第二节 氯碱工业

神奇化学网 第四单元 电解原理及其应用第二节 氯碱工业 【教学目的】1了解氯碱工业反应原理；正确书写电极反应方程式和电解的总化学方程式。 2初步了解电解槽的简单结构及食盐水的精制。 3常识性介绍以氯碱工业为基础的化工生产。 4通过电解食盐水的实验，培养学生的观察能力、分析归纳能力和利用化学原理解决实际问题的能力。 5通过阅读材料，培养学生的自学能力。6通过对实验现象的观察，掌握观察实验的方法和步骤，准确记录实验现象，正确分析实验现象，探究实验规律的方法。通过讨论，激发学生的求知欲，闪现智慧火花，培养创新意识。【教学重点】氯碱工业反应原理。【教学难点】氯碱工业反应原理。【教具准备】 1实验仪器：铁架台、U型管、石墨电极、导线、电流表、直流电源。 2实验药品：饱和氯化钠溶液。3幻灯片若干张。【课时安排】 2课时。 第一课时 氯碱工业反应原理和粗盐的精制第二课时 以氯碱工业为基础的化工生产【教学方法】实验探究、自学讨论、总结归纳。【教学过程】第一课时 【引言】本节课我们继续学习电解原理应用的又一个重要实例电解饱和食盐水制氮气和烧碱称氯碱工业。我们学习的主要目标是掌握工业上制取氯气和烧碱的反应原理，初步了解化工生产设备、原料及其精制、生产流程。 【板书】第二节 氯碱工业 一、电解饱和食盐水反应原理 【演示】实验装置如右图： 【投影】实验步骤： 1按装置图安装好仪器。 2向U型管中注人饱和食盐水，接通电源。 3向阴阳两极滴加几滴酚酞溶液，把湿润的淀粉碘化钾试纸分别放在阴阳两极试管口上方。 【设疑】电解池两极上各有什么现象产生？ 【提问】请描述实验现象，试判断出结论。【学生回答】(相互补充)1两极均产生气体。 2阴极区附近溶液出现红色，有碱生成。 3阳极淀粉碘化钾试纸变蓝，气体有刺激性气味，应是Cl2。 【阅读讨论】阅读教材，看后相互讨论，推选代表回答产生这种现象的原因。【小结并板书】师生共同总结： 在阴极：由于2H+2e- = H2，H+不断被消耗，促进H2O H+OH-向右移动，破坏了水的电离平衡，c(OH-)相对的增大了，因此，在阴极附近形成了氢氧化钠溶液。 【提问】写出电解的总的化学反应方程式。 【板演】2NaCl2H2O = H2Cl22NaOH 【追问】这样写是否正确？ 【回答】不正确，反应条件应写通电或电解。 【过渡】工业上就是应用电解食盐水溶液的方法制取烧碱和氯气的，下面我们研究工业制碱方法。 【板书】二、离子交换膜法制烧碱 【讲述】目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。请同学们结合幻灯片上的自学提纲，阅读教材。 【投影】1离子交换膜电解槽的简单构造如何？ 2离子交换膜的作用是什么？ 3工业制碱的简单生产流程怎样？ 【自学讨论】学生阅读，同学之间可以相互讨论，教师解疑。 【小结】师生共同活动： 【板书】1，生产设备名称：离子交换膜电解槽 阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物) 阴极：碳钢网(有镍涂层) 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 2离子交换膜的作用： (1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸 (2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量 3生产流程(详见教材内容)。 【投影】 【设疑】氯碱工业的原料是饱和食盐水，由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-杂质，会在碱性溶液中形成沉淀，损坏离子交换膜，所以必须要对粗盐水进行净化。那么，如何净化盐水呢？ 实际上这是一个物质分离和提纯的问题。请同学们思考： 1用什么方法除去泥沙？ 2用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？ 3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？ 【讨论】同学之间相互讨论探讨。 【归纳总结】师生共同活动。 【板书】4精制食盐水 步骤及原理如下：(所加试剂必须过量，过量试剂必须除去，步骤必须最简单) 过滤以除去泥沙。 加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4。 加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3；CO32- + Ba2+ = BaCO3 加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+2OH-Mg(OH)2；Fe3+3OH-Fe(OH)3 过滤以除去上述产生的沉淀。 这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，必须用离子交换树脂除去。 【小结】由学生总结一下本节课所讲述内容，教师适时给予点拨。【课堂练习】工业上用立式隔膜电解槽电解饱和食盐水制取氯气和烧碱时，要用石棉绒隔开阴、阳两极。现在将用如右图所示的装置电解饱和食盐水。烧杯中的搅拌子在搅拌器的作用下可以不断地旋转搅拌溶液，使其充分混合。当用石墨棒为阳极，铁棒为阴极进行电解时： (1)开动电磁搅拌器前的电解反应方程式是，若共收集标准状况下的气体 22.4 L，则另一种产品的物质的量为mol。 (2)开动电磁搅拌器后，阴极电极反应是，阳极电极反应是。 (3)搅拌后，溶液中发生反应的离子方程式是。 (4)电解总反应方程式是。 【答案】(1)2NaCl + 2H2O = H2+ Cl2 + 2NaOH；1。 (2)阴极反应：2H+ 2e- = H2 阳极反应：2Cl- - 2e- Cl2 (3)2OH- + Cl2 Cl- + ClO- + H2O (4)NaCl + H2O = H2 + NaClO 【课后作业】教材课后习题第一、二题。 【补充习题】下图每一方框中的字母代表一种反应物或生成物： 物质A跟B反应生成物质E、F和G；物质C跟D反应生成物质I，某温度下该反应起始和某时刻的反应混合物组成如上表格所示。请填写下列空白： (1)物质H的分子式是。 (2)反应的化学方程式是。 (3)反应的化学方程式(须注明反应条件)是。高温高压催化剂 【答案】(l)HCl(2)Cl22NaOHNaClNaClOH2O(3)N2 + 3H2 2NH3 【板书设计】一、电解饱和食盐水反应原理 二、离子交换膜法制烧碱 1生产设备名称：离子交换膜电解槽 阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物) 阴极：碳钢网(有镍涂层) 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室 2离子交换膜的作用： (1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸 (2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠产量 3生产流程 4精制食盐水 步骤及原理如下：(所加试剂必须过量，过量试剂必须除去，步骤必须最简单) 过滤以除去泥沙 加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4。 加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3；CO32- + Ba2+ = BaCO3 加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+2OH-Mg(OH)2；Fe3+3OH-Fe(OH)3 过滤以除去上述产生的沉淀。 这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，必须用离子交换树脂除去。 第二课时【提问】上节课我们主要学习了氯碱工业的反应原理，请一位同学写出有关反应的化学方程式。【板演】学生在黑板上写出，教师给予纠正【过渡】氯碱工业产品 NaOH、H2和 Cl2都是重要的化工原料，可以进一步加工成多种化工产品。这节课我们就共同探讨一下以氯碱工业为基础的化工生产。 【板书】三、以氯碱工业为基础的化工生产 【过渡】请同学们思考并讨论前面我们已经学过的有关以NaOH为原料的化学反应，并指明工业上的用途。 【小结并板演】学生发言并书写，教师适时给予点拨。 【过渡】请同学们思考并讨论前面我们已经学过的有关以Cl2为原料的化学反应，并指明工业上的用途。 【小结并板演】学生发言并书写，教师适时给予点拨。 【过渡】请同学们思考并讨论前面我们已经学过的有关以H2为原料的化学反应，并指明工业上的用途。 【小结并板演】学生发言并书写，教师适时给予点拨。 (这个教学环节很好地体现了学生的主体地位，激发学生智慧的火花，体现学习的协作精神，很多意想不到的反应都能被学生想出来，也体现了创新意识，效果是不错的。) 【投影】【板书】四、氯碱工业产品及环境保护(详见教材内容) 结合上述实例对学生进行讲述。光光 【讲述】值得一提的是在以氯碱工业为基础的化工生产过程中，由于有氯气和氯的化合物的存在，可能会造成环境污染，如氟氯烃(氟利昂)的任意排放，可能会加速臭氧空洞的形成，对人类造成危害。生产过程中必须给予足够的重视。 【课堂练习】1当大气平流层中O2的含量达到0.2 mol/L时，通过O3 O2 + O的反应过程，能有效地吸收太阳紫外线辐射，使地面生物免受其害，研究发现氟利昂(如CCl2F2)在光的作用下，分解产生Cl原子，Cl原子会对臭氧层产生长久的破坏作用。其过程可简单表示为Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2。臭氧层被破坏的总反应方程式为，在反应过程中Cl原子的作用是 。当大气平流层中Q浓度减小，地球表面接受紫外线辐射量增大，会使生物发生突变，导致人类患病的机会增多，导致植物表皮受损。 当地球表面空气中O3的含量超过0.lmL/m3时会对空气造成污染，不仅直接刺激人的眼睛，还是形成光化学烟雾的重要因素，其中氮的氧化物对O3的生成起到催化作用，其过程可简单表示为NO2NOOO2OO3。请填写第步变化的化学方程式，并写出三步变化的总化学方程式：。光化学烟雾一旦形成不仅造成人呼吸障碍，严重时还会导致病人心脏机能受损，原因是。 【答案】2O3 =3O2；O3分解为O2的催化剂；基因；皮肤；2NOO22NO2；3O2=2O3；呼吸障碍使心脏供氧不足，心脏肌肉收缩减弱，使心脏受损。Cl2500Cl2CCl4 2已知：CH=CHCH3 CH2ClCHClCH3 CH2=CHCH3 CH2=CHCH2Cl 试以丙烯为主要原料合成硝化甘油，写出各步化学方程式，并注明反应类型。【答案】【小结】由学生总结一下本节课所研究的内容，以加深记忆和印象。【课后作业】1有条件的学校或学生可参观氯碱工业车间和生产产品，以求理论联系实际。 2已知氯乙烷跟氢氧化钠醇溶液共热可得乙烯。(1)从左到右依次写出每步所属的反应类型：(a取代反应b加成反应c消去反应，只填字母)(2)AB所需的试剂和条件是。(3)写出 的化学方程式： CI CICI【答案】(1)b，c，b，c，b(2)NaOH醇溶液 加热 【板书设计】 三、以氯碱工业为基础的化工生产 四、氯碱工业产品及环境保护10