氯碱工业电解饱和食盐水制氢气
2018版高三化学一轮复习5年真题分类：专题13 电化学综合应用 含答案
专题13 电化学综合应用1．【2015上海化学】（12分）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。
下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。
（2）离子交换膜的作用为、。
（3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。
（选填“a”、“b”、“c”或“d”）（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。
写出该反应的化学方程式。
（5）室温下，0.1 mol/L NaClO溶液的pH 0.1 mol/L Na2SO3溶液的pH。
（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
浓度均为0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。
已知：H2SO3K i1=1.54×10-2K i2=1.02×10-7HClO K i1=2.95×10-8H2CO3K i1=4.3×10-7K i2=5.6×10-11【答案】（1）2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）a d（4）2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4=== 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O（5）大于SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–【解析】（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。
产生Cl2。
反应的离子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
电解池的应用
3、粗铜精炼
－+
阴极: Cu2+ + 2e- = Cu 纯铜
粗铜
阳极：
Zn Zn-2e- = Zn2+
Fe Fe -2e- = Fe2+
Ni Ni -2e- = Ni2+ Cu Cu-2e- = Cu2+
CuSO4溶液
Ag 阳阳极极泥泥: 相对不活泼的金属以单质的 Au 形式沉积在电解槽底,形成阳极泥
阳极 金属钛网
Cl2 +
Cl2
H2 －
H+ Na+
NaOH溶液
阴极 碳钢网
Cl—
OH—
阴
阳
极
极
室
室 精制饱和
离子交换膜
NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
2.电镀1、定义： 利用电解原在某些金属的 表面镀上一薄层其它金属或 是合金的过程。
2、目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表 面硬度。
3、电镀材料的选择： 阴极——镀件 阳极——镀层金属 电镀液——含有镀层金属离子的溶液
电解饱和食盐水可以制造烧碱、氯气和氢气。
电解饱和食盐水必须 解决的问题
(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,
反应方程式: Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O .
(2)避免生成物H2和Cl2混合,
因为: 混合遇火或遇强光爆炸
.
解决方法:使用离子交换膜
淡盐水
AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。
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新教材 高中化学 选择性必修1 第四章 第二节 第2课时 电解原理的应用
装置
阳极材料
电镀 镀层金属Cu精炼 来自铜(含锌、银、金等杂质)阴极材料
镀件金属Fe
纯铜
阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
硫酸铜溶液浓度保持 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成
√C.该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D.当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
5.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正 确的是 A.电解时以纯铜作阳极 B.电解时阴极发生氧化反应 C.粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋
归纳总结
(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等； 阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金 属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解 质溶液)的浓度不变。
随堂演练 知识落实
1.关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是 A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B.电解液的成分都保持不变 C.阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
