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- 2021-07-09 发布
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第二节 氯碱工业
教案14(4-2-1氯碱工业)
学习目标
1.掌握电解饱和食盐水的基本原理及其产品的主要用途。
2.了解先进的电解制碱技术离子交换膜法。
3.巩固工业制碱原理。了解以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途。
4.了解以氯碱工业为基础的化工生产过程的污染及其产品对环境污染。培养学生的良好的环保意识。
学习过程
一、自学探究
1.(课本56页图4---7)
⑴一根碳棒作阳极,一根铁棒作阴极,即电极为_______电极,溶液中存在的离子有_________。根据放电的先后顺序,阳极电极反应式为______________。阴极电极反应式为_______________。总反应式为:________________。
⑵电解前向溶液中滴加酚酞,现象_____________,随着电解反应的进行,溶液颜色由_______________,两极极板上都有_______________产生,如何检验气体的种类?
(可再思考一下:若是阴、阳极都用铁电极或都用石墨电极时所发生的电极反应有什么差异?电解过程中溶液中各种离子的浓度会怎样变化?电解时阴阳两极分别产生氯气和氢气,理论上生成的氢气的体积、氯气的体积应该相等,但实验可观察到阳极上产生的气泡明显比阴极产生的气泡少,为什么?)
2.见教材61页图4-13电解饱和食盐水装置。
(1)碳棒和铁钉可以交换使用吗?为什么?
(2)教材第61页讨论2。
二、总结与评价
[总结]
1.在0饱和食盐水中接通直流电源后,溶液中带负电的OH—、和Cl—向阳极移动,由于Cl—比OH—容易失去电子,在阳极被氧化成氯原子,氯原子结合成氯分子放出;溶液中带正电的Na+、和H+向阴极移动,由于H+比Na+容易失去电子,在阴极被还原成氢原子,氢原子结合成氢分子放出;在阴极上得到NaOH。
2.氯碱工业所得的NaOH、Cl2、H2
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都是重要的化工生产原料,进一步加工可得多种化工产品,涉及多种化工行业,如:有机合成、医药、农药、造纸、纺织等,与人们的生活息息相关。
[例题讲解]
[例题]某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使氯气被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )B
(A)a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
(B)a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
(C)a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
(D)a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
[分析讲解]从该家用环保型消毒液发生器的制作者来讲,这是化学原理的灵活应用。从这道题的解答来分析,只不过是电解氯化钠水溶液和氯气性质的综合。电解氯化钠水溶液时,阴极产生H2、NaOH,阳极产生Cl2,为了使生成的氯气跟氢氧化钠溶液充分接触并反应,显然应该是电解池的下端产生氯气。所以,a为负极、b为正极。产物是NaClO和NaCl。选B。
[评价]
1.在制玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业生产中都需要的物质是( )。
A.氧化钙 B.石灰石 C.氯化钠 D.纯碱
2.关于工业生产的下列叙述,不正确的是( )。
A.将氢气和氯气混合后光照,使其反应生成氯化氢,再用水吸收得盐酸
B.用硝酸镁作吸水剂,将稀硝酸蒸馏,浓缩制得95%以上的浓硝酸
C.以石灰石、纯碱、石英为原料,在玻璃窑中加强热制取普通玻璃
D.工业上采用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
3.取PH=4的某电解质溶液 1.00L ,用 Pt电极进行电解,经过一段时间后,测得溶液的PH=1,且阴阳两极产物的物质的量之比为2:1,则该电解质溶液是( )。
A.盐酸 B.氯化钾溶液 C.硝酸银溶液 D.硫酸铜溶液
4.用电解水的方法分析水的组成时,需要加入一些电解质以增强水的导电性,不宜加入的物质是( )。
A.Na2SO4 B.NaNO3 C.KOH D.Cu SO4
5.干电池的负极反应是:Zn –2e = Zn 2+,现以干电池作电源电解33.4g 34%的硝酸钾溶液,一段时间后,测得溶液中溶质的质量分数为37.8%,则干电池中消耗锌的物质的量为( )。
