第二節(jié) 氯堿工業(yè)

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1、神奇化學(xué)網(wǎng) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第二節(jié) 氯堿工業(yè) 【教學(xué)目的】 1．了解氯堿工業(yè)反應(yīng)原理；正確書寫電極反應(yīng)方程式和電解的總化學(xué)方程式。 2．初步了解電解槽的簡單結(jié)構(gòu)及食鹽水的精制。 3．常識(shí)性介紹以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)。 4．通過電解食鹽水的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析歸納能力和利用化學(xué)原理解決實(shí)際問題的能力。 5．通過閱讀材料，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。 6．通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，掌握觀察實(shí)驗(yàn)的方法和步驟，準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

2、，正確分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探究實(shí)驗(yàn)規(guī)律的方法。通過討論，激發(fā)學(xué)生的求知欲，閃現(xiàn)智慧火花，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。 【教學(xué)重點(diǎn)】 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理。 【教學(xué)難點(diǎn)】 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理。 【教具準(zhǔn)備】 1．實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)、U型管、石墨電極、導(dǎo)線、電流表、直流電源。 2．實(shí)驗(yàn)藥品：飽和氯化鈉溶液。 3．幻燈片若干張。 【課時(shí)安排】 2課時(shí)。 第一課時(shí) 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理和粗鹽的精制 第二課時(shí) 以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn) 【教學(xué)方法】 實(shí)驗(yàn)探究、自學(xué)討論、總結(jié)歸納。 【教學(xué)過程】 第一課時(shí) 【引言】本節(jié)課我們繼續(xù)學(xué)習(xí)電解原理應(yīng)用的又一個(gè)重要實(shí)例—

3、—電解飽和食鹽水制氮?dú)夂蜔龎A——稱氯堿工業(yè)。我們學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)是掌握工業(yè)上制取氯氣和燒堿的反應(yīng)原理，初步了解化工生產(chǎn)設(shè)備、原料及其精制、生產(chǎn)流程。 【板書】第二節(jié) 氯堿工業(yè) 一、電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 【演示】實(shí)驗(yàn)裝置如右圖： 【投影】實(shí)驗(yàn)步驟： 1．按裝置圖安裝好儀器。 2．向U型管中注人飽和食鹽水，接通電源。 3．向陰陽兩極滴加幾滴酚酞溶液，把濕潤的淀粉碘化鉀試紙分別放在陰陽兩極試管口上方。 【設(shè)疑】電解池兩極上各有什么現(xiàn)象產(chǎn)生？ 【提問】請(qǐng)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，試判斷出結(jié)論。 【學(xué)生回答】(相互補(bǔ)充)

4、 1．兩極均產(chǎn)生氣體。 2．陰極區(qū)附近溶液出現(xiàn)紅色，有堿生成。 3．陽極淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，氣體有刺激性氣味，應(yīng)是Cl2。 【閱讀討論】閱讀教材，看后相互討論，推選代表回答產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。 【小結(jié)并板書】師生共同總結(jié)： 在陰極：由于2H+＋2e- = H2↑，H+不斷被消耗，促進(jìn)H2O H+＋OH-向右移動(dòng)，破壞了水的電離平衡，c(OH-)相對(duì)的增大了，因此，在陰極附近形成了氫氧化鈉溶液。 【提問】寫出電解的總的化學(xué)反應(yīng)方程式。 【板演】2NaCl＋2H2O = H2↑＋Cl2↑＋2NaOH 【追問】這樣寫是否正

5、確？ 【回答】不正確，反應(yīng)條件應(yīng)寫通電或電解。 【過渡】工業(yè)上就是應(yīng)用電解食鹽水溶液的方法制取燒堿和氯氣的，下面我們研究工業(yè)制堿方法。 【板書】二、離子交換膜法制燒堿 【講述】目前世界上比較先進(jìn)的電解制堿技術(shù)是離子交換膜法。請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合幻燈片上的自學(xué)提綱，閱讀教材。 【投影】1．離子交換膜電解槽的簡單構(gòu)造如何？ 2．離子交換膜的作用是什么？ 3．工業(yè)制堿的簡單生產(chǎn)流程怎樣？ 【自學(xué)討論】學(xué)生閱讀，同學(xué)之間可以相互討論，教師解疑。 【小結(jié)】師生共同活動(dòng)： 【板書】1，生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽

6、 陽極：金屬鈦網(wǎng)(涂鈦釕氧化物) 陰極：碳鋼網(wǎng)(有鎳涂層) 陽離子交換膜：只允許陽離子通過，把電解槽隔成陰極室和陽極室。 2．離子交換膜的作用： (1)防止氯氣和氫氣混合而引起爆炸 (2)避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉影響氫氧化鈉的產(chǎn)量 3．生產(chǎn)流程(詳見教材內(nèi)容)。 【投影】 【設(shè)疑】氯堿工業(yè)的原料是飽和食鹽水，由于粗鹽中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-雜質(zhì)，會(huì)在堿性溶液中形成沉淀，損壞離子交換膜，所以必須要對(duì)粗鹽水進(jìn)行凈化。那么，如何凈化鹽水呢？ 實(shí)際上

