資源簡介

(共22張PPT)
電解原理在工業(yè)上的應用
——電解食鹽水的應用及分析
第四章 化學反應與電能
1.通過對氯堿工業(yè)原理的分析，掌握電解飽和食鹽水的原理，認識電能與化學能之間的能量轉化。
2.建立電解應用問題的分析思維模型和電解相關計算的思維模型，加深對電解原理的理解和應用。
【史料1】1774年瑞典化學家舍勒將軟錳礦與濃鹽酸混合加熱，第一次制得 Cl2。
MnO2+4HCl（濃） MnCl2+Cl2↑+2H2O
△
卡爾·威爾海姆·舍勒
缺點：能耗大、污染大、產量低、成本高
陰極
陽極
e－
【史料2】1799年伏打研制了能維持一定電流的電池——伏打電堆。1800年，William Cruikshank用伏打電池電解食鹽水,發(fā)現(xiàn)可以制得 Cl2 。
e－
e－
e－
陰離子
陽離子
電解原理
實驗電解飽和食鹽水
任務一：認識電解食鹽水
請根據(jù)電解原理，書寫惰性電極(石墨)電解食鹽水的電極反應式和總反應方程式。
陰極：_____________________
陽極：_____________________
總離子反應：____________________________
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cl-+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH-
電解
2Cl－－2e－===Cl2↑
問題1：兩極區(qū)電解質溶液pH如何變化？
如何驗證pH變化？
活動1：書寫電解食鹽水電極式
任務一：認識電解食鹽水
氯堿工業(yè)
(3)溶液中存在的離子
Na+、 H+、 Cl－、 OH－
(4)比較放電順序
陽極： Cl－ ＞ OH-
陰極： H+ ＞ Na+
陽極 2Cl－－2e－=Cl2↑
陰極 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
(1)確定電解池的陰陽極
(2)電極材料
惰性，溶液中的離子放電
(5)寫出電極反應
電解總反應方程式： 2NaCl＋2H2O==Cl2↑＋H2↑＋2NaOH
電解
惰性電極電解飽和食鹽水
思考: 若在兩極附近均滴加酚酞試液，會有什么現(xiàn)象
陰極試液變紅！陽極無明顯變化！
如何驗證pH變化？
紫甘藍
pH試紙
pH計
酚酞
石蕊
甲基橙
酸堿指示劑
任務一：認識電解食鹽水
活動2：實驗驗證兩極區(qū)溶液pH變化
任務一：認識電解食鹽水
預測實驗現(xiàn)象 預測依據(jù)
兩電極上：
陰極區(qū)溶液：
陽極區(qū)溶液：
氣球
NaCl
溶液
陽極
陰極
紫甘藍
活動2：實驗驗證兩極區(qū)溶液pH變化
任務一：認識電解食鹽水
氣球
NaCl
溶液
陽極
陰極
預測實驗現(xiàn)象 預測依據(jù)
Cl2+2H2O HCl+HClO
2Cl-+2H2O === Cl2↑+H2↑+2OH-
電解
陰極區(qū)生成NaOH
兩電極均產生氣泡，且陰極較快
陰極區(qū)溶液由紫色逐漸變?yōu)樗{色，再變?yōu)榫G色
陽極區(qū)溶液由紫色逐漸變?yōu)榧t色
再變?yōu)闊o色
思考討論
陰極
陽極
飽和NaCl溶液
生成H2、NaOH
生成Cl2
根據(jù)以上實驗分析，你覺得電解飽和食鹽水可用于制備什么生活用品？
電解食鹽水的簡易裝置可以得到純凈的工業(yè)原料Cl2和NaOH嗎？
漂白液：NaClO、NaCl
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
1、產品Cl2和NaOH溶液會反應嗎，那么Cl2能和NaOH溶液接觸嗎？
Cl2+2NaOH =NaCl+NaClO+H2O
2、產品Cl2和H2能混合嗎？
遇火或強光會爆炸
解決方法：
生產設備：陽離子交換膜電解槽
不能
