氯碱工业的化学原理与发展史(-)课件

从太空观察地球，看到地球上有七片陆从太空观察地球，看到地球上有七片陆地地“漂浮漂浮”在一大片蓝色的海洋之中在一大片蓝色的海洋之中是是“历史留给人类的资源储备历史留给人类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的，也是富饶的也是富饶的 开发海水中的卤素资源 水资源 生物资源 能源 矿产资源 化学资源 15001500万吨万吨4545亿吨亿吨可用可用1 1万年万年0.545mol/L0.545mol/L0.468mol/L0.468mol/L海洋元素海洋元素航空航天航空航天1.以离子形式存在2.总量大3.浓度小 需富集（浓缩、萃取、吸附）海水中化学元素的分布特点一、海水晒盐 海水中含量最高的是海水中含量最高的是:含量最高的金属元素是：含量最高的金属元素是：1、海水晒盐的方法、海水晒盐的方法（1）古代：）古代：煮海为盐煮海为盐 盐田法盐田法（2）现代：）现代：太阳能蒸发法（盐田法）课本太阳能蒸发法（盐田法）课本23页页蒸馏法、电渗析法、冷冻法蒸馏法、电渗析法、冷冻法NaClNa普通海水的密度是：普通海水的密度是：1.026g/ml海盐认识历程 几十万年以前，海边的猿人几十万年以前，海边的猿人是最早开始有意识地吃盐。是最早开始有意识地吃盐。黄帝时（约黄帝时（约5000年前）年前），诸侯夙沙氏，始以诸侯夙沙氏，始以“煮海为盐煮海为盐”。明朝末年（明朝末年（16371654年），宋应星的年），宋应星的天工开物天工开物详详细记载了食盐的提取方法。细记载了食盐的提取方法。古代古代“鹽鹽”字有字有”臣臣“、人人”、“卤卤”、“皿皿”四个部分组成。四个部分组成。结晶结晶蒸发溶剂结晶：蒸发溶剂结晶：冷却热饱和溶液冷却热饱和溶液：溶解度受温度影响较小的溶解度受温度影响较小的溶解度受温度影响较大的溶解度受温度影响较大的2、原理：蒸发溶剂结晶、原理：蒸发溶剂结晶问题：能不能把卤水直接晒干得到NaClNaCl？原因：原因：必须控制海水的密度必须控制海水的密度密度控制法根据上表回答：为了使得到的粗盐中除氯化钠外含杂根据上表回答：为了使得到的粗盐中除氯化钠外含杂质较少，实际生产中卤水的密度应控制在什么范围？质较少，实际生产中卤水的密度应控制在什么范围？3、海水密度应控制在：、海水密度应控制在：1.21g/ml1.26g/ml之间（以之间（以1.22g/ml为最佳）为最佳）原因：这个范围内原因：这个范围内NaCl析出量多，杂质析出量少析出量多，杂质析出量少4、海水晒盐得到的食盐是、海水晒盐得到的食盐是粗盐粗盐，主要是，主要是NaCl（78%）,还含有还含有MgCl2、MgSO4、CaSO4和难溶性物质，必须经过和难溶性物质，必须经过_.粗盐提纯粗盐提纯问题：在这个密度范围内析出的食盐中有哪些杂质？粗盐提纯（除去泥沙）提纯步骤：提纯步骤：溶解溶解过滤过滤蒸发蒸发 过滤要点：过滤要点：一贴二低三靠一贴二低三靠一贴一贴:滤纸紧贴漏斗内壁。滤纸紧贴漏斗内壁。二低二低:滤纸上沿低于漏斗口滤纸上沿低于漏斗口,溶液液面低于滤纸上沿。溶液液面低于滤纸上沿。三靠三靠:漏斗颈下端紧靠承接滤液的烧杯的内壁漏斗颈下端紧靠承接滤液的烧杯的内壁,引流的引流的玻璃棒下端轻靠滤纸三层一侧玻璃棒下端轻靠滤纸三层一侧;盛待过滤的烧杯口靠盛待过滤的烧杯口靠在玻璃棒的中下部。在玻璃棒的中下部。蒸发要点：蒸发要点：不停搅拌不停搅拌；出现较多固体时停止加热用余；出现较多固体时停止加热用余热蒸干。热蒸干。BaClBaCl2 2BaBa2 2MgMg2+2+CaCa2+2+SO SO4 42-2-Mg(OH)Mg(OH)2 2 BaSOBaSO4 4 CaCOCaCO3 3 NaOHNaOHNaNa2 2COCO3 3粗盐（含泥沙、粗盐（含泥沙、CaCa2+2+、MgMg2+2+、SOSO4 42-2-）除杂原则：除杂原则：1.1.不引入新杂质不引入新杂质;2.2.加入试剂必须适当过量加入试剂必须适当过量;3.3.新引入的杂质必须通过后面所加试剂加以除去新引入的杂质必须通过后面所加试剂加以除去。