摘要：3．氯碱工业 (1)电解饱和食盐水反应原理 ①实验步骤 按图装置.在U形管里倒入饱和食盐水.插入一根石墨棒作阳极.一根铁棒作阴极.同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液.并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体.接通直流电源后.注意管内发生的现象. ②实验现象 阳极上有气泡逸出.气体呈黄绿色.有刺激性气味.使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色.阳极区溶液由无色变为黄绿色.阴极上有气泡逸出.气体无色.无味.阴极区溶液由无色变为浅红色.红色逐渐加深.区域逐渐扩大. ③实验结论 用惰性材料作阳极.电解食盐的饱和溶液.生成Cl2.H2和NaOH. 阳极:2Cl--2e-=Cl2↑(放电顺序:Cl->OH-) 阴极:2H++2e-=H2↑ 在上述反应中.由于H+在阴极上得到电子而生成H2.破坏了附近的水的电离平衡.促进了水继续电离.结果阴极区溶液里OH-的浓度增大而呈现碱性. 总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ (2)离子交换膜法制烧碱 ①离子交换膜电解槽的组成 由阳极.阴极.离子交换膜.电解槽框和导电铜棒等组成.电解槽由若干个单元槽串联或并联组成.下图表示一个单元槽的示意图. ②阳离子交换膜的作用 将电解槽隔成阴极室和阳极室.它只允许阳离子(Na+)通过.而阻止阴离子和气体通过.这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸.又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量. ③离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程 例1. 右图装置中.U型管内为红墨水.a.b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液.各加入生铁块.放置一段时间.下列有关描述错误的是 A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是: D．a试管中发生了吸氧腐蚀.b试管中发生了析氢腐蚀 [答案]B [解析]生铁块在食盐水和氯化铵溶液中均能形成原电池.生铁块中的碳为正极.铁为负极.电极反应式为.所以A.C对.其中氯化铵溶液显酸性.发生析氢腐蚀.而食盐水显中性.发生吸氧腐蚀.所以相同条件下.析氢腐蚀的速率币吸氧腐蚀的快.所以红墨水两边液面左高右低.所以B错D对. 例2. Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器.该电池的电极材料分别为锂和碳.电解液是LiAlCl4-SOCl2.电池的总反应可表示为:4Li+2SOCl2 = 4LiCl +S +SO2. 请回答下列问题: (1)电池的负极材料为 .发生的电极反应为 , (2)电池正极发生的电极反应为 , (3)SOCl2易挥发.实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2.有Na2SO3和NaCl生成. 如果把少量水滴到SOCl2中.实验现象是 .反应的化学方程式为 , (4)组装该电池必须在无水.无氧的条件下进行.原因是 . [答案] [解析]:(1)Li在电池反应中失电子,根据电子流出的一极是负极,故Li是负极,发生的电极反应式为Li-e-=Li+,(2)SOCl2电池反应中得电子为正极反应物.其电极反应式为 2 SOCl2+4 e-=4Cl-+S+SO2 (3) SOCl2与水强烈水解生成二氧化硫和HCl.HCl与水形成大量的白雾.故出现白雾同时闻到剌激性气味的气体生成.反应的化学方程式为SOCl2+H2O=2HCl↑+ SO2↑ (4)由于锂是活泼的金属与水.氧等反应.SOCl2能与水反应.所以组装该电池必须在无水.无氧的条件下进行. 例3.10．出土的锡青铜文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面.下列说法正确的是 A．锡青铜的熔点比纯铜高 B．在自然环境中.锡青铜中的锡对铜起保护作用 C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快 D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程.但不是化学反应过程 [答案]BC [解析]锡青铜合金具有合金的特性.熔点比任何一种纯金属的低.A错,由于锡的活泼性强于铜.故在形成电化学腐蚀时.锡对铜起到了保护作用.B正确,潮湿的环境更利于金属的电化学腐蚀.C正确,电化学腐蚀过程中涉及电子的转移.又有新物质生成.属于化学反应过程.D错. 例4.11. 控制适合的条件.将反应 设计成如右图所示的原电池.下列判断不正确的是 A. 反应开始时.乙中石墨电极上发生氧化反应 B. 反应开始时.甲中石墨电极上Fe3+被还原 C. 电流计读数为零时.反应达到化学平衡状态 D. 电流计读数为零后.在甲中溶入FeCl2固定.乙中石墨电极为负极 例5.12.市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池 .它的负极材料是金属锂和碳的复合材料.电解质为一种能传导Li的高分子材料.这种锂离子电池的电池反应为: Li+2Li 下列说法不正确的是 A．放电时.负极的电极反应式:Li-e=Li B．充电时.Li既发生氧化反应又发生还原反应 C．该电池不能用水溶液作为电解质 D．放电过程中Li向负极移动 [答案]D [解析]A项.Li从零价升至正价.失去电子.作为负极.正确,B项.反应逆向进行时.反应物只有一种.故化合价既有升.又有降.所以既发生氧化反应又发生还原反应.正确,C项.由于Li可以与水反应.故应为非水材料.正确,D项.原电池中阳离子应迁移至正极失电子.故错. 例 6.工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料.其中部分原料可用于制备多晶硅. (1)题26图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图.电解槽阳极产生的气体是 ,NaOH溶液的出口为 ,精制饱和食盐水的进口为 ,干燥塔中应使用的液体是 . (2)多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产.其副产物SiCl4的综合利用收到广泛关注. ①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同).方法为高温下SiCl4与H2和O2反应.产物有两种.化学方程式为 . ②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用.一定条件下.在20L恒容密闭容器中的反应: 3 SiCl4(g)+2 H24 SiHCl3(g) 达平衡后.H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L.若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物.理论上需消耗纯NaCl的质量为 kg. (3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水.可制取氯酸钠.同时生成氢气.现制得氯酸钠213.0kg.则生成氢气 . [答案]⑴①氯气,a,d,浓硫酸 ⑵①SiCl4+2H2+O2 SiO2+4HCl ②0.35 ⑶134.4 [解析]电解饱和氯化钠溶液时.溶液中的阳离子Na+和H+ 向阴极移动.且氧化性较强的H+首先放电发生还原反应.生成氢气.阴极附近的溶液因消耗氢离子使溶液显碱性.与Na+形成NaOH溶液.阴离子Cl-和OH-向阳极移动.还原性较强的阴离子Cl-首先放电.发生氧化反应生成氯气. 根据方程式可得:H2~2SiHCl3.生成的SiHCl的物质的量浓度为0.020mol/L.所以参加反应的氢气的物质的量浓度为0.01mol.剩余氢气的物质的量为0.14mol/L.则共需要氢气的物质的量浓度为0.15mol/L.物质的量为3mol.由电解饱和NaCl的方程式可知.2NaCl~H2.则消耗NaCl的物质的量为6mol.质量为6mol×58.5g/mol=351g=0.35kg.根据化合价的变化可知.由Cl-生成1molNaClO3失去6mol电子.生成NaClO3转移电子的物质的量为12×103 mol电子.因此生成氢气的物质的量为6×103 mol.在标况下气体体积为134.4m3. [2010高考预测]纵观历年高考试题可发现.解可充电电池试题的关键在于能否正确书写电极反应式.书写电极反应式的关键是能否正确书写放电时的电极反应式.要正确书写放电时的电极反应式.既要弄清得失电子的物质.还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存.要写出实际存在的电极反应式.然后根据原电池的负极反应与电解池的阳极反应.原电池的正极反应与电解池的阴极反应互为逆反应.即可快速写出充电时的电极反应式.各电极反应式顺利写出以后.即可正确解题. 测试题

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