第二节 氯碱工业.doc

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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】2NaCl＋2H2O = H2↑＋Cl2↑＋2NaOH
【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)
①过滤以除去泥沙。
②加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4↓。
③加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3↓；CO32- + Ba2+ = BaCO3↓
④加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓；Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓
⑤过滤以除去上述产生的沉淀。
⑥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①的化学方程式是 。
(3)反应②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)Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O
(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)
①过滤以除去泥沙
②加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4↓。
③加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3↓；CO32- + Ba2+ = BaCO3↓
④加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓；Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓
⑤过滤以除去上述产生的沉淀。
⑥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+O3→ClO+O2 ClO+O→Cl+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①NO2→NO＋O ②O2＋O→O3 ③ 。请填写第③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；2NO＋O2＝2NO2；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。
Cl2
500℃
Cl2
CCl4
2．已知：CH=CH—CH3 CH2ClCHClCH3
CH2=CH－CH3 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)A→B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
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