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《氯碱工业》
一、教学目标
知识目标：
1. 使学生理解电解饱和食盐水反应原理；
2. 使学生掌握离子交换膜电解槽的组成及特点；
3. 使学生掌握离子交换膜电解法制烧碱的主要生产流程；
4. 使学生了解氯碱工业的主要产品及在国民经济中的重要作用。
能力目标：
1. 通过饱和食盐水的电解演示实验的教学，培养学生观察实验现象、综合分析实验现象、归纳实验结论的能力；
2. 通过饱和食盐水的净化过程的教学培养学生利用化学知识综合解决实际问题的能力。
情感目标：
1. 通过氯碱工业的发展历史及前景的展望，培养学生学习兴趣和立志为科学技术作贡献的科学精神；
2. 通过氯碱工业产品的教学培养学生环境保护意识。
二、教学重点和难点
重点：电解饱和食盐水反应原理；离子交换膜电解槽的组成及特点。
难点：离子交换膜电解法制烧碱的主要生产流程。
三、教法 媒体运用
实验探究 讨论 讲解
多媒体
四、教学用具
饱和食盐水、酚酞试液、碘化钾淀粉试纸、碳棒、铁棒、电流表、直流电源
多媒体教学平台。
五、课时安排
二课时
六、教学过程
【引题】公共健康近来倍受人们关注。公共健康离不开消毒剂和消毒器，其中有一种家用消毒器的的广告词是这样的"食盐+水，通电，就Ok！"你知道这种消毒器的工作原理吗？今天，我们将一起学习与这种消毒器的工作原理类似的一种重要的化学工业--氯碱工业。
【过渡】首先看看电解饱和食盐水反应原理。
【板书】第二节 氯碱工业
（一）、电解饱和食盐水反应原理
【演示实验】电解饱和食盐水，引导学生观察实验现象。
【学生活动】描述实验现象并归纳实验结论：
阳极：碳棒 有刺激性气味气体逸出，并能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，为Cl2
阴极：铁棒 有无色无味气体逸出，可证明是H2；溶液变红，说明有碱性物质生成
【设问】为什么会出现这些实验现象呢？
【引导学生分析】在饱和食盐水中有那些物质电离？溶液中存在哪些离子？
溶质 NaCl: 强电解质完全电离 NaCl=Na++Cl-
溶剂 H2O ： 弱电解质微弱电离 H2O=H++OH-
阳离子：Na+、H+ 阴离子： Cl- 、OH-
【讲解】在通过直流电之前，这四种离子在溶液中作无规则的自由移动；通直流电后，阴、阳离子在电场作用下作定向移动，阳离子Na+和 H+向阴极移动，并且，由于H+的氧化性较Na+强，所以，H+ 获得电子被还原为氢原子，氢原子结合为氢分子逸出。阴离子Cl-和OH-向阳极移动，并且，由于Cl-的还原性较OH-强，所以，Cl- 失去电子被氧化为氯原子，氯原子结合为氯分子逸出。
【电脑演示】各离子在通电前后的运动情况及离子在两极上的变化情况。
【板书】电极反应为：阳极 2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）
阴极 2H++2e-=H2↑（还原反应）
【讲解】在阴极H+是H2O电离产生的，当H+由于反应被消耗时，使H2O的电离平衡遭到破坏，平衡向H2O电离的方向移动，因此，使阴极区溶液里OH-浓度相对增大，OH-浓度大于H+浓度，显碱性，所以酚酞变红。
Cl- 是由NaCl提供的，而H+是由H2O提供的，所以电解饱和食盐水的总反应为：
【板书】2NaCl+2H2O ==== 2NaOH+H2↑+Cl2↑
（阴极） （阳极）
【讲解】工业上就是利用这一反应原理来制取NaOH、Cl2 和H2 ，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。
【提问】电解融化状态下的食盐在工业上也有一个重要的应用，写出其电解反应方程式，并比较它与食盐水的电解的差异。
【过渡】不难看出，饱和食盐水在两极上反应所生成的物质之间是能相互反应的，NaOH与Cl2能反应生成具有消毒、杀菌作用的NaClO，有报道称，质量分数为10%的NaClO能在五分钟内杀死非典病毒，这也就是家用消毒器的工作原理；除此以外， Cl2 和H2的混合气体也在一定条件下发生反应。在氯碱工业中，更多时候需要的是这三种电解产物，不希望它们之间反应消耗掉，因此，需要使反应在特殊的电解槽中进行，将阴极和阳极上的产物分开，目前世界上比较先进的电解制碱技术就是离子交换膜法。
【板书】（二）、离子交换膜法制烧碱
1，离子交换膜电解槽的主要组成：
【学生活动】阅读课本57页，回答问题。
①阳极和阴极是由什么材料制成的，外涂的涂层有什么作用。
②离子交换膜有什么特点，有什么作用。
③电解槽框和导电铜棒有什么作用。
【过渡】电解饱和食盐水的主要原料是工业食盐，这种食盐中往往含有一些杂质，这些杂质的存在不仅影响生产产品的质量，而且这些杂质将破坏离子交换膜，故进入电解槽中的食盐水必须要净化。
【板书】2，原料的精制
【提问】食盐中一般含有的杂质有：泥沙、Ca2+、、Mg2+、Fe3+、SO42-，如何将它们除去呢？
【提示】先考虑每一种杂质用什么试剂可以除掉，还应考虑所加试剂的顺序，要将原料中的杂质充分反应，因此，加入试剂必须要过量，后加试剂又要能将先加过量试剂除掉。
【学生活动】讨论并写出除杂方案。
【投影】显示学生除杂方案。
【学生活动】并予以评价，得出合理方案。
【板书】过量BaCl2 过量NaOH 过量Na2CO3 过滤 适量盐酸
粗盐水
（除SO42-） （除Mg2+,Fe3+）（除Ca2+,Ba2+）（除泥砂及沉淀） （除CO32-）
阳离子交换塔
含少量Ca2+、和Mg2+ 精制盐水
（除Ca2+,Mg2+）
【学生活动】书写以上除杂反应的离子反应方程式。
【投影】学生书写反应式，纠正错误，显示正确的离子反应方程式。
【过渡】将食盐精制后，就可以进行电解了。
