氯气的生产原理（第1课时）[上学期]
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文档简介
专题2 从海水中获得的化学物质
氯气的生产原理（第1课时）
温岭市第二中学高一化学备课组
一、教学目标：
（1） 知识与技能：
1． 了解从海水中提取氯气的基本原理和方法。
2． 掌握电解饱和食盐水的实验的操作。
3． 了解阳离子交换膜法电解食盐水。
（2） 过程与方法：
1． 充分利用实验现象、生产实践等引导学生发现问题、解决问题。
2． 以探究活动为主线，不断发现问题，运用分组实验、讨论交流等学习方法，再对学习素材进行比较分析与归纳概括，使学生从中不断获取新知。
（3） 情感态度与价值观：
通过探究实验，了解实验探究的过程和一般方法，形成化学实验操作的基本技能，知道化学实验是研究和认识化学物质的重要途径。
通过学习，认识到海水是人类宝贵的自然资源，培养与大自然友好相处的情感。
3．通过认识氯气的工业生产原理及产品的利用，感受化学对改善个人生活和促进社会发展的积极作用。
4．培养学生关注与化学有关的社会问题，主动参与社会决策的意识。
二、重点、难点：
1．电解饱和食盐水的实验
2．电解方程式书写
三、课前准备：
教师：①自制多媒体课件。
②实验仪器：U形管、烧杯、试管、电源、酒精灯、导管等
实验试剂：饱和食盐水、氢氧化钠溶液、淀粉碘化钾试纸、酚酞、铁棒、石墨棒等
学生：①通过上网或图书馆查阅海水的主要成分、氯气生产原理的相关知识。
②帮助学生建立学习型小组，培养学生合作学习的能力和动手实验的能力。
四、教学过程：
学习课题 教师活动 学生活动 教学设想
引入课题 【导入】众所周知，海水带有咸味。但不知你是否想过，浩瀚的大海中究竟蕴藏着什么？ 学生通过上网或图书馆查阅资料。 激发学生学习兴趣，使学生带着好奇进入教室。
海水的主要成分 【多媒体展示】每千克海水中几种氯化物的含量。海水是一个巨大的宝藏，蕴含的元素有80多种。海水的主要成分是氯化钠，那么人们是如何从海水中获得氯化钠和使用氯化钠的呢？ 【回答】海水中氯化物的含量相当大，主要为氯化钠，其次是氯化镁、氯化钙和氯化钾等。 通过多媒体展示，创设情景，加深学生对海水的认识。
提出探究实验 ——电解饱和食盐水 参照教科书图示，指导学生组装电解饱和食盐水的实验仪器，并指导学生进行相关实验。要求学生认真观察实验现象、记录实验数据。在学生得到的各种结论的基础上，帮助学生分析、思考。 【分组实验】（1）接通电源，观察U形管内的变化。（2）通电一段时间后，用小试管套住a管，收集U形管左端产生的气体。2min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，观察现象。（3）取一只小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，并将湿润的淀粉碘化钾试纸放在试管口，观察现象。（4）关闭电源，打开U形管两端的橡皮塞，分别向溶液中滴加1—2滴酚酞溶液，观察现象。【交流讨论】【小组汇报实验现象，得出实验结论】（1）两极均产生气泡，说明饱和食盐水在通电条件下发生反应。（2）“噗”的轻微爆鸣声，说明产生可燃性气体——氢气。（3）有黄绿色、刺激性气味的气体产生，并使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明产生氯气。（4）铁棒一极附近出现红色，说明有碱性物质生成。 通过实验及实验的结果，创设情境，促使学生主动探究、主动学习。培养学生的观察能力、动手能力、实践能力，以及思维能力，最终得到正确结论： 电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠。
分析电解饱和食盐水的原理 【多媒体展示】电解饱和食盐水的过程。【分析】为什么会出现这些实验现象呢？ 这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，微弱电离，因此在溶液里存在着Na+、H+、Cl—、OH—四种离子。当接通电源后，带负电的OH—和Cl—向阳极（与直流电源的正极相连的电极）移动，带正电的Na+和H+向阴极（与直流电源的负极相连的电极）移动。在这样的电解条件下，哪种阴离子容易失去电子？哪种阳离子容易得到电子？并发生怎样的反应？ 在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH—，H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区里OH—的浓度有何变化？【小结】电解氯化钠溶液时，与电源正极相连的电极上产生氯气，与电源负极相连的电极上产生氢气，在溶液中生成氢氧化钠。指导学生写出该反应的化学方程式。 【观看】电解饱和食盐水演示实验及其该实验中微粒变化动画。【思考】结合观看的视频和自己实验过程中观察到的现象，思考老师提出的问题，并回答。（1）Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。阳极反应（石墨棒）：2Cl——2e—=Cl2↑（氧化反应）（2）H+比Na+容易得到电子，因而不断从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。阴极反应（铁棒）：2H++2e—=H2↑（还原反应）（3）阴极区里OH—的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。【学生练习】2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH 通过多媒体模拟出电解饱和食盐水的过程，利用信息技术把氯离子和水分子通电后发生变化的微观现象以宏观的动画演示出来。培养学生的分析能力、归纳总结能力。
