氯碱工业微课教学设计.doc

上课!同学们好,请坐。上节课我们学习了电解原理及电解规律,今天我们来学习电解在工业生产中的一个重要的应用——氯碱工业。氯碱工业是指工业上用电解饱和食盐水的方法来制取氯化钠、氯气和氢气,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业体系。让我们首先根据我们学过的电解原理,来看看用惰性电极电解食盐水,怎么得到这三种产物的。我们先画一个简易的实验室用石墨电极电解食盐水的装置,电源正极连接的电极是阳极,电源负极连接的电极是阴极,因为用惰性电极电解,阳极应为阴离子放电,阳极周围有Cl-、OH-,按照放电顺序,氯离子失电子生成氯气,阴极周围有Na+、H+,按照放电顺序,氢离子得电子生成H2,那么我们就写出了点击方程式。根据我们刚才的分析和电极反应,你能写出总反应方程式吗?大家动手来试一试。Cl-由NaCl电离得来,H+由H2O电离得来,电解条件,生成物有氢气、氯气,按照电子得失关系,把方程式配平,这就是电解氯化钠溶液的总反应方程式。如果我们要把这个反应应用于工业生产中,会遇到哪些问题呢?有同学说了,氢气与氯气混合后易爆炸?是不是应该如何分开收集,如何收集?氯气与氢氧化钠接触反应使产品不纯等等。那么氢气在阴极生成,氯气在阳极生成,我们在电解液中加个挡板可以吗?不行,构成电解池的一个必要条件就是构成闭合回路。有同学说提起来一些,露出一条缝,不就可以了吗?这样虽然可以形成闭合回路,但是单位时间内通过的带电微粒数会减少,电解速率会减慢,极大地影响工业生产的单位时间内产量,效率不高,且透过这条缝隙氢气和氯气仍会有少量的混合。那人们就想,能不能设计一个特殊的挡板,既能让阴极区阳极区隔开,又能让某些特定的离子通过?有,化学家设计了离子交换膜,离子交换膜有两种:阳离子交换膜与阴离子交换膜,阳离子交换膜只允许阳离子通过,而阴离子交换膜只允许阴离子通过。那么大家想一想,我们选用哪一种呢?大家说的很好,阴极区水中氢离子放电,若剩余的氢氧根进入到阳极区会与氯气反应,所以应该让阳极的钠离子移动到阴极区与氢氧根结合,所以我们选用阳离子交换膜。目前国际上最常用的氯碱工业的装置就是阳离子交换膜电解槽。那我们将刚才的装置加上阳离子交换膜,通过分析,用阳离子交换膜可以可以成功地将氢气、氯气隔离开,也避免了氯气与氢氧化钠的反应。随着电解的进行,阳极生成的氯气增多,氯化钠溶液的浓度降低;阴极生成的氢气增多,水量减少,氢氧化钠溶液的浓度增大,而工业上又要求连