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-苏教版高二选修2化学学案VIP免费

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＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋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Na＋、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Na2C...