在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。工业上如果要得到大量的氯气该怎么办呢？ 学生阅读教材讨论确定方案 引导学生积极动脑，活跃思维能力。
阳离子交换膜电解槽 【多媒体展示】离子交换膜电解槽工作原理【介绍】阳离子交换膜电解槽的简单构造：由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜（或石棉隔膜）、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。【问题】（1）阳离子交换膜具有怎样的特殊性质？（2）阳离子交换膜主要起什么作用？ （1）阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，即只允许Na+、H+通过，而Cl—、OH—和气体则不能通过。（2）作用：①能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸；②能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。 通过问题的提出、解答，并通过多媒体手段向学生展示阳离子交换膜电解槽的工作原理，加深对其的了解。
精制食盐水 工业上使用的原料粗盐中常含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42— 等杂质，在碱性溶液中会形成沉淀，损坏离子交换膜，所以必须要对粗盐水进行净化。那么，如何净化粗盐水呢？ 【学生讨论】【师生共同完成】①过滤除去泥沙。②加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42—。③加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+、Ba2+。④加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+。⑤过滤以除去上述产生的沉淀。⑥加入盐酸，调整溶液的 pH≈7。⑦送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2+、Mg2+等。精制后的食盐水送往电解槽进行电解。【学生练习】该过程中涉及到的化学反应的离子方程式。 让学生掌握研究问题的方法和思路，锻炼学生的表达能力和解决问题、分析问题能力，培养学生严谨的科学态度。同时提高学生的综合运用知识和实验设计能力，培养学生的思维的敏捷性、严密性、广阔性、创造性。
【引导思考】除去杂质的关键是什么？并考虑是否还有其它的合理顺序？ 【讨论共同回答】关键：先加BaCl2溶液，后加Na2CO3溶液。先过滤，后加盐酸调节pH。【设计】提出其它合理的除杂顺序。 通过引导学生设计实验方案，培养他们的发散性思维能力
氯碱工业的概念 工业上电解食盐水制得氯气，还得到氢气和氢氧化钠，它们都是重要的化工原料。以电解食盐水为基础制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”。 查阅相关资料 拓展课外知识
调查研究 根据氯碱厂原料和产品的性质，你认为在生产过程中和贮运时应注意哪些问题？氯碱厂的厂址应如何选择？ 【分组讨论】厂址的选择：现代化工生产要求有较大的生产规模；厂址选择涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输、环境保护等因素，应对这些因素综合考虑，作出合理的抉择。由于氯气有毒，不便贮存和运输，因此要求厂址应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区，厂区必须与居民区有一定距离的安全隔离带。 丰富知识的外延，激发学生的好奇心。使学生树立环保意识，从我做起，从现在做起，充分发挥学生想象力，使其受到教育。
课堂检测 【多媒体展示】随堂检测题 独立完成 及时反馈知识的理解及运用
结束课题 课堂小结 整理笔记 巩固学到的知识
五、板书设计
第一单元 氯、溴、碘及其化合物
一、氯气的生产原理
(一)氯气的工业制法
1、电解饱和食盐水
实验现象 结论
（1） 两极均产生气泡 通电后有新的气体物质生成
（2） 将铁棒上方收集到的气体靠近火焰，有轻微的爆鸣声 有氢气生成
