2019-2020年高中化學(xué) 4.2《氯堿工業(yè)》教案 舊人教版選修.doc
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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(shí)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(diǎn); 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(shí)驗(yàn)的教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、綜合分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、歸納實(shí)驗(yàn)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(shí)綜合解決實(shí)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(shí)。 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn):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(diǎn)。 難點(diǎn):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(shí)驗(yàn)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(tái)。 五、課時(shí)安排 二課時(shí) 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(shí)驗(yàn)】電解飽和食鹽水,引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 【學(xué)生活動(dòng)】描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并歸納實(shí)驗(yàn)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(huì)出現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)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(dòng);通直流電后,陰、陽離子在電場作用下作定向移動(dòng),陽離子Na+和 H+向陰極移動(dòng),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(dòng),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(dòng)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(shí),使H2O的電離平衡遭到破壞,平衡向H2O電離的方向移動(dòng),因此,使陰極區(qū)溶液里OH-濃度相對(duì)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(gè)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(bào)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(shí)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(dòng)】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(diǎn),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(dòng)】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(dòng)】并予以評(píng)價(jià),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(dòng)】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(cuò)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(gè)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(shí)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(diǎn),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(duì)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(shí),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(duì)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(shí)際工業(yè)的又一個(gè)具體應(yīng)用,本節(jié)重點(diǎn)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(jì)了下圖所示的裝置,則對(duì)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(hào)) 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(hào)) 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(shí),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(shí),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(jià)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(jì) 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)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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