7、這是一個(gè)物質(zhì)分離和提純的問題。請(qǐng)同學(xué)們思考： 1．用什么方法除去泥沙？ 2．用什么試劑除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？ 3．所用試劑只有過量才能除凈這些雜質(zhì)，你能設(shè)計(jì)一個(gè)合理的順序逐一除雜嗎？ 【討論】同學(xué)之間相互討論探討。 【歸納總結(jié)】師生共同活動(dòng)。 【板書】4．精制食鹽水 步驟及原理如下：(所加試劑必須過量，過量試劑必須除去，步驟必須最簡單) ①過濾以除去泥沙。 ②加入稍過量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4↓。 ③加入稍過量的Na2CO

8、3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3↓；CO32- + Ba2+ = BaCO3↓ ④加入稍過量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓；Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓ ⑤過濾以除去上述產(chǎn)生的沉淀。 ⑥這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金屬離子，必須用離子交換樹脂除去。 【小結(jié)】由學(xué)生總結(jié)一下本節(jié)課所講述內(nèi)容，教師適時(shí)給予點(diǎn)撥。 【課堂練習(xí)】工業(yè)上用立式隔膜電解槽電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿時(shí)，要用石棉絨隔開陰、陽兩極?，F(xiàn)在將用如右圖所示的裝置電解飽和食鹽水。燒杯

9、中的攪拌子在攪拌器的作用下可以不斷地旋轉(zhuǎn)攪拌溶液，使其充分混合。當(dāng)用石墨棒為陽極，鐵棒為陰極進(jìn)行電解時(shí)： (1)開動(dòng)電磁攪拌器前的電解反應(yīng)方程式是 ，若共收集標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體 22.4 L，則另一種產(chǎn)品的物質(zhì)的量為 mol。 (2)開動(dòng)電磁攪拌器后，陰極電極反應(yīng)是 ，陽極電極反應(yīng)是 。 (3)攪拌后，溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 。 (4)電解總反應(yīng)方程式是 。 【答案】(1)2NaCl + 2H2O = H2↑+ Cl2↑ + 2NaOH；1。 (2) 陰極反應(yīng)：2H+＋ 2

10、e- = H2↑ 陽極反應(yīng)：2Cl- - 2e- ＝ Cl2↑ (3)2OH- + Cl2 ＝ Cl- + ClO- + H2O (4)NaCl + H2O = H2↑ + NaClO 【課后作業(yè)】教材課后習(xí)題第一、二題。 【補(bǔ)充習(xí)題】下圖每一方框中的字母代表一種反應(yīng)物或生成物： 物質(zhì)A跟B反應(yīng)生成物質(zhì)E、F和G；物質(zhì)C跟D反應(yīng)生成物質(zhì)I，某溫度下該反應(yīng)起始和某時(shí)刻的反應(yīng)混合物組成如上表格所示。請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝? (1)物質(zhì)H的分子式是 。 (2)反應(yīng)①的化學(xué)方程式是 。 (

11、3)反應(yīng)②的化學(xué)方程式(須注明反應(yīng)條件)是 。 高溫高壓 催化劑 【答案】(l)HCl (2)Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O (3)N2 + 3H2 2NH3 【板書設(shè)計(jì)】 一、電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 二、離子交換膜法制燒堿 1．生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽 陽極：金屬鈦網(wǎng)(涂鈦釕氧化物) 陰極：碳鋼網(wǎng)(有鎳涂層) 陽離子交換膜：只允許陽離子通過，把電解槽隔成陰極室和陽極室 2．離子交換膜的作用： (1)防止氯氣和氫氣混合而引起爆炸

12、 (2)避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉影響氫氧化鈉產(chǎn)量 3．生產(chǎn)流程 4．精制食鹽水 步驟及原理如下：(所加試劑必須過量，過量試劑必須除去，步驟必須最簡單) ①過濾以除去泥沙 ②加入稍過量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4↓。 ③加入稍過量的Na2CO3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3↓；CO32- + Ba2+ = BaCO3↓ ④加入稍過量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓；Fe3+＋3OH

13、-＝Fe(OH)3↓ ⑤過濾以除去上述產(chǎn)生的沉淀。 ⑥這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金屬離子，必須用離子交換樹脂除去。 第二課時(shí) 【提問】上節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了氯堿工業(yè)的反應(yīng)原理，請(qǐng)一位同學(xué)寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。 【板演】學(xué)生在黑板上寫出，教師給予糾正 【過渡】氯堿工業(yè)產(chǎn)品 NaOH、H2和 Cl2都是重要的化工原料，可以進(jìn)一步加工成多種化工產(chǎn)品。這節(jié)課我們就共同探討一下以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)。 【板書】三、以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn) 【過渡】請(qǐng)同學(xué)們思考并討論前面我們已經(jīng)學(xué)過的有關(guān)以NaOH為原料的化學(xué)反應(yīng)，并