③总反应： 化学方程式为_2_N__a_C_l_＋__2_H_2_O_=_电=_=_解=_=_H__2_↑__＋__C_l2_↑__＋__2_N__aO__H_； 离子方程式为_2_C__l－_＋__2_H__2O__=电_=_=解_=_=_H__2↑__＋__C__l2_↑__＋__2_O_H__－。
第2课时 电解原理的应用
一、电解饱和食盐水
烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产 叫做 氯碱工业 。 1.电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是 Na＋、Cl－、H＋、OH－ 。 通电后：①移向阳极的离子是 Cl－、OH－ ， Cl－比 OH－ 容易失去电子，被氧化成 氯气 。 阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑( 氧化 反应)。 ②移向阴极的离子是 Na＋、H＋ ， H＋ 比 Na＋容易得 到电子，被还原成 氢气 。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (还原 反应)。
氯碱电解工艺
氯碱电解工艺安全知识及安全作业第一节氯碱电解工艺简介电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化称为电解反应，涉及电解反应的工艺过程为电解工艺。
工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，称为氯碱工业。
主要分为氯化钠电解和氯化钾电解。
典型过程包括电解过程，液氯以及氢气的储存和充装过程。
第二节氯碱电解工艺主要危险特点盐水电解工艺过程：电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体，氯气是氧化性很强的剧毒气体，两种气体混合极易发生爆炸，当氯气中含氢量达到5％以上，则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。
电解原料或盐水中有氨或铵存在时，氨或铵在电解过程的酸性条件（pH<4.5）下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮。
反应方程如下：NH4+ + 3Cl2NCl3+3HCl+H+NH3+3HClO NCl3+3H2O三氯化氮是一种爆炸性物质，与许多有机物接触或加热至90℃以上以及被撞击、摩擦等，即发生剧烈的分解而爆炸；原料中铵盐含量过高或液氯排污不及时，易在液氯汽化系统富集，极易造成三氯化氮爆炸事故。
电解溶液腐蚀性强。
此外，电解饱和食盐水的工艺过程中，氢氧化钠、湿氯气、氯水、盐酸、次氯酸钠等均有较强的腐蚀性。
氯气处理工艺过程：电解食盐水过程中产生的氯气是氧化性很强的剧毒气体，液氯的生产、储存、包装、输送、运输过程可能发生液氯的泄漏。
氢气处理工艺过程:电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体。
第三节氯碱电解设备安全技术目前，氯碱行业使用的电解槽主要有两大类：一是金属阳极隔膜电解槽，二是离子膜型电槽，槽型有单极槽和复极槽，循环方式有强制循环和自然循环两种。
氯碱企业选用的离子膜电解槽主要有旭化成、氯工程公司、伍德公司、迪诺拉公司、北化机及ICI公司生产的电槽，电槽所用离子膜主要供应商有美国杜邦公司、日本旭化成和旭硝子公司。
一、隔膜电解槽隔膜电解槽的图解原理如图一所示，电解时，氯气照方程式(2)在阳极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的温度(95～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O 放电而产生O2，如方程式(4)所示，另一是OCl-离子的电化学氧化而生成氯酸盐，如方程式(5)所示．2H2O→O2+4H++4e-(4)上列反应中，O2的析出是跟“阴极材料”和介质的pH有关如果采用石墨作阳极，由于产生了C→CO2的反应，而导致阳极材料的消耗C+2H2O→CO2+2H2电解质通过隔膜，从阳极区渗入阴极区，通常采用石棉或氟高聚物改性石棉为隔膜，采用真空吸附的方法沉积在多孔的阴极上(编网或多孔钢板)．在阴极区，水分子放电产生H2和NaOH，其中NaOH部分地回迁移至阳极区，跟溶解在里面的氯起反应而产生氯酸盐．如方程式(7)(8)和(9)所示．Cl2+OH-→HCl O +Cl-(7)HOCl+OH-H2O+OCl-(8)2HOCl+OCl-→ClO3-+2H++2Cl-(9)上列副反应产生影响电解的电流效率．阴极流出液中一般会有12％NaOH和15%NaCl．此类电解槽现已逐渐被淘汰二、离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽的图解示意图如图二所示．这类型的电解槽通常采用离子交换膜作为隔膜．其中一种常用的离子交换膜叫做“Naflon”，系全氟碳共聚物，由美国杜邦公司制造．电解用的纯盐水是采用离子交换的方法制备的，其中所含的Ca2+和Mg2+少于0.1ppm，该盐水送入阳极室，无离子水送入阴极室，阳极区的Na+被离子交换膜交换到阴极区，跟阴极区的OH-形成NaOH，交换膜能阻止Cl2的迁移，因而可能生成高纯度的NaOH，其浓度达50%以上，从而免去烧碱的蒸发工段．三、汞电解槽隔膜电解槽和离子交换膜电解槽中，其阳极液和阴极液的分离分别地采用隔膜或离子交换膜，而汞电解槽无隔膜．其图解示意图如图三所示：阴极本身可以达到分离的目的．Cl2在阳极产生，而Na+在阴极放电形成钠汞齐，经第二电槽与水反应生成H2和Hg2NaHg+2H2O→2NaOH+H2+Hg所产生的汞经回收循环使用．由于汞严重地污染环境，此类电解槽已被逐渐淘汰．旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较一、工艺比较目前，旭化成、氯工程、北化机三家最新推出电槽均为高密度、低电耗运行的复极式电槽。