A.0.3mol B.0.05mol C.0.2mol D.0.1mol
6.用Cl2对饮用水消毒已有百年历史,这种消毒方法会使饮用水中的有机物发生氯代,生成有机化合物,对人体有害,世界环保联盟即将全面禁止用氯气对饮用水消毒,建议推用广谱性高效消毒剂二氧化氯(ClO2)
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(1)使用作饮用水消毒剂的优点是: 。
(2)目前欧洲一些国家有用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2 同时有Cl2生成,且Cl2
的体积为ClO2 的一半,这一反应的化学方程为: 。
(3)我国最近研制成功用Cl2氧化NaClO2(亚氯酸钠)制得ClO2(在N2的保护下),这一
反应化学方程式为: 。这一方法
的优点是: 。
(4)ClO2有很强的氧化性。因此,常被用作消毒剂,其消毒的效率(以单位质量得到的电
子数表示)是Cl2的___________倍。
第四单元针对性测试题
一、选择题:
1.如下图所示,铜片和锌片用导线连接后插入番茄里,
锌片是( )。
A.阳极 B.正极 C.阴极 D.负极
2.下列叙述中不正确的是( )。
A.电解池的阳极上发生氧化反应,阴极上发生还原反应
B.原电池跟电解池连接后,电子从电池负极流向电解池阳极
C.电镀时,电镀池里的阳极材料发生氧化作用
D.电解饱和食盐水时,阴极得到氢氧化钠溶液和氢气
3.电解硫酸铜溶液时,若要求达到以下几点:⑴阳极质量减少,⑵阴极质量增加,⑶电解液中[Cu2+]不变,则可选用的电极是( )。
A.纯铜作阳极,含锌、银的铜合金作阴极
B.含锌、银的铜合金作阳极,纯铜作阴极
C.用纯铁作阳极,用纯铜作阴极
D.用石墨作阳极,用惰性电极作阴极
4.下列叙述能说明金属甲比金属乙活泼的实际事实是( )。
A.同价态的阳离子,甲的氧化性比乙强
B.将甲、乙作电极与稀硫酸酸溶液组成原电池,甲是负极
C.在氧化还原反应中,甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多
D.常温下,甲能和 NaOH溶液反应,而乙不能
5.在25ºC时,将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,当电路中有a mol电子转移时,溶液中析出mg Na2SO4 ·10 H2 O晶体。若温度不变,在剩余溶液中溶质的质量分数为( )。
A. ×100% B. ×100%
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C. ×100% D. ×100%
6.常温时,将500 ml PH=5的Cu SO4 溶液用石墨电极电解一段时间,测得溶液的PH变为2,若使溶液的浓度、PH与电解前相同,可采用的方法( )。
A.向溶液中加入0.245g Cu (OH)2
B.向溶液中加0.31g CuSO4
C.向溶液中加0.0025 mol H2 SO4并加热
D.向溶液中加0.2g CuO
7.按A图装置进行实验,若图B的X轴表示
流入电极的电子的量,则Y轴不可能表示的情况
是( )。
A.[Ag+] B.[NO3]
C.溶液的PH D.银棒的质量
8.溶液中含有两种溶液质—氯化钠和硫酸,他们的物质的量之比为3:1。用石墨做电极电解该溶液时,根据反应产物可明显分为三个阶段,则下列叙述不正确的是( )。
A.阴极只析出氢气
B.阳极先析出氯气后析出氧气
C.电解最后阶段为电解水
D.电解过程中溶液的PH不断增大,最后PH为7
9.甲、乙两个电解池均为 Pt 电极,且互相串联,甲池盛有AgNO3溶液,乙池中盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池中电极质量增加 2.16g,乙池中电极上析出 0.24g 金属,则乙池中溶质可能是( )。
A.CuSO4 B.MgSO4 C.Al (NO3)3 D.Na2SO4
10.用惰性电极电解M (NO3 )x 的水溶液,当阴极上增重 a 克时,在阳极上同时产生b L氧气(标准状况),从而可知M的相对原子质量为( )。
A.22.4ax/b B.11.2 ax/b C.5.6 ax/b D.2.5 ax/b
二、填空题:
11.氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:
依照图示,完成下列填空:
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⑴ 在电解过程中,与电源正极相联的电极上所发生反应的化学方程式为___________与电源负极相连的电极附近,溶液PH值__________(选填:不变,升高或下降)。
⑵ 工业食盐含Ca2+ 、Mg2+等杂质,精制过程发生反应的离子方程式为________________ 。
