（高考复习课件）氯碱工业.docVIP

氯碱工业 　　[重点难点]　　1．掌握电解饱和食盐水的基本原理。　　2．了解离子交换膜法电解食盐水制烧碱和氯气的主要生产流程。　　3．掌握围绕电解的计算　　[知识讲解]　　一、电解饱和食盐水反应原理　　工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。　　1．实验分析：电解饱和食盐水 电解饱和食盐水 　　在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。　　注意：　　铁棒不可作阳极，否则发生Fe－2e－=Fe2+； 碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。　　现象：　　阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极区域溶液变红。说明阴极区域生成物为碱性物质与H2，阳极产物是Cl2。　　2．电解饱和食盐水反应原理　　饱和食盐水成分：溶液存在Na+、Cl－、H+、OH－四种离子。　　电极反应式：阴极：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）；　　阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）。　　实验现象解释：　　（1）阴极区域变红原因：由于H+被消耗，使得阴极区域OH－离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于KW为定值，c(H+)因电极反应而降低，导致c(OH－)增大，使酚酞试液变红）。　　（2）湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝。　　注意：　　如果试纸被熏蒸的太久，氯气会把生成的碘氧化成碘酸又使蓝色褪去。　　电解饱和食盐水的电解方程式： 　　该电解反应属于放氢生碱型，电解质与水均参与电解反应，类似的还有K2S、MgBr2等。　　3．以氯碱工业为基础的化工生产 [来源:学,科,网] 　　二、离子交换膜法制烧碱　　1．离子交换膜电解槽的构成 离子交换膜电解槽 　　主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。　　电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。　　离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。 上海天原化工厂电解车间的离子交换膜电解槽 　　2．离子交换膜法电解制碱的主要生产流程 [来源:学科网ZXXK][来源:学科网] 　　如图，精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。　　阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。　　氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。　　3．精制食盐水的方法　　电解食盐水时，要求食盐要纯净，而一般粗盐中含许多杂质，电解前一定要提纯。　　粗盐的成分　　粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42—杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。　　杂质的危害　　Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。　　除杂质的过程 [来源:学+科+网Z+X+X+K] 　　注意事项　　＜1＞除杂质时所加试剂的顺序要求是：　　Na2CO3必须在BaCl2之后，以除去前面引入的Ba2+等；　　过滤之后再加入盐酸。　　＜2＞试剂加入顺序有多种选择，如：　　BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl；　　BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；　　NaOH、BaCl2、Na2CO3