2021年全国高考考前热点题型(命题揭秘)之电化学：综合题组
1．新型高效的甲烷燃料电池接受铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。
某争辩小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解试验，如图所示。
回答下列问题：（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为___________________、______________。
（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_______________________________________________；（3）若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×104 C · mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
2．离子交换膜法为日前普遍使用的制碱技术，其生产流程如图l所示：（1）氯碱工业中需用精制的食盐水，精制食盐水的目的是。
由于粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等无机杂质，在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生的离子方程式____（2）该流程中可以循环的物质是____。
（写物质名称）（3）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8% -9%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的化学方程式为____ 。
（4）图2是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极由碳钢网制成）。
则B处产生的气体是____，c电极的名称是____。
接受无隔膜电解食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为____。
（5）已知在电解槽中，每小时通过I安培的直流电可以产生a克的烧碱。
某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液6吨，电解槽的电流强度c安，该电解槽的电解效率为____（用含a、b、c的代数式表示）。
2019高二化学实验5电解饱和食盐水学案
由电解槽流出的阴极液中含有 30%的 NaOH，称为液碱，液碱经蒸发、结晶可以得到固碱、阴 极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜；阳极区产物湿氯气经冷却、 干燥、净化、压缩后可得到液氯． （1） 2NaOH+C2l===NaCl+NaClO+H2O （2） H2O+Cl2===HCl+HClO （3） H2+Cl 2===2HCl （4） 2NaOH+C2O===Na2CO3+H2O （5） NaOH+C2O===NaHC3O 因此主要产品有： ①32%氢氧化钠；② 50%氢氧化钠；③固体氢氧化钠 ( 片碱 ) ；④高纯盐酸；⑤工业盐酸；⑥次 氯酸钠；⑦氯气、液氯 ( 液态氯气 ) ；⑧ PVC(聚氯乙烯树脂， 氯碱工业一般都伴随 PVC树脂 ) ； ⑨氢气等
内发生的现象。
问题探究： 上述实验装置制取氯气和烧碱有何不足？ 1、 H2 和 Cl 2 混合遇火发生爆炸不安全 2、 Cl 2 会和 NaOH反应，会使得到的 NaOH不纯 离子交换膜法制烧碱
生阴极： 2H+ +2e -===H2↑ 阳极： 2Cl --2e -===Cl2↑ 由于 H+发生反应变成 H2，破坏了附近水 的电离平衡，促进了水继续电离，结果 在阴极区溶液里 OH-的浓度增大而呈碱 性。
A．氯气 B ．氢气和氯气 C ．氢气和氢氧化钠 D．氯气和氢氧化钠
【答案】 C
电解 【解析】 电解饱和食盐水总反应： 2NaCl＋ 2H2O====2=NaOH＋H2↑＋ Cl 2↑，阳极反应式为： 2Cl -－ 2e-===Cl2↑，阴极反应式： 2H+＋ 2e-===H2↑或 2H2O＋2e-===H2↑+2OH- ，因此阴极区的产
写出电解饱和食盐水的化学反应
写出电解饱和食盐水的化学反应电解饱和食盐水的化学反应：电解饱和食盐水是一项迷人的化学过程，涉及水的分解和氯化钠（食盐）的反应。
当电极被插入饱和食盐水中并施加电流时，就会发生一系列复杂的反应，产生各种产物。
阳极反应：在阳极（正极）上，氯离子（Cl⁻）被氧化，生成氯气（Cl₂）：2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻氯气是一种有毒的气体，具有强烈的绿色-黄色和刺激性气味。
它在许多工业应用中至关重要，例如制造聚氯乙烯（PVC）。
阴极反应：在阴极（负极）上，水分子（H₂O）被还原，生成氢气（H₂)和氢氧根离子（OH⁻）：2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻氢气是一种无色、无味、无臭的气体，在燃料电池和氢能等领域具有重要应用。