⑶如果粗盐中SO42- 含量较高,必须添加钡试剂除去SO42-,该钡试剂可以是__________。
A.Ba (OH)2 B.Ba (NO3 )2 C.BaCl2
⑷ 为有效除去Ca2+ 、Mg2+ 、 SO42-,加入试剂的合理顺序为_______(选填A、B、C,多填扣分)。
A.先加NaOH,后加 Na2CO3,再加钡试剂。
B.先加NaOH,后加钡试剂,再加Na2CO3。
C.先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO3。
⑸ 脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过______冷却、_______(填写操作名称)除去NaCl。
⑹ 在隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2与 NaOH反应;采用无隔膜电解冷的食盐水时,Cl2与 NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为___________________ 。
12.由于Fe (OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反
应制得白色纯净的Fe (OH)2沉淀,应用下图电解实验可以制得白色
的纯净的Fe (OH)2沉淀。两电极材料分别为
石墨和铁。
⑴ a电极材料应为____,电极反应式为________________。
⑵ 电解液C可以是__________。
A.纯净水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
⑶ d为苯,其作用是______________,在加入苯之前对C应作何简单处理___________
⑷ 为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是________。
A.改用稀硫酸作电解液 B.适当增大电源的电压。
C.适当减小两电极间距离 D.适当降低电解液的温度。
⑸ 若C中用Na2SO4溶液,当电解一段时间看到白色Fe (OH)2沉淀后,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,混合物中另一明显现象为_____________________。
三、计算
13.电解26.8%的食盐水1500g,若食盐的利用率为87.3%,求: (1)在27℃和1.11×105大气压下可制得H2多少升?(2)这些氢气和氯气全部化合成氯化氢,溶于水制成功31%的盐酸,其质量为多少g?(3)电解液中氢氧化钠的质量分数浓度为多少?
参考答案
自我探究问题答案
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电解
1.碱性 Na + 、Clˉ 、H+ 、OH- 2Cl- —2e = Cl2↑
2 H+ +2e == H2↑ 2Cl- + 2 H2O = = = Cl2↑+ H2↑+ 2 OH-
无色,无色变成红色,气泡,阳极极板上产生的气体用湿润的淀粉,碘化钾试纸检验,阳极产生的气体,收集点燃听到噗的响声。
2.⑴不可以,此装置中,铁钉只起导电作用,如果交换,铁会放电。逐渐溶解,不再电解食盐水,制取不出NaOH、Cl2 。
⑵、可以。接通电源,哪一极析出铜,哪极为负极,则另一极为正极。
评价测练答案
1.D 2.A 3.D 4.D 5.D
6.(1)ClO2 具有强氧化性,是高效消毒剂,且不会与有机物发生氯代,是一种较理想的饮用水消毒剂。。
(2)2NaClO3 + 4HCl=Cl2↑+2ClO2↑+2NaCl+2H2O
(3)2NaClO2+Cl2 =2ClO2+2NaCl 此法的优点是ClO2的收率高、质量好,无Cl2杂质。
(4)2.63
第四单元针对性练习答案
一、选择题:
1.D 2.B 3.A 4.B 5.D 6.D 7.D 8.D 9.A 10.C
二、11.(1)2Clˉ- 2e = Cl2↑ 升高 (2)Ca 2+ +CO3 2— = CaCO3↓
电解
电解
Mg 2+ + 2 OH- = Mg(OH)2↓ (3)A、C (4)B、C(5)蒸发 过滤
(6)NaCl +H2O === NaClO + H2 ↑或 2 NaCl + 2 H2O= = H2↑ + Cl2↑+ 2NaOH
Cl2 + 2NaOH ==== NaCl + NaClO + H2O
12.⑴铁,Fe-2e = Fe 2+
⑵B、C ⑶隔绝空气,防止Fe(OH)2 被氧化,加热。
⑷、B、C ⑸ Fe(OH)2 变成灰绿色,最后变成红褐色。
13.(1)67.1L (2)706.5g (3)18.74%
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