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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(第一課時) ●教學(xué)目標(biāo) 1.使學(xué)生了解氯堿工業(yè)反應(yīng)原理。 2.使學(xué)生了解電解槽。 3.讓學(xué)生熟悉氯堿工業(yè)中食鹽水的精制。 4.常識性介紹以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)。 5.培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。 6.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力及靈活運用所學(xué)知識的能力。 ●教學(xué)重點 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理，食鹽水的精制。 ●教學(xué)難點 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理； 學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識能力的培養(yǎng)。 ●教學(xué)方法 實驗探究、分析歸納、討論、練習(xí)等。 ●教學(xué)用具 電腦、投影儀 鐵架臺(帶鐵夾)、U形管、碳棒電極、鐵棒電極、直流電源、飽和NaCl溶液、酚酞試液、碘化鉀淀粉試紙、離子交換膜電解槽模型。 ●課時安排 共兩課時 第一課時：電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理及離子膜電解槽。 第二課時：食鹽水的精制和氯堿工業(yè)化工產(chǎn)品。 ●教學(xué)過程 第一課時 ［師］請大家根據(jù)上節(jié)課所學(xué)的電解原理做以下練習(xí)。 ［投影練習(xí)］ 用石墨做電極，電解下列溶液，經(jīng)過一段時間，溶液的pH下降的是 A.NaCl B.NaOH C.H2SO4 D.CuSO4 ［講解］pH下降即c(H＋)增大，引起c(H＋)增大的情況有：①電解不活潑金屬的含氧酸鹽溶液，OH－放電，H＋不放電；②電解含氧酸溶液，H＋和OH－均放電，實質(zhì)為電解水，酸的濃度增大。 pH增大即c(OH－)增大，引起c(OH－)增大的情況有：①電解活潑金屬的無氧酸鹽及無氧酸溶液，H＋放電，OH－不放電；②電解強堿溶液，H＋和OH－均放電，實質(zhì)為電解水，堿的濃度增大。 電解活潑金屬的含氧酸鹽，實質(zhì)為電解水，溶液的pH不變。 ［學(xué)生根據(jù)以上規(guī)律判斷］ 答案：CD ［設(shè)問］假如我們現(xiàn)在要電解NaCl溶液，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？ ［向?qū)W生介紹以下實驗裝置］ ［實驗裝置］在U型管里裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用一根碳棒作陽極，一根鐵棒作陰極。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在兩極附近。使兩根電極與直流電源相接。 ［師］請大家分組討論并回答。 ［為方便學(xué)生討論，可投影展示下圖］ 電解飽和食鹽水實驗裝置 ［學(xué)生討論后回答］兩根電極上均有氣體放出；陽極濕潤的KI淀粉試紙變藍，陰極試紙無變化；陰極附近的溶液由無色變?yōu)榧t色。 ［師］上述結(jié)論是否正確呢？實踐出真知。下面我們親自做一下這個實驗，請大家仔細觀察。 ［接通以上實驗裝置的電源，觀察］ ［師］以上現(xiàn)象的發(fā)生，證明了我們的推測是正確的。 ［問］為什么會有上述現(xiàn)象發(fā)生呢？ 請大家根據(jù)我們學(xué)過的電解原理和弱電解質(zhì)的電離平衡原理進行思考，并回答。 ［請一位同學(xué)上臺講解］ 這是因為NaCl是強電解質(zhì)，在溶液里完全電離，水是弱電解質(zhì)，微弱電離，因此在溶液中存在著Na＋、H＋、Cl－、OH－四種離子。當(dāng)接通直流電源后，帶負電的OH－和Cl－向陽極移動，帶正電的Na＋和H＋向陰極移動。在這樣的電解條件下，Cl－比OH－容易失去電子，在陽極被氧化成氯原子，氯原子結(jié)合成氯分子放出，使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{。 在陰極，H＋比Na＋容易得到電子，因而H＋不斷地從陰極獲得電子被還原為氫原子，并結(jié)合成氫分子從陰極放出。 溶液中的H＋是由水的電離生成的，由于H＋在陰極上不斷得到電子而生成H2放出，破壞了附近的水的電離平衡，水分子繼續(xù)電離出H＋和OH－，H＋又不斷得到電子變成H2，結(jié)果在陰極區(qū)溶液里OH－的濃度相對地增大，使酚酞試液變紅。 ［教師評價］講得很到位！ ［師］以上過程我們可用電腦模擬出來。 ［用電腦動畫模擬NaCl溶液的電解：通電前溶液中的H＋、Na＋、OH－、Cl－在自由運動，通電后做定向移動……］ ［師］以上原理即為電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理。 ［板書］一、電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理。 ［師］請大家寫出以上反應(yīng)的電極反應(yīng)式并注明反應(yīng)類型。同時寫出電解飽和食鹽水的總反應(yīng)式。 ［學(xué)生練習(xí)，教師巡視］ ［請一位同學(xué)上黑板書寫］ ［學(xué)生板書］陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng)) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應(yīng)) 總反應(yīng)式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 注意：在把電極反應(yīng)式合并為總反應(yīng)式時，若參加反應(yīng)的H＋和OH－是由水電離產(chǎn)生，則在寫反應(yīng)物時，應(yīng)寫為H2O。如上述陰極反應(yīng)的反應(yīng)式即可寫為：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－進行合并。 ［師］由以上反應(yīng)式可以看出，電解飽和食鹽水可以得到NaOH、Cl2、H2三種物質(zhì)。 ［引入本節(jié)課題］工業(yè)上就是利用這一原理來制取燒堿、氯氣和氫氣，并以它們?yōu)樵蟻砩a(chǎn)一系列的化工產(chǎn)品，我們把這一工業(yè)稱為氯堿工業(yè)。 ［板書］第二節(jié) 氯堿工業(yè) 請大家根據(jù)已學(xué)知識，做以下練習(xí)： ［投影練習(xí)］ 下圖中的每一方格表示有關(guān)的一種反應(yīng)物或生成物(反應(yīng)時加入或生成的水，以及生成沉淀J時的其他產(chǎn)物均已略去)。 請?zhí)顚懴铝锌瞻祝? (1)物質(zhì)B是_________，F(xiàn)是_________，D是_________，J是_________。 (2)寫出反應(yīng)①的離子方程式 。 ［學(xué)生練習(xí)，教師巡視］ ［講解］解答框圖題，首先要找出解題的“題眼”，即進行分析思考最易著手的地方。本題最明顯的信息便是飽和食鹽水的電解。 已知電解飽和食鹽水的反應(yīng)為： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 又知：H2＋Cl22HCl 2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O 說明B一定為Cl2(它和另兩種生成物都能反應(yīng))，C一定為H2(H2和Cl2反應(yīng)只得一種生成物)；A一定是NaOH。 另一初始反應(yīng)物F的有關(guān)信息： F能和鹽酸反應(yīng)置換出H2，F(xiàn)一定是比氫活潑的金屬，此金屬和HCl反應(yīng)生成物的化合價與它和Cl2反應(yīng)產(chǎn)物化合價不同，是有可變化合價的比氫活潑的金屬。F為鐵。 從Fe與鹽酸產(chǎn)物FeCl2和Fe與Cl2產(chǎn)物FeCl3分別與D的反應(yīng)、判斷沉淀J。D只能是NaClO而不能是NaCl,NaClO為強堿弱酸鹽，水溶液有堿性。HClO有強氧化性，NaClO也可能有氧化性，而FeCl2又有強還原性。因此不論FeCl3還是FeCl2與NaClO反應(yīng)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 ［過渡］由剛才我們對上題的分析中可知，在上面的電解飽和食鹽水的實驗中，電解產(chǎn)物之間能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如NaOH溶液和Cl2能反應(yīng)生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能發(fā)生爆炸。在工業(yè)生產(chǎn)中，怎樣才能避免這幾種產(chǎn)物的混合呢？這就需要使反應(yīng)在一種特殊的電解槽中進行，這種電解槽就是離子交換膜電解槽。 下面，我們就來認識一下離子交換膜電解槽并學(xué)習(xí)離子交換膜法制燒堿的原理。 ［板書］二、離子交換膜法制燒堿 ［講解］離子交換膜法制堿是目前世界上比較先進的電解制堿技術(shù)。這一技術(shù)在20世紀50年代開始研究，80年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。 請大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，了解離子交換膜電解槽的組成、離子交換膜的特性和離子交換膜的作用及其工作原理。 ［學(xué)生閱讀總結(jié)］ ［教師板書］1.離子交換膜電解槽 (1)離子交換膜電解槽的組成。 (2)陽離子交換膜的特性。 (3)陽離子交換膜的作用。 (4)離子交換膜法電解原理。 ［向?qū)W生展示離子交換膜電解槽模型］ ［請一位同學(xué)上講臺指出模型由哪幾部分組成］ ［生］離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。 ［講解］電解槽的陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽極網(wǎng)上涂有鈦、釕等氧化物涂層；陰極由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層；陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室。 ［問］電解飽和食鹽水中的陽離子交換膜有什么特性？ ［生］其只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過。 ［追問］陽離子交換膜在電解飽和食鹽水中所起的作用是什么？ ［生］在電解飽和食鹽水時，陽離子交換膜只允許Na＋通過，而Cl－、OH－和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)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而影響燒堿的質(zhì)量。 ［問］離子交換膜法制燒堿的原理是什么呢？ 現(xiàn)在，我們請一位同學(xué)根據(jù)這張“離子交換膜法電解原理示意圖”來講一下其工作原理。 ［投影展示］ 離子交換膜電解原理示意圖 ［學(xué)生講解］把精制的飽和食鹽水加入陽極室；純水(加入一定量的NaOH溶液)加入陰極室。通電時，H2O在陰極表面放電生成H2，Na＋穿過離子膜由陽極室進入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有NaOH;Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水從陽極導(dǎo)出，可重新用于配制食鹽水。 ［設(shè)問］為什么在加入陰極室的純水中要加入一定量的NaOH溶液？ ［生］為了增強溶液的導(dǎo)電性。 ［師］很正確！ 離子交換膜法電解制堿的生產(chǎn)流程可簡單表示如下： ［投影］ 離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程 ［講解］通過以上流程，我們便可以得到氯氣、氫氣、氫氧化鈉三種重要的化工原料。 離子交換膜法制堿技術(shù)具有設(shè)備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能適應(yīng)電流波動、能耗低、污染小等優(yōu)點，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。 ［小結(jié)］本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理及離子交換膜法制燒堿兩部分內(nèi)容，這是我們了解氯堿工業(yè)所必需知道的。 ［布置作業(yè)］ 習(xí)題：一、3 二 ［想一想］H2、Cl2、NaOH各有哪些用途？查閱資料，對他們進行更多的了解。 ●板書設(shè)計 第二節(jié) 氯堿工業(yè) 一、電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng)) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應(yīng)) 總反應(yīng)式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 二、離子交換膜法制燒堿 1.離子交換膜電解槽 (1)離子交換膜電解槽的組成 (2)陽離子交換膜的特性 (3)陽離子交換膜的作用 (4)離子交換膜法電解原理 ●教學(xué)說明 本課時教學(xué)的一個最明顯特點是讓學(xué)生親自參與教學(xué)，這樣，可更大程度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在講電解飽和食鹽水的原理之前，還特意讓學(xué)生做了一個有關(guān)電解時pH變化的練習(xí)，這主要是為解釋實驗現(xiàn)象中的“酚酞變紅”作鋪墊，當(dāng)學(xué)生明白了電解飽和食鹽的原理后，又提供了一個與其相關(guān)的綜合題讓學(xué)生練習(xí)，這樣，既可以鞏固新學(xué)知識，又可培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力。 對于本課時的演示實驗，主要采取了探究式的教學(xué)方法，即激疑推測驗證。這樣做，一來可使學(xué)生嘗受到成功的喜悅，二來還可激發(fā)學(xué)生勇于探索未知的激情。