2019-2020年高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 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(shí)).doc
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2019-2020年高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 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(shí)) ●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(shí)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(shí)際的能力及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。 ●教學(xué)重點(diǎn) 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理,食鹽水的精制。 ●教學(xué)難點(diǎn) 氯堿工業(yè)反應(yīng)原理; 學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)能力的培養(yǎng)。 ●教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)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(tái)(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(shí)安排 共兩課時(shí) 第一課時(shí):電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理及離子膜電解槽。 第二課時(shí):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(shí) [師]請(qǐng)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(shí)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(shí)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(wú)氧酸鹽及無(wú)氧酸溶液,H+放電,OH-不放電;②電解強(qiáng)堿溶液,H+和OH-均放電,實(shí)質(zhì)為電解水,堿的濃度增大。 電解活潑金屬的含氧酸鹽,實(shí)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(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生呢? [向?qū)W生介紹以下實(shí)驗(yàn)裝置] [實(shí)驗(yàn)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(yáng)極,一根鐵棒作陰極。把濕潤(rùn)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(qǐng)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(shí)驗(yàn)裝置 [學(xué)生討論后回答]兩根電極上均有氣體放出;陽(yáng)極濕潤(rùn)的KI淀粉試紙變藍(lán),陰極試紙無(wú)變化;陰極附近的溶液由無(wú)色變?yōu)榧t色。 [師]上述結(jié)論是否正確呢?實(shí)踐出真知。下面我們親自做一下這個(gè)實(shí)驗(yàn),請(qǐng)大家仔細(xì)觀察。 [接通以上實(shí)驗(yàn)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(cè)是正確的。 [問]為什么會(huì)有上述現(xiàn)象發(fā)生呢? 請(qǐng)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(jìn)行思考,并回答。 [請(qǐng)一位同學(xué)上臺(tái)講解] 這是因?yàn)镹aCl是強(qiáng)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(fù)電的OH-和Cl-向陽(yáng)極移動(dòng),帶正電的Na+和H+向陰極移動(dòng)。在這樣的電解條件下,Cl-比OH-容易失去電子,在陽(yáng)極被氧化成氯原子,氯原子結(jié)合成氯分子放出,使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)。 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(duì)地增大,使酚酞試液變紅。 [教師評(píng)價(jià)]講得很到位! [師]以上過程我們可用電腦模擬出來(lái)。 [用電腦動(dòng)畫模擬NaCl溶液的電解:通電前溶液中的H+、Na+、OH-、Cl-在自由運(yùn)動(dòng),通電后做定向移動(dòng)……] [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(qǐng)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(shí)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(qǐng)一位同學(xué)上黑板書寫] [學(xué)生板書]陽(yáng)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(shí),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(shí),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(jìn)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(lái)制取燒堿、氯氣和氫氣,并以它們?yōu)樵蟻?lái)生產(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(qǐng)大家根據(jù)已學(xué)知識(shí),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(shí)加入或生成的水,以及生成沉淀J時(shí)的其他產(chǎn)物均已略去)。 請(qǐng)?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(jìn)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(jià)與它和Cl2反應(yīng)產(chǎn)物化合價(jià)不同,是有可變化合價(jià)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(qiáng)堿弱酸鹽,水溶液有堿性。HClO有強(qiáng)氧化性,NaClO也可能有氧化性,而FeCl2又有強(qiáng)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(duì)上題的分析中可知,在上面的電解飽和食鹽水的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行,這種電解槽就是離子交換膜電解槽。 下面,我們就來(lái)認(rèn)識(shí)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(jìn)的電解制堿技術(shù)。這一技術(shù)在20世紀(jì)50年代開始研究,80年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。 請(qǐng)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(yáng)離子交換膜的特性。 (3)陽(yáng)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(qǐng)一位同學(xué)上講臺(tái)指出模型由哪幾部分組成] [生]離子交換膜電解槽主要由陽(yáng)極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成,每臺(tái)電解槽由若干個(gè)單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。 [講解]電解槽的陽(yáng)極用金屬鈦網(wǎng)制成,為了延長(zhǎng)電極使用壽命和提高電解效率,鈦陽(yáng)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(yáng)離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室。 [問]電解飽和食鹽水中的陽(yáng)離子交換膜有什么特性? [生]其只允許陽(yáng)離子通過,而阻止陰離子和氣體通過。 [追問]陽(yáng)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(shí),陽(yáng)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(yáng)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(qǐng)一位同學(xué)根據(jù)這張“離子交換膜法電解原理示意圖”來(lái)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(yáng)極室;純水(加入一定量的NaOH溶液)加入陰極室。通電時(shí),H2O在陰極表面放電生成H2,Na+穿過離子膜由陽(yáng)極室進(jìn)入陰極室,導(dǎo)出的陰極液中含有NaOH;Cl-則在陽(yáng)極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水從陽(yáng)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(qiáng)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(jiǎn)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(dòng)、能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn),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(duì)他們進(jìn)行更多的了解。 ●板書設(shè)計(jì) 第二節(jié) 氯堿工業(yè) 一、電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理 陽(yáng)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(yáng)離子交換膜的特性 (3)陽(yáng)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(shí)教學(xué)的一個(gè)最明顯特點(diǎn)是讓學(xué)生親自參與教學(xué),這樣,可更大程度地調(diào)動(dòng)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(gè)有關(guān)電解時(shí)pH變化的練習(xí),這主要是為解釋實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí),又可培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。 對(duì)于本課時(shí)的演示實(shí)驗(yàn),主要采取了探究式的教學(xué)方法,即激疑推測(cè)驗(yàn)證。這樣做,一來(lái)可使學(xué)生嘗受到成功的喜悅,二來(lái)還可激發(fā)學(xué)生勇于探索未知的激情。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問題本站不予受理。
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