氯碱生产

专题2从自然资源到化学品《化学与技术》第二单元氯碱生产化工工艺工作程序（用途）（原理、注意点、原料、设备）新产品开发（老产品改进）设计调研方案讨论、工艺路线设计工艺试验、小批量生产后总结、整顿大批量生产、总结科技的发展[概括整合]氯碱工业产品的用途氯碱工业原理请以最快的速度写出：1、用惰性电极电解熔融氯化钠的化学方程式。2、用惰性电极电解氯化钠溶液的化学方程式和电极方程式。试一试阴极：2H++2e-=H2↑阳极：2Cl--2e-=Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电2NaCl2Na+Cl2↑通电1、2、阳极（氧化反应）：活泼阳极＞S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根F－阴极（还原反应）：Ag＋Hg2＋Fe3＋Cu2＋H＋Pb2＋Sn2＋Fe2＋Zn2＋（H＋）Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋。电解时两极上微粒的放电顺序NaCl+H2ONaClO+H2↑通电[交流与讨论]：1、家庭消毒水的制备饱和食盐水—+氯碱工业的目的是要制取H2、Cl2和NaOH，所以要尽可能的避免产物之间的反应。[交流与讨论]某化学课外学习小组设计电解饱和食盐水的简易装置见右图，请思考。1、碳棒及蛋壳表面的铁丝分别发生什么反应？如何检验阳极产物？3、蛋壳在该实验中起什么作用？2、电解一段时间后，往蛋壳内外的溶液中分别加几滴酚酞溶液，应该有什么现象？4、用海盐做该实验的时候，在蛋壳外的溶液中出现了白色沉淀，这是什么？为什么会产生？氯碱工艺过程——隔膜电解法简单构造：阳极：石墨碳棒阴极：铁丝网石棉隔膜：能阻止气体通过，但不能阻止水分子和离子通过。1、生产的主体设备：石棉隔膜电解槽2、原理阴极：2H++2e-=H2↑阳极：2Cl--2e-=Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电氯碱工艺过程——隔膜电解法1、生产的主体设备：石棉隔膜电解槽3、添加原料阳极区：A（饱和食盐水）投资多、能耗较高，产品烧碱中会含有杂质食盐。5、缺点2、原理4、产品阳极区：阴极区：B（Cl2）C（H2）、D（NaOH、NaCl溶液）氯碱工艺过程——隔膜电解法流程图氢氧化钠和氯化钠溶液氢氧化钠氯化钠其它感受车间—离子膜电解车间氯碱工艺过程——离子膜电解法1、主体设备：离子膜电解槽简单构造：阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物)阴极：碳钢网(有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。(1)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；(2)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；(3)2、阳离子交换膜的作用：避免Cl-近入阴极区导致制得的NaOH不纯。氯碱工艺过程——离子膜电解法6、优点：投资费用、能耗、污染都较低，产品质量较好。5、添加物质：饱和食盐水、稀NaOH溶液4、产品：H2、Cl2、NaOH溶液3、基本原理：阴极：2H++2e-=H2↑阳极：2Cl--2e-=Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电“膜”的总汇你能总结一下中学阶段所学过的膜吗?渗析实验———半透膜海水淡化———半透膜（反渗透法）海水淡化———阴、阳离子交换膜（电渗法）氯碱工业———石棉隔膜（石棉隔膜电解槽）氯碱工业———阳离子交换膜（离子交换膜电解槽）金属的冶炼自然界中的金属大都以化合态存在用化学的方法把化合态的金属变成游离态要考虑的问题原料的富集和提纯合适的冶炼方法如何精炼金属冶炼的一般方法1、热分解法：2HgO2Hg+O2↑、2Ag2O4Ag+O2↑2、还原法：热还原法：（使用H2、C、CO或“用活泼金属”还原）CuO+H2Cu+H2OCuO+COCu+CO22CuO+C2Cu+CO2↑2Al+Fe2O32Fe+Al2O3湿法冶金：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu3、电解方法:2Al2O34Al+3O2↑MgCl2Mg+Cl2↑4、生物冶金：含硫的铜矿→硫酸铜→炼铜KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg电解法还原法热分解法不同金属冶炼方法的选择KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgKClCaCl2MgCl2NaCl5-10-15-含量／g每千克海水中几种氯化物的含量20-思考：１、如何实现Mg2+的富集和分离？可以加入一种试剂使Mg2+沉淀２、是不是直接往海水中加沉淀剂？不是，因为海水中的Mg2+的浓度很小，直接加沉淀剂不利于Mg2+的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂。（提取食盐后的母液）３、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？思考：如何由贝壳制得氢氧化钙？贝壳(CaCO3)煅烧CaOCa(OH)2二、镁的工业常见制法——电解法流程：海水Mg(OH)2Mg(OH)2过滤MgCl2溶液盐酸HClMgCl2·6H2O蒸发结晶MgCl2分解Cl2Mg电解贝壳CaO石灰乳水煅烧请写出上述过程中所涉及到的化学方程式一、从海水中提取镁煅烧贝壳：制取石灰乳：制取氢氧化镁：制取氯化镁晶体：制取无水氯化镁：电解熔融氯化镁：CaCO3====CaO+CO2煅烧CaO+H2O==Ca(OH)2MgCl2+Ca(OH)2==Mg(OH)2+CaCl2Mg(OH)2+2HCl+4H2O==MgCl2.6H2OMgCl2.6H2O====MgCl2+6H2OHClMgCl2(熔融)====Mg+Cl2通电请完成P38交流与讨论铝元素是地壳中含量最多的金属元素，约占地壳总量的7.73%钙3.45%钠2.74%氢0.76%其他1.20%铁4.75%铝7.73%氧48.60%镁2.00%硅26.30%钾2.47%氧硅铝铁钙钠钾镁氢其他含量：O＞Si＞Al＞Fe从铝土矿中提取铝铝土矿的成分：要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的氧化铝主要成分：Al2O3少量：Fe2O3、SiO2等杂质Al2O3Fe2O3SiO2过量盐酸过滤①SiO2除去AlCl3FeCl3HCl溶液过量NaOH溶液过滤②Fe(OH)3除去NaAlO2NaClNaOH溶液过量CO2过滤③滤液除去Al(OH)3△④Al2O3通电⑤Al酸溶法写出①②③三步中铝化合物参加反应的离子方程式O3H2Al6HOAl233233222HCOAl(OH)OHCOAlO2Al3++4OH-=AlO2-+2H2O从铝土矿制备铝的工艺流程Al2O3Fe2O3SiO2过量NaOH溶液过滤①Fe2O3除去NaAlO2Na2SiO3NaOH溶液过量盐酸过滤②AlCl3NaClHCl溶液过量氨水过滤③滤液除去H2SiO3除去△④Al2O3通电⑤AlAl(OH)3碱溶法写出①②③三步中铝化合物参加反应的离子方程式Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4＋AlO2-+4H+=Al3++2H2OOH2AlO2OHOAl2232冶炼铝设备图阳极C电解质烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料电解熔融氧化铝制铝电解熔融Al2O3阳极(碳)：6O2--12e-=3O2↑阴极(碳)：4Al3++12e-=4Al冰晶石的成分及作用：六氟合铝酸钠－Na3AlF6，在熔融状态下溶解氧化铝（950～970℃）。及时补充阳极碳块2Al2O3==4Al+3O2↑通电制取1molAl理论上需要多少库仑的电量？假设用6V的直流电源供电进行电解，制2.7tAl需要消耗多少千焦的电能？2.895×105C1.737×108kJ