OHOHCOCO3 32 2NaClNaCl（CaCa2+2+、MgMg2+2+、SOSO4 42-2-）过滤过滤?NaClNaCl 粗盐提纯（除去可溶性杂质）粗盐提纯（除去可溶性杂质）NaONaOH H溶液溶液BaClBaCl2 2溶液溶液NaNa2 2COCO3 3溶液溶液NaNa+C Cl l-CaCa2+2+MgMg2+2+SOSO4 42-2-NaNa+C Cl l-CaCa2+2+MgMg2+2+BaBa2 2BaSOBaSO4 4 NaNa+C Cl l-MgMg2+2+COCO3 32 2BaSOBaSO4 4 CaCOCaCO3 3 BaCOBaCO3 3 MgCOMgCO3 3 NaNa+C Cl l-COCO3 32 2OHOHBaSOBaSO4 4 CaCOCaCO3 3 BaCOBaCO3 3 Mg(OHMg(OH)2 2 稀盐酸稀盐酸(调调pH)pH)NaNa+C Cl l-苦卤苦卤1.22g/mL1.22g/mL(含含NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+、SOSO4 42-2-、ClCl-、BrBr-)海水晒盐海水海水1.026g/mL1.026g/mL粗盐（含泥沙、粗盐（含泥沙、CaCa2+2+、MgMg2+2+、SOSO4 42-2-）苦卤苦卤1.211.21 1.26g/mL1.26g/mL晒晒精精盐盐精制精制 食用食用氯碱氯碱工业工业提镁提镁提溴提溴氯碱产品的主要用途示意图二、氯碱工业的化学原理电解饱和食盐水饱和食盐水饱和食盐水和酚酞试液和酚酞试液+直流电源直流电源阴极阴极阳极阳极电极判电极判断方法断方法电极电极名称名称实验现象实验现象与电源与电源负极负极相连相连阴极阴极与电源与电源正极正极相连相连阳极阳极电极判电极判断方法断方法电极电极名称名称实验现象实验现象与电源与电源负极负极相连相连阴极阴极阴极区阴极区溶液变红溶液变红产生产生无色气体无色气体与电源与电源正极正极相连相连阳极阳极刺激性气刺激性气味气体味气体二、氯碱工业的化学原理电解饱和食盐水滴有酚酞的滴有酚酞的饱和食盐水饱和食盐水+直流电源直流电源阴极阴极阳极阳极电极判电极判断方法断方法电极电极名称名称实验现象实验现象检验方法检验方法电极电极产物产物与电源与电源负极相连负极相连阴极阴极阴极区阴极区溶液变红溶液变红滴加酚酞试液滴加酚酞试液溶液变红溶液变红NaOHNaOH产生产生无色气体无色气体与电源与电源正极相连正极相连阳极阳极刺激性气刺激性气味气体味气体二、氯碱工业的化学原理电解饱和食盐水电极判电极判断方法断方法电极电极名称名称实验现象实验现象检验方法检验方法电极电极产物产物与电源与电源负极相连负极相连阴极阴极阴极区阴极区溶液变红溶液变红滴加酚酞试液滴加酚酞试液溶液变红溶液变红NaOHNaOH产生产生无色气体无色气体与电源与电源正极相连正极相连阳极阳极刺激性气刺激性气味气体味气体湿润的淀粉湿润的淀粉-KIKI试纸靠近试纸靠近导管口，试纸变蓝导管口，试纸变蓝ClCl2 2二、氯碱工业的化学原理电解饱和食盐水电极判电极判断方法断方法电极电极名称名称实验现象实验现象检验方法检验方法电极电极产物产物与电源与电源负极相连负极相连阴极阴极阴极区阴极区溶液变红溶液变红滴加酚酞试液滴加酚酞试液溶液变红溶液变红NaOHNaOH产生产生无色气体无色气体 收集导管口产生的气体，收集导管口产生的气体，靠近火焰时有爆鸣声靠近火焰时有爆鸣声H H2 2与电源与电源正极相连正极相连阳极阳极刺激性气刺激性气味气体味气体湿润的淀粉湿润的淀粉-KIKI试纸靠近试纸靠近导管口，试纸变蓝导管口，试纸变蓝ClCl2 2二、氯碱工业的化学原理电解饱和食盐水精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液阳阳 极极阴阴 极极 总反应：总反应：2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O O 2NaOH+H2NaOH+H2 2 +Cl+Cl2 2 通电通电阴极阴极阳极阳极+电 离 电离：物质溶于水或受热熔化时，离解成自由移动的离子的过程。电离方程式：用化学式和离子符号表示电离过程的式子。如：NHNH4 4Cl Cl NHNH4 4+Cl+Cl、H H2 2OO OH OH +H H+练习：书写NaClNaCl、H H2 2SOSO4 4、AlAl2 2(SO(SO4 4)3 3、Ba(OH)Ba(OH)2 2的电离方程式。的电离方程式。精制精制饱和饱和NaClNaCl溶液溶液H H+NaNa+ClClOHOHNaClNaCl ClCl +Na+Na+H H2 2O O OHOH +H H+2H2H+2e H+2e H2 2 2Cl2Cl2e Cl2e Cl2 2 总反应：总反应：2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O O 2NaOH+H2NaOH+H2 2 +Cl+Cl2 2 通电通电阴极阴极阳极阳极阳阳 极极阴阴 极极+e ee e三、氯碱工业发展史 18071807年年英国著名化学家戴维在研究电英国著名化学家戴维在研究电解食盐水时，除了得到氢氧化钠溶液外，解食盐水时，除了得到氢氧化钠溶液外，还得到了纯净的氯气和氢气，从而为氯碱还得到了纯净的氯气和氢气，从而为氯碱工业的诞生打下了理论和实验基础。