资源简介

（A22）2011-2012高中化学大纲版、第三册、、第4章、第2节、 氯碱工业（第一课时）
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＋2H2O2NaOH＋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。
［板书］第二节 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＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
又知：H2＋Cl22HCl
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＋2H2O2NaOH＋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。

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