14、指明工業(yè)上的用途。 【小結(jié)并板演】學(xué)生發(fā)言并書寫，教師適時(shí)給予點(diǎn)撥。 【過渡】請(qǐng)同學(xué)們思考并討論前面我們已經(jīng)學(xué)過的有關(guān)以Cl2為原料的化學(xué)反應(yīng)，并指明工業(yè)上的用途。 【小結(jié)并板演】學(xué)生發(fā)言并書寫，教師適時(shí)給予點(diǎn)撥。 【過渡】請(qǐng)同學(xué)們思考并討論前面我們已經(jīng)學(xué)過的有關(guān)以H2為原料的化學(xué)反應(yīng)，并指明工業(yè)上的用途。 【小結(jié)并板演】學(xué)生發(fā)言并書寫，教師適時(shí)給予點(diǎn)撥。 (這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)很好地體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，激發(fā)學(xué)生智慧的火花，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的協(xié)作精神，很多意想不到的反應(yīng)都能被學(xué)生想出來，也體現(xiàn)了創(chuàng)新意識(shí)，效果是不錯(cuò)的。)

15、 【投影】【板書】四、氯堿工業(yè)產(chǎn)品及環(huán)境保護(hù)(詳見教材內(nèi)容) 結(jié)合上述實(shí)例對(duì)學(xué)生進(jìn)行講述。 光 光 【講述】值得一提的是在以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)過程中，由于有氯氣和氯的化合物的存在，可能會(huì)造成環(huán)境污染，如氟氯烴(氟利昂)的任意排放，可能會(huì)加速臭氧空洞的形成，對(duì)人類造成危害。生產(chǎn)過程中必須給予足夠的重視。 【課堂練習(xí)】1．當(dāng)大氣平流層中O2的含量達(dá)到0.2 mol/L時(shí)，通過O3 O2 + O的反應(yīng)過程，能有效地吸收太陽紫外線輻射，使地面生物免受其害，研究發(fā)現(xiàn)氟利昂(如CCl2F2)在光的作用下，分解產(chǎn)生Cl原子，Cl原子會(huì)對(duì)臭氧層產(chǎn)生長久的破壞作用。其過

16、程可簡單表示為Cl+O3→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2。臭氧層被破壞的總反應(yīng)方程式為 ，在反應(yīng)過程中Cl原子的作用是 。當(dāng)大氣平流層中Q濃度減小，地球表面接受紫外線輻射量增大，會(huì)使生物 發(fā)生突變，導(dǎo)致人類患 病的機(jī)會(huì)增多，導(dǎo)致植物表皮受損。 當(dāng)?shù)厍虮砻婵諝庵蠴3的含量超過0.lmL/m3時(shí)會(huì)對(duì)空氣造成污染，不僅直接刺激人的眼睛，還是形成光化學(xué)煙霧的重要因素，其中氮的氧化物對(duì)O3的生成起到催化作用，其過程可簡單表示為①NO2→NO＋O ②O2＋O→O3 ③ 。請(qǐng)?zhí)顚懙冖鄄阶兓幕瘜W(xué)方程式，并寫出三步變化的總化學(xué)方程式： 。光化學(xué)煙霧一旦形成不

17、僅造成人呼吸障礙，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致病人心臟機(jī)能受損，原因是 。 【答案】2O3 =3O2；O3分解為O2的催化劑；基因；皮膚；2NO＋O2＝2NO2；3O2=2O3；呼吸障礙使心臟供氧不足，心臟肌肉收縮減弱，使心臟受損。 Cl2 500℃ Cl2 CCl4 2．已知：CH=CH—CH3 CH2ClCHClCH3 CH2=CH－CH3 CH2=CHCH2Cl 試以丙烯為主要原料合成硝化甘油，寫出各步化學(xué)方程式，并注明反應(yīng)類型。 【答案】 【小結(jié)】由學(xué)生總結(jié)一下本節(jié)課所研究的內(nèi)

18、容，以加深記憶和印象。 【課后作業(yè)】 1．有條件的學(xué)?；?qū)W生可參觀氯堿工業(yè)車間和生產(chǎn)產(chǎn)品，以求理論聯(lián)系實(shí)際。 2．已知氯乙烷跟氫氧化鈉醇溶液共熱可得乙烯。 (1)從左到右依次寫出每步所屬的反應(yīng)類型：(a．取代反應(yīng) b．加成反應(yīng) c．消去反應(yīng)，只填字母) (2)A→B所需的試劑和條件是 。 (3)寫出 的化學(xué)方程式： CI CICI 【答案】(1)b，c，b，c，b (2)NaOH醇溶液 加熱 【板書設(shè)計(jì)】 三、以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn) 四、氯堿工業(yè)產(chǎn)品及環(huán)境保護(hù) 10