工业的诞生打下了理论和实验基础。18901890年年在德国建成第一个制氯工厂。在德国建成第一个制氯工厂。18931893年年在美国纽约建成第一个采用隔在美国纽约建成第一个采用隔膜法电解食盐水制取烧碱和氯气的工厂。膜法电解食盐水制取烧碱和氯气的工厂。19291929年实业家吴蕴初集资在上海创建天原电化厂，生产年实业家吴蕴初集资在上海创建天原电化厂，生产烧碱、盐酸、漂白粉烧碱、盐酸、漂白粉三种产品。三种产品。19401940年，抗战，内迁四川，在重庆建成重庆天原电化厂。年，抗战，内迁四川，在重庆建成重庆天原电化厂。19431943年，建成宜宾天原电化厂。年，建成宜宾天原电化厂。19461946年，在上海恢复了天字年，在上海恢复了天字号天原电化厂的生产。号天原电化厂的生产。19561956年天原电化厂更名为上海天原化工厂。年天原电化厂更名为上海天原化工厂。20002000年从上海长宁区天山路搬迁到位于杭州湾的国家级年从上海长宁区天山路搬迁到位于杭州湾的国家级上海化工园区，完成产业升级。上海化工园区，完成产业升级。中国第一家氯碱厂精制精制饱和饱和NaCl溶液溶液H H2 2NaOHNaOHClCl2 2 总反应：总反应：2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O O 2NaOH+H2NaOH+H2 2 +Cl+Cl2 2 通电通电阴极阴极阳极阳极阳阳 极极阴阴 极极+e ee e+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H H2 2OO（含少量（含少量NaOHNaOH）阳离子交换膜阳离子交换膜阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜电解法流程图阳离子膜电解车间 1 1、主体设备：、主体设备：离子膜电解槽离子膜电解槽 简单构造：简单构造：阳极：金属钛网阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物涂钛钌氧化物)阴极：碳钢网阴极：碳钢网(有镍涂层有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子交换膜：只允许阳离子阳离子通通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。(1)(1)防止防止ClCl2 2和和H H2 2混合而引起爆炸；混合而引起爆炸；(2)(2)避免避免ClCl2 2与与NaOHNaOH反应生成反应生成NaClONaClO，影响，影响NaOHNaOH的产量；的产量；(3)(3)2 2、阳、阳离子交换膜的作用离子交换膜的作用：避免避免ClCl-近入阴极区导致制得的近入阴极区导致制得的NaOHNaOH不纯。不纯。离子膜电解法离子膜电解法 离子膜电解法离子膜电解法6 6、优点：、优点：投资费用、能耗、污染都较低，产品质量较好。投资费用、能耗、污染都较低，产品质量较好。5 5、添加物质：、添加物质：饱和食盐水、稀饱和食盐水、稀NaOHNaOH溶液溶液 4 4、产品：、产品：H H2 2 、ClCl2 2 、NaOHNaOH溶液溶液3 3、基本原理：、基本原理：阴极：阴极：2H2H+2e+2e-=H=H2 2阳极：阳极：2Cl2Cl-2e-2e-=Cl=Cl2 22NaCl+2H2NaCl+2H2 2O O 2NaOH+Cl2NaOH+Cl2 2+H+H2 2 通电通电 隔膜电解法隔膜电解法 1 1、生产的主体设备、生产的主体设备：石棉隔膜电解槽石棉隔膜电解槽3 3、添加原料、添加原料阳极区：阳极区：A A（饱和食盐水）（饱和食盐水）投资多、能耗较高，产品烧碱投资多、能耗较高，产品烧碱中会含有杂质食盐。中会含有杂质食盐。5 5、缺点、缺点2 2、原理、原理4 4、产品、产品阳极区：阳极区：阴极区：阴极区：B B（ClCl2 2）C C（H H2 2）、）、D D（NaOHNaOH、NaClNaCl溶液）溶液）水银电解法水银电解法基本原理：基本原理：解汞槽：解汞槽：2Na+2H2Na+2H2 2O=2NaOH+HO=2NaOH+H2 2 电解槽：阴极：电解槽：阴极：2Na2Na+2e+2e-=2Na =2Na 阳极：阳极：2Cl2Cl-2e-2e-=Cl=Cl2 2污染优点：制得的优点：制得的碱液浓度高，碱液浓度高，质量好，成本质量好，成本低！低！拓展视野拓展视野 海海水水中中所所含含食食盐盐高高达达4 410101616t t，可可以以在在地地球球表表面铺上面铺上150150米米厚。厚。