【板书】3，离子交换膜法电解食盐水的主要生产流程
【电脑演示】用电脑制作课件模拟离子交换膜法电解食盐水的主要生产流程，体现以下三个方面：①溶液中四种离子在离子交换膜上的通过情况。②两极上离子的变化情况。③原料和产品在电解槽中的进出情况。
【提问】①加入阴极室中的纯水中为什么要加少量的NaOH？可不可以加入别的电解质？
②为什么要将反应一段时间后的淡盐水导出，而不继续电离？它有什么用途？
【讲解】离子交换膜法制碱不仅得到的产品纯、质量高，而且还具有设备占地面积小、生产能力大、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。
【过渡】氯碱工业不仅指利用电解饱和食盐水制NaOH、Cl2 和H2，而且包括以这些电解产物为原料加工成其它化工产品。
【板书】（三）、以氯碱工业为基础的化工生产
【投影】显示以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途。
电解饱和食盐水 液碱 NaOH 有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染等
含氯漂白粉
湿Cl2 Cl2 有机合成、氯化物合成、农药
HCl 盐酸
湿H2 H2 有机合成、金属冶炼
【讲解】氯碱工业是重要的化学工业，在国民经济发展中发挥着重要的作用，但是，以氯碱工业为基础的化工生产过程及产品有一些对环境产生了污染，我们不能以眼前的利益而牺牲我们赖以生存的环境；同时，也要求我们大家认真学习，用自己的聪明才智开发更多对环境友好产品，立志为人类创造更美好的明天。
【小结】本节为电解原理在实际工业的又一个具体应用，本节重点是在掌握食盐水电解的原理的基础上，掌握离子交换膜法制碱的主要生产流程。
七、课堂练习
【投影显示】
1. 某种家用环保型消毒液发生器，用石墨为电极电解饱和食盐水，为使氯气完全吸收，制得有杀菌能力的消毒液，设计了下图所示的装置，则对电源电极的名称和消毒液的主要成分判断正确的是（）
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
2. 氯碱厂电解饱和食盐水制取的工艺流程示意图如下：
粗盐 水 NaOH Na2CO3 Cl2 H2
10%NaOH溶液
16%NaCl溶液
化盐 精制 电解 脱盐
沉渣 NaCl晶体 50%NaOH溶液
依据工艺流程图，完成下列填空。
①在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极方程式为----------------与电源负极相连的电极附近，溶液的PH----（填"不变"、"升高"或"下降"）。
②工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程中所发生反应的离子反应方程式为-------------------；--------------------。
③如果粗盐中SO42-含量较高，必须加入钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是------（填序号）
a Ba（OH）2 b Ba（NO3）2 c BaCl2
④为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入试剂的合理顺序是-------（填序号）
A 先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂 B 先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3
C 先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3
⑤脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过----------、冷却、-------（填写操作名称）除去NaCl。
⑥用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2和NaOH反应。采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2和NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学反应方程式为-----------------。
八、研究性学习
1. 调查市场上的消毒器的种类、消毒原理及市场价格等。
2. 查询氯碱工业的发展历史及发展前景。
九、板书设计
第二节 氯碱工业
（一）、电解饱和食盐水反应原理
电极反应为：阳极 2Cl--2e-=Cl2 ↑ （氧化反应）
阴极 2H+ +2e-=H2 ↑ （还原反应）
2NaCl+2H2O ====2NaOH+H2↑+Cl2 ↑
（阴极） （阳极）
（二）、离子交换膜法制烧碱
1,离子交换膜电解槽的主要组成：
阳极
阴极
离子交换膜
电解槽框
导电铜棒
2,原料的精制
过量BaCl2 过量NaOH 过量Na2CO3 过滤 适量盐酸
粗盐水
（除SO42-） （除Mg2+,Fe3+）（除Ca2+,Ba2+）（除泥砂及沉淀） （除CO32-）
阳离子交换塔
含少量Ca2+、和Mg2+ 精制盐水
（除Ca2+,Mg2+）
3,离子交换膜法电解食盐水的主要生产流程
湿氯气 氯气
淡盐水 湿氢气 氢气
NaOH溶液 NaOH
食盐 精制盐水 纯水（含有少量NaOH）
（三）、以氯碱工业为基础的化工生产
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