苏教版高中化学选修二课件化学与技术专题2第二单元.ppt

(1)判断BaCl2已过量的方法是 _________________________________________. (2)第④步中,相关的离子方程式是 __________________________________________. (3)若先用盐酸调pH再过滤,将对实验结果产生影响, 其原因是___________________________________.
阳极:_2_C__l－__－__2_e_－_=_=_=_C__l2_↑__ (氧化反应) 阴极:_2_H__＋_＋__2_e_－__=_=_=_H_2_↑__ (还原反应) 这种使电流通过电解质溶液或熔融态的电解质,在 阴、阳两极分别发生_还__原__和__氧__化__反__应__的过程叫做 电解.
第二单元 氯碱生产
第
学习目标
二
单
元
课前自主学案
氯
碱
生
课堂互动讲练
产
知能优化训练
学习目标 1.掌握隔膜法和离子膜法电解食盐水的原理和方 法。 2．了解法拉第电解定律。
课前自主学案
一、食盐水的电解原理 氯化钠是强电解质,在水中完全电离;水是弱电解质, 微弱电离,因此食盐水中存在着Na＋、Cl－、H＋、 OH－四种离子.通电前,这些离子在溶液里自由移动; 通电后,带负电荷的OH－和Cl－向阳极移动,带正电 荷的Na＋和H＋向阴极移动.在阳极上,Cl－失去电子 被氧化成氯原子,氯原子结合成氯分子形成氯气;在 阴极上,H＋得到电子被还原成氢原子,氢原子结合 成氢分子形成氢气.电极上发生的反应分别为:
项操作,正确的操作顺序是(双选)( )
①过滤 ②加过量 NaOH 溶液 ③加适量盐酸 ④
加过量 Na2CO3 溶液 ⑤加入过量的 BaCl2 溶液
A．①④②⑤③
B．④①②⑤③
C．②⑤④①③
D．⑤②④①③
解析:选 CD.按除杂的基本要求,为了保证杂质离子完全 除去,所有试剂一般应稍过量,但又不能引入新杂质,而 且方法要尽可能简单.解题时,要弄清每加一种试剂的 作用以及过量的试剂如何在下一步除去.过量的 NaOH 溶液是为了使粗盐水中的 Mg2＋、Cu2＋、Fe3＋等离子形 成沉淀,多加的 NaOH 最后可用 HCl 溶液中和;加 BaCl2 可除去 SO24－;加过量的 Na2CO3 溶液是为了使粗盐水中 的 Ca2＋以及上一步中过量的 Ba2＋形成沉淀而除去.
加入 Na2CO3 溶液以除去 Ca2＋： Ca2＋＋CO23－===CaCO3↓ 加入 NaOH 溶液以除去 Mg2＋、Fe3＋等： Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
为了除去 SO24－,可以先加入 BaCl2 溶液,然后再加入 Na2CO3 溶液,以除去过量的 Ba2＋: Ba2＋＋SO24－===BaSO4↓,CO23－＋Ba2＋===BaCO3↓.
这样处理后的盐水仍含有一些Ca2＋、Mg2＋等金 属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉 淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离 子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2＋、 Mg2＋等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进 行电解了。
例1 为除去粗盐中的Ca2＋、Cu2＋、Mg2＋、Fe3＋、 SO以及泥沙等杂质,某同学设计了一种制备精盐的 实验方案,步骤如下(用于沉淀的试剂稍过量):
【解析】 (1)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极 反应:2Cl－－2e－===Cl2↑;阴极反应:2H＋＋2e－ ===H2↑.与电源正极相连的为阳极,反之为阴极. 所以X为阴极,Y为阳极.X极在反应过程中消耗了 H2O电离出的H＋,溶液呈碱性,加入酚酞试液变成 红色;Y极产生Cl2,能使湿润的淀粉碘化钾试纸变 成蓝色.
2．离子膜电解槽 在离子膜电解槽中,电解槽的阴极室和阳极室用阳 离子膜隔开，精制饱和食盐水进入阳极室,稀NaOH 溶液(或去离子水)进入阴极室.阳离子膜具有选择透 过性,它只允许阳离子_N_a_＋__、__H_＋_透过膜进入阴极室, 而阴离子_C_l_－_、__O__H_－__和气体则不能透过.接通直流 电,H＋在阴极表面放电最终生成__氢__气__,Na＋透过膜 由阳极室进入阴极室,
在阴极室得到纯度较高的__N_a_O__H_溶液;Cl－则在阳 极表面放电最终生成_氯__气__.电解时,食盐水因氯化钠 被消耗而成为淡盐水从阳极室排出.通过调节进入 阴极室的去离子水的量,可得到一定浓度的_N__a_O_H_ 溶液. 离子膜法具有能耗低、产品质量高、设备占地面积 小、生产能力大及无污染等优点,是氯碱工业的发 展方向.