整体反应：电解饱和食盐水的整体反应可以简化为：2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂这种反应产生了氢氧化钠（NaOH），一种强碱，广泛用于肥皂、洗涤剂和造纸工业。
辅助反应：除了主要的阳极和阴极反应外，电解过程中还发生一些辅助反应：氯化钠的电离：在电解开始之前，氯化钠溶解在水中，形成钠离子（Na⁺）和氯离子（Cl⁻）。
次氯酸钠的形成：一些氯气与水反应，形成次氯酸钠（NaClO），一种有效的消毒剂。
氯酸钠的形成：在高电流密度下，一些氯气可以进一步氧化，形成氯酸钠（NaClO₃）。
应用：电解饱和食盐水是一种工业上重要的过程，用于生产多种有价值的化学品：氯气：用于制造 PVC 和其他化学品。
氢气：用于燃料电池和氢能。
氢氧化钠：用于造纸、肥皂和洗涤剂工业。
次氯酸钠：用作消毒剂和漂白剂。
安全注意事项：电解饱和食盐水会产生氯气和氢气，这都是危险气体。
因此，在进行此过程时必须遵循严格的安全协议：在通风良好的区域进行。
佩戴适当的个人防护装备，包括手套、护目镜和呼吸器。
不要接触电极或溶液。
如果发生泄漏，立即撤离该区域并寻求医疗救助。
追俊学校高中化学 (知识单对点训练课后作业)第二单元第4课时 电解原理的用
皇泉州民德市追俊学校第4课时 电解原理的用[目标要求] 1.了解氯碱工业、电镀、精炼铜的原理。
2.掌握电解原理及其用。
电解原理的用1．氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。
电极的反式(并注明反类型)阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑ (氧化反)； 阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑ (还原反)。
总反式：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑。
其中阴极反中的H ＋是由水电离产生的。
2．电镀(1)电镀是用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。
(2)电镀⎩⎪⎨⎪⎧ 阳极：镀层金属，电极本身发生氧化反阴极：待镀金属制品电镀溶液：含有镀层金属离子的溶液在电镀过程中，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银)(1)粗铜作阳极，电极反Cu －2e －===Cu 2＋； 精铜作阴极，电极反Cu 2＋＋2e －===Cu ； 电解质溶液CuSO 4溶液。
(2) 活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。
4．电冶金制取金属Na 、Ca 、Mg 、Al 活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。
如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：阴极：2Na ＋＋2e －===2Na ，阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑， 总反式：2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。
知识点一 氯碱工业1.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl 2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )A ．a 为正极，b 为负极；NaClO 和NaClB ．a 为负极，b 为正极；NaClO 和NaClC ．a 为阳极，b 为阴极；HClO 和NaClD ．a 为阴极，b 为阳极；HClO 和NaCl答案 B解析 电解饱和食盐水的方程式为2NaCl ＋2H 2O 电解,2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，NaOH 在阴极区生成，Cl 2在阳极区生成。
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二、电解原理的应用
1、氯碱工业 电解饱和食盐水制氢气、氯气和氢 氧化钠
• 你能利用所学的电解知识，自己设 计一个电解池吗？（提供以下实验 用品：铜片若干、碳棒若干、 CuSO4溶液、导线若干、学生电 源）并写出电极反应式
实验探究
金属换妆大比拼：利用电解原理， 给钥匙换上一件红色的外衣吧 （材料：钥匙、铜电极、直流电源、 CuSO4溶液、导线、电解槽）
第三节 电解池
第二课时 电解原理的应用
教学目标：
• 熟练掌握电解池电极反应式及总反 应式的书写； • 了解电解池的应用（氯碱工业及电 镀池的原理）
1、电解池中溶液里离子的放电顺序：
2、使用惰性电极电解CuCl2溶液时， 写出各电极反应式及总反应式：
若电解的是饱和食盐水呢？你会 写出电极反应式及总反应式吗？
2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他 金属或合金的方法）
阳极：镀层金属
阴极：待镀金属制品 电镀液： 含有镀层金属的电解质
小结： 这节课我学到了什么呢？
练一练
1、为了保护地下钢管不受腐蚀，可 使它与（ B ） A、铜板相连 B、直流电源负极相连 C、锡板相连 D、直流电源正极相连
2、利用电化学原理保护钢闸门的某装置 如图所示，关于该装置的说法正确的是 （ A） A、钢闸门应与外接电源的负极相连 B、该装置的原理是“牺牲阳极阴极保护 法” C、辅助电极材料可用锌 D、阴极的电极反应式： 2Cl- －2e- = Cl2↑