若工業(yè)上采用下圖的裝置制備NaOH、H2 、Cl2，存在何種不足之處？如何解決這個問題？
使用離子交換膜
H+
Na+
Cl-
OH-
活動3：完善氯堿工業(yè)裝置
任務一：認識電解食鹽水
+
-
陽 極
陰 極
請根據(jù)以上分析，在下圖方框中填入所選交換膜、電解原料、電解產品，完善氯堿工業(yè)裝置圖。
+
-
Cl2
H2
Na+
淡鹽水
NaOH溶液
飽和NaCl溶液
陽離子交換膜
陽 極
陰 極
飽和NaCl溶液
稀NaOH溶液
濃NaOH溶液
【思考】使用陽離子交換膜后，電路中每通過1mole-,陰極區(qū)溶液質量如何變化？
含氯漂白劑
有機合成、造紙
玻璃、肥皂
紡織、印染
有機合成
氯化物合成
農藥
金屬冶煉
有機合成
HCl
鹽酸
H2
NaOH
濕氯氣
濕氫氣
液堿
Cl2
電解飽和食鹽水
任務二：電解食鹽水的應用——濕法冶鐵
活動4：分析濕法冶鐵的裝置圖，寫出該裝置的電極反應。
一種基于氯堿工藝的新型電解池，可用于濕法冶鐵的研究。
該裝置是否需要使用交換膜？
何種交換膜？
Na+
任務二：電解食鹽水的應用——濕法冶鐵
活動4：分析濕法冶鐵的裝置圖，寫出該裝置的電極反應。
一種基于氯堿工藝的新型電解池，可用于濕法冶鐵的研究。
問：電解過程中，理論上每消耗1molFe2O3，陽極室溶液質量如何變化？
減少351g
陰極：Fe2O3 + 6e- + 3H2O = Fe + 6OH-
陽極：2Cl- - 2e-=Cl2↑
Na+
Cl2
陰極
陽極
根據(jù)以上的分析過程，總結分析電解原理的思維模型。
分析離子，判斷離子移向，比較放電順序
判斷電極
離子放電
寫反應式
隔膜選取
定量計算
根據(jù)電源電極、電子得失、離子移向、或電解目的等判斷電解池的陰、陽極
利用守恒寫出電極反應式、總反應式
關注生產目標
守恒關系：失電子數(shù)=得電子數(shù)=轉移離子電荷數(shù)
電極區(qū)溶液變化：考慮粒子的生成、消耗、轉移
1、在新冠肺炎疫情期間，“84”消毒液是環(huán)境消毒液之一。某學生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收制得有較強殺菌能力的消毒液，設計了如圖所示的裝置。c、d都為碳電極。
完成下列填空：
(1)a為電源的 極，c為電解池的 極(填“正”“負”或“陰”“陽”)。
(2)d電極上發(fā)生的電極反應式：_________________________，電解產生消毒液的總化學方程式為 。
負
陽
2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
NaCl＋H2O===NaClO＋H2↑
電解
2、三室式電滲析法處理含NH4NO3廢水的原理如圖所示,在直流電源的作用下,兩膜中間的 可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。工作一段時間后,在兩極區(qū)均得到副產品NH4NO3。下列敘述正確的是(　　)
A.a極為電源負極,b極為電源正極
B.c膜是陰離子交換膜,d膜是陽離子交換膜
C.陰極電極反應式為
D.當電路中通過2 mol電子的電量時,陽極區(qū)溶液質量減少8g
A
陰極
陽極
飽和NaCl溶液
生成H2、NaOH
生成Cl2
3、請設計一款通過電解食鹽水制漂白液的生產裝置，裝置要求：簡易環(huán)保、且產量較高。畫出裝置示意圖。
+
-
4、下圖所示裝置中，a、b都是惰性電極，通電一段時間后，b電極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是(　　)
A、X是負極，Y是正極
B、Pt是陰極，Cu是陽極
C、CuSO4溶液的pH逐漸減小
D、CuSO4溶液的pH不變
C

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