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2019-2020年高中化學 4.2《氯堿工業(yè)》教案 舊人教版選修 一、教學目標 知識目標： 1. 使學生理解電解飽和食鹽水反應原理； 2. 使學生掌握離子交換膜電解槽的組成及特點； 3. 使學生掌握離子交換膜電解法制燒堿的主要生產流程； 4. 使學生了解氯堿工業(yè)的主要產品及在國民經濟中的重要作用。 能力目標： 1. 通過飽和食鹽水的電解演示實驗的教學，培養(yǎng)學生觀察實驗現象、綜合分析實驗現象、歸納實驗結論的能力； 2. 通過飽和食鹽水的凈化過程的教學培養(yǎng)學生利用化學知識綜合解決實際問題的能力。 情感目標： 1. 通過氯堿工業(yè)的發(fā)展歷史及前景的展望，培養(yǎng)學生學習興趣和立志為科學技術作貢獻的科學精神； 2. 通過氯堿工業(yè)產品的教學培養(yǎng)學生環(huán)境保護意識。 二、教學重點和難點 重點：電解飽和食鹽水反應原理；離子交換膜電解槽的組成及特點。 難點：離子交換膜電解法制燒堿的主要生產流程。 三、教法 媒體運用 實驗探究 討論 講解 多媒體 四、教學用具 飽和食鹽水、酚酞試液、碘化鉀淀粉試紙、碳棒、鐵棒、電流表、直流電源 多媒體教學平臺。 五、課時安排 二課時 六、教學過程 【引題】公共健康近來倍受人們關注。公共健康離不開消毒劑和消毒器，其中有一種家用消毒器的的廣告詞是這樣的"食鹽+水，通電，就Ok！"你知道這種消毒器的工作原理嗎？今天，我們將一起學習與這種消毒器的工作原理類似的一種重要的化學工業(yè)--氯堿工業(yè)。 【過渡】首先看看電解飽和食鹽水反應原理。 【板書】第二節(jié) 氯堿工業(yè) （一）、電解飽和食鹽水反應原理 【演示實驗】電解飽和食鹽水，引導學生觀察實驗現象。 【學生活動】描述實驗現象并歸納實驗結論： 陽極：碳棒 有刺激性氣味氣體逸出，并能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{，為Cl2 陰極：鐵棒 有無色無味氣體逸出，可證明是H2；溶液變紅，說明有堿性物質生成 【設問】為什么會出現這些實驗現象呢？ 【引導學生分析】在飽和食鹽水中有那些物質電離？溶液中存在哪些離子？ 溶質 NaCl: 強電解質完全電離 NaCl=Na++Cl- 溶劑 H2O ： 弱電解質微弱電離 H2O=H++OH- 陽離子：Na+、H+ 陰離子： Cl- 、OH- 【講解】在通過直流電之前，這四種離子在溶液中作無規(guī)則的自由移動；通直流電后，陰、陽離子在電場作用下作定向移動，陽離子Na+和 H+向陰極移動，并且，由于H+的氧化性較Na+強，所以，H+ 獲得電子被還原為氫原子，氫原子結合為氫分子逸出。陰離子Cl-和OH-向陽極移動，并且，由于Cl-的還原性較OH-強，所以，Cl- 失去電子被氧化為氯原子，氯原子結合為氯分子逸出。 【電腦演示】各離子在通電前后的運動情況及離子在兩極上的變化情況。 【板書】電極反應為：陽極 2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反應） 陰極 2H++2e-=H2↑（還原反應） 【講解】在陰極H+是H2O電離產生的，當H+由于反應被消耗時，使H2O的電離平衡遭到破壞，平衡向H2O電離的方向移動，因此，使陰極區(qū)溶液里OH-濃度相對增大，OH-濃度大于H+濃度，顯堿性，所以酚酞變紅。 Cl- 是由NaCl提供的，而H+是由H2O提供的，所以電解飽和食鹽水的總反應為： 通電 【板書】2NaCl+2H2O ==== 2NaOH+H2↑+Cl2↑ （陰極） （陽極） 【講解】工業(yè)上就是利用這一反應原理來制取NaOH、Cl2 和H2 ，并以它們?yōu)樵仙a一系列化工產品，稱為氯堿工業(yè)。 【提問】電解融化狀態(tài)下的食鹽在工業(yè)上也有一個重要的應用，寫出其電解反應方程式，并比較它與食鹽水的電解的差異。 