離子膜電解法生產(chǎn)的約占三分之一 1 氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一 它是利用 的方法來制取 和 填化學(xué)式 并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列的化工產(chǎn)品 2 氯堿工業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用相當(dāng)廣泛 幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域 如以其中的兩種電解產(chǎn)品為原料可制取含氯漂白劑 試寫出其反應(yīng)的離子方程式 3 陽離子交換膜有什么特性 這種特性有什么作用 4 現(xiàn)已查明氯堿工業(yè)產(chǎn)品中的某些有機(jī)氯溶劑有致癌作用 氟氯烴會(huì)破壞臭氧層 對(duì)以上事實(shí)你有何看法 5 試分析資料中所列數(shù)據(jù) 預(yù)計(jì)我國政府對(duì)氯堿工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面會(huì)有哪些基本的措施 以上調(diào)整可能帶來哪些有利影響 答案 1 電解飽和食鹽水NaOHCl2H2 2 Cl2 2OH Cl ClO H2O 3 只允許陽離子通過 而阻止陰離子和氣體分子通過 或只允許Na H 通過 而Cl OH 和氣體分子則不能通過 這樣可以避免陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合引起爆炸 又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量 4 可用辯證的 一分為二的觀點(diǎn)來看待上述事實(shí) 答題要點(diǎn)如下 在充分認(rèn)識(shí)氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中的重要作用的同時(shí) 應(yīng)不斷增強(qiáng)環(huán)保意識(shí) 對(duì)以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)過程中所造成的污染及其產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響應(yīng)引起足夠的重視 不能因?yàn)樯鲜霾焕绊懚穸葔A工業(yè)的重要作用 我們應(yīng)采取一些積極的措施 如停止生產(chǎn)某些有機(jī)氯產(chǎn)品 加強(qiáng)綜合治理 采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝等方法來盡量減小其對(duì)環(huán)境的不利影響 5 措施 新上的氯堿廠必須采用先進(jìn)的離子膜法工藝 對(duì)現(xiàn)有的一些氯堿廠進(jìn)行生產(chǎn)工藝的改造 有利影響 提高產(chǎn)品的質(zhì)量 降低能耗及其他生產(chǎn)成本 提高綜合經(jīng)濟(jì)效益 減少對(duì)環(huán)境的污染等 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全