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电解原理在工业上的应用
——电解食盐水的应用及分析
第四章 化学反应与电能
1.通过对氯碱工业原理的分析，掌握电解饱和食盐水的原理，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
【史料1】1774年瑞典化学家舍勒将软锰矿与浓盐酸混合加热，第一次制得 Cl2。
MnO2+4HCl（浓） MnCl2+Cl2↑+2H2O
△
卡尔·威尔海姆·舍勒
缺点：能耗大、污染大、产量低、成本高
阴极
阳极
e－
【史料2】1799年伏打研制了能维持一定电流的电池——伏打电堆。1800年，William Cruikshank用伏打电池电解食盐水,发现可以制得 Cl2 。
e－
e－
e－
阴离子
阳离子
电解原理
实验电解饱和食盐水
任务一：认识电解食盐水
请根据电解原理，书写惰性电极(石墨)电解食盐水的电极反应式和总反应方程式。
阴极：_____________________
阳极：_____________________
总离子反应：____________________________
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cl-+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH-
电解
2Cl－－2e－===Cl2↑
问题1：两极区电解质溶液pH如何变化？
如何验证pH变化？
活动1：书写电解食盐水电极式
任务一：认识电解食盐水
氯碱工业
(3)溶液中存在的离子
Na+、 H+、 Cl－、 OH－
(4)比较放电顺序
阳极： Cl－ ＞ OH-
阴极： H+ ＞ Na+
阳极 2Cl－－2e－=Cl2↑
阴极 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
(1)确定电解池的阴阳极
(2)电极材料
惰性，溶液中的离子放电
(5)写出电极反应
电解总反应方程式： 2NaCl＋2H2O==Cl2↑＋H2↑＋2NaOH
电解
惰性电极电解饱和食盐水
思考: 若在两极附近均滴加酚酞试液，会有什么现象
阴极试液变红！阳极无明显变化！
如何验证pH变化？
紫甘蓝
pH试纸
pH计
酚酞
石蕊
甲基橙
酸碱指示剂
任务一：认识电解食盐水
活动2：实验验证两极区溶液pH变化
任务一：认识电解食盐水
预测实验现象 预测依据
两电极上：
阴极区溶液：
阳极区溶液：
气球
NaCl
溶液
阳极
阴极
紫甘蓝
活动2：实验验证两极区溶液pH变化
任务一：认识电解食盐水
气球
NaCl
溶液
阳极
阴极
预测实验现象 预测依据
Cl2+2H2O HCl+HClO
2Cl-+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH-
电解
阴极区生成NaOH
两电极均产生气泡，且阴极较快
阴极区溶液由紫色逐渐变为蓝色，再变为绿色
阳极区溶液由紫色逐渐变为红色
再变为无色
思考讨论
阴极
阳极
饱和NaCl溶液
生成H2、NaOH
生成Cl2
根据以上实验分析，你觉得电解饱和食盐水可用于制备什么生活用品？
电解食盐水的简易装置可以得到纯净的工业原料Cl2和NaOH吗？
漂白液：NaClO、NaCl
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
1、产品Cl2和NaOH溶液会反应吗，那么Cl2能和NaOH溶液接触吗？
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
2、产品Cl2和H2能混合吗？
遇火或强光会爆炸
解决方法：
生产设备：阳离子交换膜电解槽
不能
若工业上采用下图的装置制备NaOH、H2 、Cl2，存在何种不足之处？如何解决这个问题？
使用离子交换膜
H+
Na+
Cl-
OH-
活动3：完善氯碱工业装置
任务一：认识电解食盐水
+
-
阳 极
阴 极
请根据以上分析，在下图方框中填入所选交换膜、电解原料、电解产品，完善氯碱工业装置图。
+
-
Cl2
H2
Na+
淡盐水
NaOH溶液
饱和NaCl溶液
阳离子交换膜
阳 极
阴 极
饱和NaCl溶液
稀NaOH溶液
浓NaOH溶液
【思考】使用阳离子交换膜后，电路中每通过1mole-,阴极区溶液质量如何变化？
含氯漂白剂
有机合成、造纸
玻璃、肥皂
纺织、印染
有机合成
氯化物合成
农药
金属冶炼
有机合成
HCl
盐酸
H2
NaOH
湿氯气
湿氢气
液碱
Cl2
电解饱和食盐水
任务二：电解食盐水的应用——湿法冶铁
活动4：分析湿法冶铁的装置图，写出该装置的电极反应。
一种基于氯碱工艺的新型电解池，可用于湿法冶铁的研究。
该装置是否需要使用交换膜？
何种交换膜？
Na+
任务二：电解食盐水的应用——湿法冶铁
活动4：分析湿法冶铁的装置图，写出该装置的电极反应。
一种基于氯碱工艺的新型电解池，可用于湿法冶铁的研究。
问：电解过程中，理论上每消耗1molFe2O3，阳极室溶液质量如何变化？
减少351g
阴极：Fe2O3 + 6e- + 3H2O = Fe + 6OH-
阳极：2Cl- - 2e-=Cl2↑
Na+
Cl2
阴极
阳极
根据以上的分析过程，总结分析电解原理的思维模型。
分析离子，判断离子移向，比较放电顺序
判断电极
离子放电
写反应式
隔膜选取
定量计算
根据电源电极、电子得失、离子移向、或电解目的等判断电解池的阴、阳极
利用守恒写出电极反应式、总反应式
关注生产目标
守恒关系：失电子数=得电子数=转移离子电荷数
电极区溶液变化：考虑粒子的生成、消耗、转移
1、在新冠肺炎疫情期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。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Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为碳电极。
完成下列填空：
(1)a为电源的 极，c为电解池的 极(填“正”“负”或“阴”“阳”)。
(2)d电极上发生的电极反应式：_________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为 。
负
阳
2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
NaCl＋H2O===NaClO＋H2↑
电解
2、三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示,在直流电源的作用下,两膜中间的 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后,在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是(　　)
A.a极为电源负极,b极为电源正极
B.c膜是阴离子交换膜,d膜是阳离子交换膜
C.阴极电极反应式为
D.当电路中通过2 mol电子的电量时,阳极区溶液质量减少8g
A
阴极
阳极
饱和NaCl溶液
生成H2、NaOH
生成Cl2
3、请设计一款通过电解食盐水制漂白液的生产装置，装置要求：简易环保、且产量较高。画出装置示意图。
+
-
4、下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是(　　)
A、X是负极，Y是正极
B、Pt是阴极，Cu是阳极
C、CuSO4溶液的pH逐渐减小
D、CuSO4溶液的pH不变
C

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