(4)未用玻璃棒引流;未采用 150 mL 容量瓶
【规律方法】 通过粗盐提纯考查基本的实验操 作。关于粗提纯的操作，关键注意三点，一是 每一步所加的试剂均过量，二是碳酸钠在氯化钡 之后加，三是盐酸最后加入。
变式训练 1 为了除去粗盐中 Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、
Fe3＋、SO24－及泥沙,可将粗盐溶于水,然后进行下列五
【答案】 (1)取第②步后的上层清液 1～2 滴于点滴 板上,再滴入 1～2 滴 BaCl2 溶液,若溶液未变浑浊则表 明 BaCl2 已过量 (2)Ca2＋＋CO23－===CaCO3↓; Ba2＋＋CO23－===BaCO3↓ (3)先加 HCl 会有少量 CaCO3、BaCO3 等溶解,从而影 响制得精盐的纯度
2．离子交换膜法 在此法的主要设备电解槽中，采用具有选择性的 离子交换膜将阳极室和阴极室隔开，阳离子交换 膜只允许Na＋、H＋通过，而Cl－、OH－和气体则 不能通过，这样既能防止阴极产生的氢气与阳极 产生的氯气混合而引起爆炸，又能避免氯气与氢 氧化钠反应生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。离 子交换膜法在建设费用、电能消耗、产品质量和 解决环境污染等方面都比隔膜法优越，被公认是 现代氯碱工业的发展方向。
(2)电解精炼Cu时,有含杂质的Cu为阳极,纯Cu为 阴极.反应过程中阳极上Cu以及比Cu活泼的金属 失去电子,成为离子,进入溶液,活泼性比Cu差的金 属形成阳极泥;在阴极只有Cu2＋能得电子成为单 质,其他较活泼金属对应的离子不能得电子.根据 装置图,X为阴极,Y为阳极.所以,X电极的材料是纯 铜,电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu;Y电极的材料 是粗铜,电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋.
思考感悟 1．(1)如何通过食盐来生产烧碱和氯气？ (2)电解时离子的放电顺序是什么？
【提示】 (1)电解饱和食盐水。方程式为： 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑.
(2)离子在电极表面得到或失去电子的过程也叫做 “放电”.当电解质溶液中存在多种阳离子或阴离 子时,离子在电极上放电的顺序存在一定规律.实 验事实一般为用石墨作电极时,得电子能力越强的 金属阳离子越先放电,失电子能力越强的阴离子越 先放电;如果与正极相连的是金属(铂、金除外),则 是金属原子失去电子.
【答案】 (1)①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体, 溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀 粉碘化钾试纸放在Y电极气体出口处,试纸变蓝色
(2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu
这两种膜作用不全相同，都能有效防止H2与Cl2 混合和Cl2与NaOH溶液反应，但隔膜不能阻止离 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 年提出了电解反应中通过的 电量和析出的电解产物数量关系的定律:在电解时,电 极上每通过 96500 C(即 1 法拉第)的电量就会有 1 mol 电子发生转移,而产生Z1 mol(Z 是电极上放电离子得失 电子数)电解产物.
电解是在电解槽中进行的.电解槽有两个电极,与直 流电源的正极相连的是阳极,与负极相连的是阴极. 通电时,阳离子移向阴极,在阴极得到电子,发生还原 反应;阴离子移向阳极,在阳极失去电子,发生氧化反 应.随着电解的进行,在阴极区H＋不断消耗,而OH－ 不断聚集,形成_N__a_O_H__溶液.
电解饱和食盐水反应的化学方程式为 _2_N_a_C__l＋__2_H__2_O______2_N_a_O__H_＋__H__2↑__＋__C__l2_↑__.
例如:电解饱和 NaCl 溶液时,若线路中通过 1 mol 电子
时,则阴极析出12 mol H2,阳极析出12 mol Cl2,同时得到 1 mol NaOH.
课堂互动讲练
粗盐精制
精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2 等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调 节盐水的pH。例如：
思考感悟 2．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＋2H2O=通==电==2NaOH＋H2↑＋ Cl2↑,H2＋Cl2==光===2HCl,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 溶液.
从以上分析可以知道Na2CO3溶液必须在加入 BaCl2溶液之后才能加入，以保证过量的钡试剂 不致引入新杂质；而盐酸应该在过滤操作后加入，
以防止在加入酸调节溶液pH时，某些沉淀会溶 解或部分溶解。至于NaOH溶液和BaCl2溶液加 入的先后顺序，则没有原则性的差别。按以上分
析可以知道C和D选项符合题意。
(2)如果用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4 溶液,则 ①X电极的材料是________, 电极反应式为______________________________. ②Y电极的材料是________, 电极反应式为______________________________. (说明:杂质发生的电极反应不必写出)
二、食盐水电解工艺 1．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__通过而 不能阻止_水__分__子__和__离__子__通过.电解时，Cl－在阳极 氧化成氯气从阳极室排出;在阴极上,H＋得电子被 还原为H2从阴极室放出.
例2 电解原理在化学工业中有 广泛应用.右图表示一个电解池,装 有电解液a;X、Y是两块电极板,通 过导线与直流电源相连.请回答以 下问题： (1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和 NaCl溶液,实验开始时,同时在两 边各滴入几滴酚酞试液,则
①电解池中X极上的电极反应式为 _________________________________________, 在X极附近观察到的现象是__________________. ②Y电极上的电极反应式为__________________, 检验该电极反应产物的方法是________________ __________________________________________.
电解饱和食盐水
1．隔膜法 隔膜法采用的主要设备是隔膜电解槽，其特点是 用多孔渗透性的隔膜将阳极室和阴极室隔开。隔 膜阻止气体通过，而只让水和离子通过。这样既 能防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合而 引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠反应生成次 氯酸钠而影响烧碱的质量。隔膜法的缺点主要是 投资和能耗较高，产品烧碱中会含有杂质食盐。
(4)为检验精盐纯度,需配制150 mL 0.2 mol·L－1
NaCl(精盐)溶液,上图是该同学转移溶液的示意图,
图中的错误是_____________________________.
【解析】 加入BaCl2、NaOH、Na2CO3等沉淀 剂后,产生BaSO4、Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3等 沉淀,还有过量Na2CO3,需加入HCl使Na2CO3转变 成NaCl.但如先加HCl再过滤,Mg(OH)2、BaCO3、 CaCO3都可能溶解,造成产品纯度不高.