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2019-2020年高中化學(xué) 4.2《氯堿工業(yè)》教案 舊人教版選修 一、教學(xué)目標(biāo) 知識目標(biāo)： 1. 使學(xué)生理解電解飽和食鹽水反應(yīng)原理； 2. 使學(xué)生掌握離子交換膜電解槽的組成及特點； 3. 使學(xué)生掌握離子交換膜電解法制燒堿的主要生產(chǎn)流程； 4. 使學(xué)生了解氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品及在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用。 能力目標(biāo)： 1. 通過飽和食鹽水的電解演示實驗的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、綜合分析實驗現(xiàn)象、歸納實驗結(jié)論的能力； 2. 通過飽和食鹽水的凈化過程的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)知識綜合解決實際問題的能力。 情感目標(biāo)： 1. 通過氯堿工業(yè)的發(fā)展歷史及前景的展望，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和立志為科學(xué)技術(shù)作貢獻(xiàn)的科學(xué)精神； 2. 通過氯堿工業(yè)產(chǎn)品的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識。 二、教學(xué)重點和難點 重點：電解飽和食鹽水反應(yīng)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(chǎn)流程。 三、教法 媒體運(yùn)用 實驗探究 討論 講解 多媒體 四、教學(xué)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(xué)平臺。 五、課時安排 二課時 六、教學(xué)過程 【引題】公共健康近來倍受人們關(guān)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(xué)習(xí)與這種消毒器的工作原理類似的一種重要的化學(xué)工業(yè)--氯堿工業(yè)。 【過渡】首先看看電解飽和食鹽水反應(yīng)原理。 【板書】第二節(jié) 氯堿工業(yè) （一）、電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 【演示實驗】電解飽和食鹽水，引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。 【學(xué)生活動】描述實驗現(xiàn)象并歸納實驗結(jié)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{(lán)，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(zhì)生成 【設(shè)問】為什么會出現(xiàn)這些實驗現(xiàn)象呢？ 【引導(dǎo)學(xué)生分析】在飽和食鹽水中有那些物質(zhì)電離？溶液中存在哪些離子？ 溶質(zhì) NaCl: 強(qiáng)電解質(zhì)完全電離 NaCl=Na++Cl- 溶劑 H2O ： 弱電解質(zhì)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(qiáng)，所以，H+ 獲得電子被還原為氫原子，氫原子結(jié)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(qiáng)，所以，Cl- 失去電子被氧化為氯原子，氯原子結(jié)合為氯分子逸出。 【電腦演示】各離子在通電前后的運(yùn)動情況及離子在兩極上的變化情況。 【板書】電極反應(yīng)為：陽極 2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 陰極 2H++2e-=H2↑（還原反應(yīng)） 【講解】在陰極H+是H2O電離產(chǎn)生的，當(dāng)H+由于反應(yīng)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(yīng)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(yīng)原理來制取NaOH、Cl2 和H2 ，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)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(yīng)用，寫出其電解反應(yīng)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(yīng)所生成的物質(zhì)之間是能相互反應(yīng)的，NaOH與Cl2能反應(yīng)生成具有消毒、殺菌作用的NaClO，有報道稱，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaClO能在五分鐘內(nèi)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(yīng)。在氯堿工業(yè)中，更多時候需要的是這三種電解產(chǎn)物，不希望它們之間反應(yīng)消耗掉，因此，需要使反應(yīng)在特殊的電解槽中進(jìn)行，將陰極和陽極上的產(chǎn)物分開，目前世界上比較先進(jìn)的電解制堿技術(shù)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(xué)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(dǎo)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(zhì)，這些雜質(zhì)的存在不僅影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且這些雜質(zhì)將破壞離子交換膜，故進(jìn)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(zhì)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(zhì)用什么試劑可以除掉，還應(yīng)考慮所加試劑的順序，要將原料中的雜質(zhì)充分反應(yīng)，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(xué)生活動】討論并寫出除雜方案。 【投影】顯示學(xué)生除雜方案。 【學(xué)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(xué)生活動】書寫以上除雜反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式。 【投影】學(xué)生書寫反應(yīng)式，糾正錯誤，顯示正確的離子反應(yīng)方程式。 【過渡】將食鹽精制后，就可以進(jìn)行電解了。 【板書】3，離子交換膜法電解食鹽水的主要生產(chǎn)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(chǎn)流程，體現(xiàn)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(chǎn)品在電解槽中的進(jìn)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(zhì)？ ②為什么要將反應(yīng)一段時間后的淡鹽水導(dǎo)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(chǎn)品純、質(zhì)量高，而且還具有設(shè)備占地面積小、生產(chǎn)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(chǎn)物為原料加工成其它化工產(chǎn)品。 【板書】（三）、以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn) 【投影】顯示以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品的主要用途。 電解飽和食鹽水 液堿 NaOH 有機(jī)合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染等 含氯漂白粉 濕Cl2 Cl2 有機(jī)合成、氯化物合成、農(nóng)藥 HCl 鹽酸 濕H2 H2 有機(jī)合成、金屬冶煉 【講解】氯堿工業(yè)是重要的化學(xué)工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，但是，以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)過程及產(chǎn)品有一些對環(huán)境產(chǎn)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(rèn)真學(xué)習(xí)，用自己的聰明才智開發(fā)更多對環(huán)境友好產(chǎn)品，立志為人類創(chuàng)造更美好的明天。 【小結(jié)】本節(jié)為電解原理在實際工業(yè)的又一個具體應(yīng)用，本節(jié)重點是在掌握食鹽水電解的原理的基礎(chǔ)上，掌握離子交換膜法制堿的主要生產(chǎn)流程。 七、課堂練習(xí) 【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(shè)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(fù)極；NaClO和NaCl B a為負(fù)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(jù)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(yīng)的電極方程式為----------------與電源負(fù)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(zhì)。精制過程中所發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)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(yīng)。采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl2和NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H2，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為-----------------。 八、研究性學(xué)習(xí) 1. 調(diào)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(shè)計 第二節(jié) 氯堿工業(yè) （一）、電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 電極反應(yīng)為：陽極 2Cl--2e-=Cl2 ↑ （氧化反應(yīng)） 陰極 2H+ +2e-=H2 ↑ （還原反應(yīng)） 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(dǎo)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(chǎn)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(chǔ)的化工生產(chǎn)