《氯碱生产》教案3.docx

《氯碱生产》教案

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。

课堂教学

一、粗盐精制

精制食盐水时经常加入Na2CO3. NaOH、BaS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：

加入Na2CO3溶液以除去Ca2+：

Ca2++CO3_=CaCO3l

加入NaOH溶液以除去Mg2+> Fe*等：

Mg2++2OH"=Mg(OH)2|

Fe3+ + 3OH"=Fe(OH)3|

为了除去SO「，可以先加入BaCb溶液，然后再加入Na2CO3溶液，以除去过量的

Ba?+：

Ba2+ + SOr=BaSO4；, CO「+ Ba2+=BaCO3l。

这样处理后的盐水仍含有一些Ca"、Mg?+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Ca?+、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】为除去粗盐屮的Ca?+、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)：

⑴判断BaCb己过量的方法是__________________________________________ o

(2)第④步中，相关的离子方程式是___________________________________________ o

(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_____________________

(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，图中的错谋是。

【解析】加入BaCb、NaOH、Na2CO3等沉淀剂后,产生BaSO^ Mg(OH)2> Bag、Ca CO3等沉淀，还有过量NazCOs，需加入HC1使Na2CO3转变成NaCl。但如先加HC1再过滤，M g(OH)2、BaCCh、CaCCh都可能溶解，造成产品纯度不高。

【答案】⑴収第②步后的上层清液1〜2滴于点滴板上，再滴入1〜2滴BaCh溶液，若溶液未变浑浊则表明BaCb已过量

(2)Ca2+ + CO3_=CaCO3|; Ba2++CO「=BaCC>3J

(3)先加HC1会有少量CaCCh、BaCOs等洛解，从而影响制得精盐的纯度

(4)未用玻璃棒引流；未采用150 mL容暈瓶

【规律方法】通过粗盐提纯考查基本的实验操作。关于粗盐提纯的操作，关键注意三点, 一是每一步所加的试剂均过量，二是碳酸钠在氯化钞!之后加，三是盐酸最后加入。

【变式】为了除去粗盐中Cat Mg"、Cu2+> Fe3\ SO；一及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作，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NagCCh溶液⑤加入过量的B aCb溶液

A.①④②⑤③

B.④①②⑤③

C.②⑤④①③

D.⑤②④①③

【解析】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\ Fc*等离子形成沉淀，多加的NaOH最后可用HC1溶液中和；加BaCb可除去SO/；加过量的Na2CO3溶液是为了使粗盐水中的C/+以及上一步中过量的B『+形成沉淀而除去。

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，以保证过量的锁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BaCb溶液加入的先后顺序，则没冇原则性的差别。按以上分析可以知道C和D选项符合题意。

【答案】CD

二、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，产品烧碱屮会含有杂质食盐。

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Nf、H+通过，而C「、OFT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。

【例2】电解原理在化学工业屮有广泛应用。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，实验开始吋，同时在两边各滴入几滴酚酥试液,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__________________ o

②Y电极上的电极反应式为_________________ ,检验该电极反应产物的方法是________

- O

(2)如果用电解力法精炼粗铜，电解液a选用CuSCU溶液，贝

①X电极的材料是______ ,电极反应式为________________________________ 0

②Y电极的材料是______ ,电极反应式为________________________________ o (说明：杂质发生的电极反应不必写出)

【解析】(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cr-2e~=Cl2 t ；阴极反应：2H+