【過渡】不難看出，飽和食鹽水在兩極上反應所生成的物質之間是能相互反應的，NaOH與Cl2能反應生成具有消毒、殺菌作用的NaClO，有報道稱，質量分數為10%的NaClO能在五分鐘內殺死非典病毒，這也就是家用消毒器的工作原理；除此以外， Cl2 和H2的混合氣體也在一定條件下發(fā)生反應。在氯堿工業(yè)中，更多時候需要的是這三種電解產物，不希望它們之間反應消耗掉，因此，需要使反應在特殊的電解槽中進行，將陰極和陽極上的產物分開，目前世界上比較先進的電解制堿技術就是離子交換膜法。 【板書】（二）、離子交換膜法制燒堿 1，離子交換膜電解槽的主要組成： 【學生活動】閱讀課本57頁，回答問題。 ①陽極和陰極是由什么材料制成的，外涂的涂層有什么作用。 ②離子交換膜有什么特點，有什么作用。 ③電解槽框和導電銅棒有什么作用。 【過渡】電解飽和食鹽水的主要原料是工業(yè)食鹽，這種食鹽中往往含有一些雜質，這些雜質的存在不僅影響生產產品的質量，而且這些雜質將破壞離子交換膜，故進入電解槽中的食鹽水必須要凈化。 【板書】2，原料的精制 【提問】食鹽中一般含有的雜質有：泥沙、Ca2+、、Mg2+、Fe3+、SO42-，如何將它們除去呢？ 【提示】先考慮每一種雜質用什么試劑可以除掉，還應考慮所加試劑的順序，要將原料中的雜質充分反應，因此，加入試劑必須要過量，后加試劑又要能將先加過量試劑除掉。 【學生活動】討論并寫出除雜方案。 【投影】顯示學生除雜方案。 【學生活動】并予以評價，得出合理方案。 【板書】過量BaCl2 過量NaOH 過量Na2CO3 過濾 適量鹽酸 粗鹽水 （除SO42-） （除Mg2+,Fe3+）（除Ca2+,Ba2+）（除泥砂及沉淀） （除CO32-） 陽離子交換塔 含少量Ca2+、和Mg2+ 精制鹽水 （除Ca2+,Mg2+） 【學生活動】書寫以上除雜反應的離子反應方程式。 【投影】學生書寫反應式，糾正錯誤，顯示正確的離子反應方程式。 【過渡】將食鹽精制后，就可以進行電解了。 【板書】3，離子交換膜法電解食鹽水的主要生產流程 【電腦演示】用電腦制作課件模擬離子交換膜法電解食鹽水的主要生產流程，體現以下三個方面：①溶液中四種離子在離子交換膜上的通過情況。②兩極上離子的變化情況。③原料和產品在電解槽中的進出情況。 【提問】①加入陰極室中的純水中為什么要加少量的NaOH？可不可以加入別的電解質？ ②為什么要將反應一段時間后的淡鹽水導出，而不繼續(xù)電離？它有什么用途？ 【講解】離子交換膜法制堿不僅得到的產品純、質量高，而且還具有設備占地面積小、生產能力大、能耗低、污染小等優(yōu)點，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。 【過渡】氯堿工業(yè)不僅指利用電解飽和食鹽水制NaOH、Cl2 和H2，而且包括以這些電解產物為原料加工成其它化工產品。 【板書】（三）、以氯堿工業(yè)為基礎的化工生產 【投影】顯示以氯堿工業(yè)為基礎的化工生產及產品的主要用途。 電解飽和食鹽水 液堿 NaOH 有機合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染等 含氯漂白粉 濕Cl2 Cl2 有機合成、氯化物合成、農藥 HCl 鹽酸 濕H2 H2 有機合成、金屬冶煉 【講解】氯堿工業(yè)是重要的化學工業(yè)，在國民經濟發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，但是，以氯堿工業(yè)為基礎的化工生產過程及產品有一些對環(huán)境產生了污染，我們不能以眼前的利益而犧牲我們賴以生存的環(huán)境；同時，也要求我們大家認真學習，用自己的聰明才智開發(fā)更多對環(huán)境友好產品，立志為人類創(chuàng)造更美好的明天。 【小結】本節(jié)為電解原理在實際工業(yè)的又一個具體應用，本節(jié)重點是在掌握食鹽水電解的原理的基礎上，掌握離子交換膜法制堿的主要生產流程。 