2019-2020年高中化學（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(第一課時).doc

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2019-2020年高中化學（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(第一課時) ●教學目標 1.使學生了解氯堿工業(yè)反應原理。 2.使學生了解電解槽。 3.讓學生熟悉氯堿工業(yè)中食鹽水的精制。 4.常識性介紹以氯堿工業(yè)為基礎的化工生產(chǎn)。 5.培養(yǎng)學生的分析、推理能力。 6.培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力及靈活運用所學知識的能力。 ●教學重點 氯堿工業(yè)反應原理，食鹽水的精制。 ●教學難點 氯堿工業(yè)反應原理； 學生綜合應用所學知識能力的培養(yǎng)。 ●教學方法 實驗探究、分析歸納、討論、練習等。 ●教學用具 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。 ●教學過程 第一課時 ［師］請大家根據(jù)上節(jié)課所學的電解原理做以下練習。 ［投影練習］ 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，實質為電解水，堿的濃度增大。 電解活潑金屬的含氧酸鹽，實質為電解水，溶液的pH不變。 ［學生根據(jù)以上規(guī)律判斷］ 答案：CD ［設問］假如我們現(xiàn)在要電解NaCl溶液，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？ ［向學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。 ［為方便學生討論，可投影展示下圖］ 電解飽和食鹽水實驗裝置 ［學生討論后回答］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)我們學過的電解原理和弱電解質的電離平衡原理進行思考，并回答。 ［請一位同學上臺講解］ 這是因為NaCl是強電解質，在溶液里完全電離，水是弱電解質，微弱電離，因此在溶液中存在著Na＋、H＋、Cl－、OH－四種離子。當接通直流電源后，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原理。 ［板書］一、電解飽和食鹽水的反應原理。 ［師］請大家寫出以上反應的電極反應式并注明反應類型。同時寫出電解飽和食鹽水的總反應式。 ［學生練習，教師巡視］ ［請一位同學上黑板書寫］ ［學生板書］陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應) 總反應式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 注意：在把電極反應式合并為總反應式時，若參加反應的H＋和OH－是由水電離產(chǎn)生，則在寫反應物時，應寫為H2O。如上述陰極反應的反應式即可寫為：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－進行合并。 ［師］由以上反應式可以看出，電解飽和食鹽水可以得到NaOH、Cl2、H2三種物質。 ［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)已學知識，做以下練習： ［投影練習］ 下圖中的每一方格表示有關的一種反應物或生成物(反應時加入或生成的水，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B是_________，F(xiàn)是_________，D是_________，J是_________。 (2)寫出反應①的離子方程式 。 ［學生練習，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)，C一定為H2(H2和Cl2反應只得一種生成物)；A一定是NaOH。 另一初始反應物F的有關信息： F能和鹽酸反應置換出H2，F(xiàn)一定是比氫活潑的金屬，此金屬和HCl反應生成物的化合價與它和Cl2反應產(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、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)生化學反應，如NaOH溶液和Cl2能反應生成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習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。這一技術在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。 ［學生閱讀總結］ ［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。 ［向學生展示離子交換膜電解槽模型］ ［請一位同學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出，可重新用于配制食鹽水。 ［設問］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具有設備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質量高、能適應電流波動、能耗低、污染小等優(yōu)點，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。 ［小結］本節(jié)課我們主要學習了電解飽和食鹽水的反應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。 ●板書設計 第二節(jié) 氯堿工業(yè) 一、電解飽和食鹽水的反應原理 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應) 總反應式：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 ●教學說明 本課時教學的一個最明顯特點是讓學生親自參與教學，這樣，可更大程度地調(diào)動學生學習的積極性。在講電解飽和食鹽水的原理之前，還特意讓學生做了一個有關電解時pH變化的練習，這主要是為解釋實驗現(xiàn)象中的“酚酞變紅”作鋪墊，當學生明白了電解飽和食鹽的原理后，又提供了一個與其相關的綜合題讓學生練習，這樣，既可以鞏固新學知識，又可培養(yǎng)學生綜合應用所學知識的能力。 對于本課時的演示實驗，主要采取了探究式的教學方法，即激疑推測驗證。這樣做，一來可使學生嘗受到成功的喜悅，二來還可激發(fā)學生勇于探索未知的激情。