化学人教版高中选修4 化学反应原理人教课标版 高中化学选修4第四章 电化学基础第二节 氯碱工业教案

高二化学备课材料
发言人：况少玲
第二节氯碱工业
●教学目标
1.使学生了解氯碱工业反应原理。

2.使学生了解电解槽。

3.让学生熟悉氯碱工业中食盐水的精制。

4.常识性介绍以氯碱工业为基础的化工生产。

5.培养学生的分析、推理能力。

6.培养学生理论联系实际的能力及灵活运用所学知识的能力。

●教学重点
氯碱工业反应原理，食盐水的精制。

●教学难点
氯碱工业反应原理；
学生综合应用所学知识能力的培养。

●教学方法
实验探究、分析归纳、讨论、练习等。

●教学用具
电脑、投影仪
铁架台(带铁夹)、U形管、碳棒电极、铁棒电极、直流电源、饱和NaCl溶液、酚酞试液、碘化钾淀粉试纸、离子交换膜电解槽模型。

●课时安排
共两课时
第一课时：电解饱和食盐水的反应原理及离子膜电解槽。

第二课时：食盐水的精制和氯碱工业化工产品。

●教学过程
第一课时
［师］请大家根据上节课所学的电解原理做以下练习。

［投影练习］
用石墨做电极，电解下列溶液，经过一段时间，溶液的pH下降的是
A.NaCl
B.NaOH
C.H2SO4
D.CuSO4
［讲解］pH下降即c(H＋)增大，引起c(H＋)增大的情
况有：①电解不活泼金属的含氧酸盐溶液，OH－放电，H
＋不放电；②电解含氧酸溶液，H＋和OH－均放电，实质为
电解水，酸的浓度增大。

pH增大即c(OH－)增大，引起c(OH－)增大的情况有：
①电解活泼金属的无氧酸盐及无氧酸溶液，H＋放电，OH
－不放电；②电解强碱溶液，H＋和OH－均放电，实质为电
解水，碱的浓度增大。

电解活泼金属的含氧酸盐，实质为电解水，溶液的
pH不变。

［学生根据以上规律判断］
答案：CD
［设问］假如我们现在要电解NaCl溶液，会有什么
现象发生呢？
［向学生介绍以下实验装置］
［实验装置］在U型管里装入饱和食盐水，滴入几
滴酚酞试液，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。

把湿
润的碘化钾淀粉试纸放在两极附近。

使两根电极与直流电
源相接。

［师］请大家分组讨论并回答。

［为方便学生讨论，可投影展示下图］
电解饱和食盐水实验装置
［学生讨论后回答］两根电极上均有气体放出；阳极
湿润的KI淀粉试纸变蓝，阴极试纸无变化；阴极附近的
溶液由无色变为红色。

［师］上述结论是否正确呢？实践出真知。

下面我们
亲自做一下这个实验，请大家仔细观察。

［接通以上实验装置的电源，观察］
［师］以上现象的发生，证明了我们的推测是正确
的。

［问］为什么会有上述现象发生呢？
请大家根据我们学过的电解原理和弱电解质的电离平
衡原理进行思考，并回答。

［请一位同学上台讲解］
这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水
是弱电解质，微弱电离，因此在溶液中存在着Na＋、H
＋、Cl－、OH－四种离子。

当接通直流电源后，带负电的
OH－和Cl－向阳极移动，带正电的Na＋和H＋向阴极移动。

在这样的电解条件下，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，使湿润的碘
化钾淀粉试纸变蓝。

在阴极，H＋比Na＋容易得到电子，因而H＋不断地从
阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放
出。

溶液中的H＋是由水的电离生成的，由于H＋在阴极上
不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平
衡，水分子继续电离出H＋和OH－，H＋又不断得到电子变
成H2，结果在阴极区溶液里OH－的浓度相对地增大，使
酚酞试液变红。

［教师评价］讲得很到位！
［师］以上过程我们可用电脑模拟出来。

［用电脑动画模拟NaCl溶液的电解：通电前溶液中
的H＋、Na＋、OH－、Cl－在自由运动，通电后做定向移
动……］
［师］以上原理即为电解饱和食盐水的反应原理。

［板书］一、电解饱和食盐水的反应原理。

［师］请大家写出以上反应的电极反应式并注明反应
类型。

同时写出电解饱和食盐水的总反应式。

［学生练习，教师巡视］
［请一位同学上黑板书写］
［学生板书］阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应式：2NaCl＋2H2O 电解
====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
注意：在把电极反应式合并为总反应式时，若参加反应的H＋和OH－是由水电离产生，则在写反应物时，应写为H2O。

如上述阴极反应的反应式即可写为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－进行合并。

［师］由以上反应式可以看出，电解饱和食盐水可以得到NaOH、Cl2、H2三种物质。

［引入本节课题］工业上就是利用这一原理来制取烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料来生产一系列的化工产品，我们把这一工业称为氯碱工业。

第二课时氯碱工业
请大家根据已学知识，做以下练习：
［投影练习］
下图中的每一方格表示有关的一种反应物或生成物(反应时加入或生成的水，以及生成沉淀J时的其他产物均已略去)。

请填写下列空白：
(1)物质B是_________，F是_________，D是_________，J是_________。

(2)写出反应①的离子方程式。

［学生练习，教师巡视］
［讲解］解答框图题，首先要找出解题的“题眼”，即进行分析思考最易着手的地方。

本题最明显的信息便是
饱和食盐水的电解。

已知电解饱和食盐水的反应为：
2NaCl＋2H2O
电解
====2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
又知：H2＋Cl2
光或燃烧
=========2HCl
2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
说明B一定为Cl2(它和另两种生成物都能反应)，C
一定为H2(H2和Cl2反应只得一种生成物)；A一定是
NaOH。