七、課堂練習 【投影顯示】 1. 某種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨為電極電解飽和食鹽水，為使氯氣完全吸收，制得有殺菌能力的消毒液，設計了下圖所示的裝置，則對電源電極的名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是（） a 電源 b A a為正極，b為負極；NaClO和NaCl B a為負極，b為正極；NaClO和NaCl C a為陽極，b為陰極；HClO和NaCl D a為陰極，b為陽極；HClO和NaCl 2. 氯堿廠電解飽和食鹽水制取的工藝流程示意圖如下： 粗鹽 水 NaOH Na2CO3 Cl2 H2 10%NaOH溶液 16%NaCl溶液 化鹽 精制 電解 脫鹽 沉渣 NaCl晶體 50%NaOH溶液 依據工藝流程圖，完成下列填空。 ①在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應的電極方程式為----------------與電源負極相連的電極附近，溶液的PH----（填"不變"、"升高"或"下降"）。 ②工業(yè)食鹽含Ca2+、Mg2+等雜質。精制過程中所發(fā)生反應的離子反應方程式為-------------------；--------------------。 ③如果粗鹽中SO42-含量較高，必須加入鋇試劑除去SO42-，該鋇試劑可以是------（填序號） a Ba（OH）2 b Ba（NO3）2 c BaCl2 ④為有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入試劑的合理順序是-------（填序號） A 先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑 B 先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3 C 先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3 ⑤脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過----------、冷卻、-------（填寫操作名稱）除去NaCl。 ⑥用隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl2和NaOH反應。采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl2和NaOH充分接觸，產物僅是NaClO和H2，相應的化學反應方程式為-----------------。 八、研究性學習 1. 調查市場上的消毒器的種類、消毒原理及市場價格等。 2. 查詢氯堿工業(yè)的發(fā)展歷史及發(fā)展前景。 九、板書設計 第二節(jié) 氯堿工業(yè) （一）、電解飽和食鹽水反應原理 電極反應為：陽極 2Cl--2e-=Cl2 ↑ （氧化反應） 陰極 2H+ +2e-=H2 ↑ （還原反應） 通電 2NaCl+2H2O ====2NaOH+H2↑+Cl2 ↑ （陰極） （陽極） （二）、離子交換膜法制燒堿 1,離子交換膜電解槽的主要組成： 陽極 陰極 離子交換膜 電解槽框 導電銅棒 2,原料的精制 過量BaCl2 過量NaOH 過量Na2CO3 過濾 適量鹽酸 粗鹽水 （除SO42-） （除Mg2+,Fe3+）（除Ca2+,Ba2+）（除泥砂及沉淀） （除CO32-） 陽離子交換塔 含少量Ca2+、和Mg2+ 精制鹽水 （除Ca2+,Mg2+） 3,離子交換膜法電解食鹽水的主要生產流程 濕氯氣 氯氣 淡鹽水 濕氫氣 氫氣 NaOH溶液 NaOH 陽極室 陰極室 食鹽 精制鹽水 純水（含有少量NaOH） （三）、以氯堿工業(yè)為基礎的化工生產