另一初始反应物F的有关信息：
F能和盐酸反应置换出H2，F一定是比氢活泼的金
属，此金属和HCl反应生成物的化合价与它和Cl2反应产
物化合价不同，是有可变化合价的比氢活泼的金属。

F为
铁。

从Fe与盐酸产物FeCl2和Fe与Cl2产物FeCl3分别与
D的反应、判断沉淀J。

D只能是NaClO而不能是
NaCl,NaClO为强碱弱酸盐，水溶液有碱性。

HClO有强氧
化性，NaClO也可能有氧化性，而FeCl2又有强还原性。

因此不论FeCl3还是FeCl2与NaClO反应均生成Fe(OH)3
沉淀。

答案：(1)B：Cl2 F:Fe D:NaClO J:Fe(OH)3
(2)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
［过渡］由刚才我们对上题的分析中可知，在上面的
电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反
应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混
合遇火能发生爆炸。

在工业生产中，怎样才能避免这几种
产物的混合呢？这就需要使反应在一种特殊的电解槽中进
行，这种电解槽就是离子交换膜电解槽。

下面，我们就来认识一下离子交换膜电解槽并学习离
子交换膜法制烧碱的原理。

［板书］二、离子交换膜法制烧碱
［讲解］离子交换膜法制碱是目前世界上比较先进的
电解制碱技术。

这一技术在20世纪50年代开始研究，80
年代开始工业化生产。

请大家阅读课本有关内容，了解离子交换膜电解槽的
组成、离子交换膜的特性和离子交换膜的作用及其工作原
理。

［学生阅读总结］
［教师板书］1.离子交换膜电解槽
(1)离子交换膜电解槽的组成。

(2)阳离子交换膜的特性。

(3)阳离子交换膜的作用。

(4)离子交换膜法电解原理。

［向学生展示离子交换膜电解槽模型］
［请一位同学上讲台指出模型由哪几部分组成］
［生］离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交
换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个
单元槽串联或并联组成。

［讲解］电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电
极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧
化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子
交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。

［问］电解饱和食盐水中的阳离子交换膜有什么特
性？
［生］其只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通
过。

［追问］阳离子交换膜在电解饱和食盐水中所起的作
用是什么？
［生］在电解饱和食盐水时，阳离子交换膜只允许
Na＋通过，而Cl－、OH－和气体则不能通过。

这样既能防
止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又
能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质
量。

［问］离子交换膜法制烧碱的原理是什么呢？
现在，我们请一位同学根据这张“离子交换膜法电解
原理示意图”来讲一下其工作原理。

［投影展示］
离子交换膜电解原理示意图
［学生讲解］把精制的饱和食盐水加入阳极室；纯水
(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室。

通电时，H2O在
阴极表面放电生成H2，Na＋穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH;Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。

电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。

［设问］为什么在加入阴极室的纯水中要加入一定量的NaOH溶液？
［生］为了增强溶液的导电性。

［师］很正确！
离子交换膜法电解制碱的生产流程可简单表示如下：［投影］
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程［讲解］通过以上流程，我们便可以得到氯气、氢气、氢氧化钠三种重要的化工原料。

离子交换膜法制碱技术具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。

［小结］本节课我们主要学习了电解饱和食盐水的反应原理及离子交换膜法制烧碱两部分内容，这是我们了解氯碱工业所必需知道的。

［布置作业］
习题：一、3 二
［想一想］H2、Cl2、NaOH各有哪些用途？查阅资料，对他们进行更多的了解。

●板书设计
第二节氯碱工业
一、电解饱和食盐水的反应原理
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应式：2NaCl＋2H2O
电解
====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
二、离子交换膜法制烧碱
1.离子交换膜电解槽
(1)离子交换膜电解槽的组成
(2)阳离子交换膜的特性
(3)阳离子交换膜的作用
(4)离子交换膜法电解原理
●教学说明
本课时教学的一个最明显特点是让学生亲自参与教
学，这样，可更大程度地调动学生学习的积极性。

在讲电
解饱和食盐水的原理之前，还特意让学生做了一个有关电
解时pH变化的练习，这主要是为解释实验现象中的“酚
酞变红”作铺垫，当学生明白了电解饱和食盐的原理后，
又提供了一个与其相关的综合题让学生练习，这样，既可
以巩固新学知识，又可培养学生综合应用所学知识的能
力。

对于本课时的演示实验，主要采取了探究式的教学方
法，即激疑−→
−推测−→
−验证。

这样做，一来可使学
生尝受到成功的喜悦，二来还可激发学生勇于探索未知的
激情。

[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。

第三课时练习
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P H=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P H=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)
（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。

第四课时 练习
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[Cu 2＋
]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 Na 2SO 4 ·10 H 2 O 晶体。

若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为（ ）。

A ．
a m m 18+×100% B ． a
m m
9+×100%
C ． )
18(16171a m m
+×100%
D ． )
9(16171a m m
+×100%
6．常温时，将500 ml P H =5的Cu SO 4 溶液用石墨电极电解一段时间，测得溶液的P H 变为2，若使溶液的浓度、P H 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 CuSO 4
C ．向溶液中加0.0025 mol H 2 SO 4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 ．[NO 3]
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AgNO 3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 ．CuSO 4
B ．MgSO 4
C ．Al (NO 3)3
D ．Na 2SO 4
10．用惰性电极电解M (NO 3 )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 11．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 ．CuCl 2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Na 2SO 4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H 2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？ 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
11．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。

12．(1)67.1L (2)706.5g (3)18.74%。