（3） 黄绿色、刺激性气味的气体产生，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 有氯气生成
（4） 铁棒周围颜色变红 有碱性物质生成
电解方程式：2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH
2、阳离子交换膜电解槽
①离子交换膜电解槽的组成
②阳离子交换膜的作用
③精制食盐水
3、氯碱工业的概念
通电
通电
氯气的生产原理（第1课时）
温岭市第二中学高一化学备课组
一、教学目标：
（1） 知识与技能：
1． 了解从海水中提取氯气的基本原理和方法。
2． 掌握电解饱和食盐水的实验的操作。
3． 了解阳离子交换膜法电解食盐水。
（2） 过程与方法：
1． 充分利用实验现象、生产实践等引导学生发现问题、解决问题。
2． 以探究活动为主线，不断发现问题，运用分组实验、讨论交流等学习方法，再对学习素材进行比较分析与归纳概括，使学生从中不断获取新知。
（3） 情感态度与价值观：
通过探究实验，了解实验探究的过程和一般方法，形成化学实验操作的基本技能，知道化学实验是研究和认识化学物质的重要途径。
通过学习，认识到海水是人类宝贵的自然资源，培养与大自然友好相处的情感。
3．通过认识氯气的工业生产原理及产品的利用，感受化学对改善个人生活和促进社会发展的积极作用。
4．培养学生关注与化学有关的社会问题，主动参与社会决策的意识。
二、重点、难点：
1．电解饱和食盐水的实验
2．电解方程式书写
三、课前准备：
教师：①自制多媒体课件。
②实验仪器：U形管、烧杯、试管、电源、酒精灯、导管等
实验试剂：饱和食盐水、氢氧化钠溶液、淀粉碘化钾试纸、酚酞、铁棒、石墨棒等
学生：①通过上网或图书馆查阅海水的主要成分、氯气生产原理的相关知识。
②帮助学生建立学习型小组，培养学生合作学习的能力和动手实验的能力。
四、教学过程：
学习课题 教师活动 学生活动 教学设想
引入课题 【导入】众所周知，海水带有咸味。但不知你是否想过，浩瀚的大海中究竟蕴藏着什么？ 学生通过上网或图书馆查阅资料。 激发学生学习兴趣，使学生带着好奇进入教室。
海水的主要成分 【多媒体展示】每千克海水中几种氯化物的含量。海水是一个巨大的宝藏，蕴含的元素有80多种。海水的主要成分是氯化钠，那么人们是如何从海水中获得氯化钠和使用氯化钠的呢？ 【回答】海水中氯化物的含量相当大，主要为氯化钠，其次是氯化镁、氯化钙和氯化钾等。 通过多媒体展示，创设情景，加深学生对海水的认识。
提出探究实验 ——电解饱和食盐水 参照教科书图示，指导学生组装电解饱和食盐水的实验仪器，并指导学生进行相关实验。要求学生认真观察实验现象、记录实验数据。在学生得到的各种结论的基础上，帮助学生分析、思考。 【分组实验】（1）接通电源，观察U形管内的变化。（2）通电一段时间后，用小试管套住a管，收集U形管左端产生的气体。2min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，观察现象。（3）取一只小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，并将湿润的淀粉碘化钾试纸放在试管口，观察现象。（4）关闭电源，打开U形管两端的橡皮塞，分别向溶液中滴加1—2滴酚酞溶液，观察现象。【交流讨论】【小组汇报实验现象，得出实验结论】（1）两极均产生气泡，说明饱和食盐水在通电条件下发生反应。（2）“噗”的轻微爆鸣声，说明产生可燃性气体——氢气。（3）有黄绿色、刺激性气味的气体产生，并使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明产生氯气。（4）铁棒一极附近出现红色，说明有碱性物质生成。 通过实验及实验的结果，创设情境，促使学生主动探究、主动学习。培养学生的观察能力、动手能力、实践能力，以及思维能力，最终得到正确结论： 电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠。
分析电解饱和食盐水的原理 【多媒体展示】电解饱和食盐水的过程。【分析】为什么会出现这些实验现象呢？ 这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，微弱电离，因此在溶液里存在着Na+、H+、Cl—、OH—四种离子。当接通电源后，带负电的OH—和Cl—向阳极（与直流电源的正极相连的电极）移动，带正电的Na+和H+向阴极（与直流电源的负极相连的电极）移动。在这样的电解条件下，哪种阴离子容易失去电子？哪种阳离子容易得到电子？并发生怎样的反应？ 在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH—，H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区里OH—的浓度有何变化？【小结】电解氯化钠溶液时，与电源正极相连的电极上产生氯气，与电源负极相连的电极上产生氢气，在溶液中生成氢氧化钠。指导学生写出该反应的化学方程式。 【观看】电解饱和食盐水演示实验及其该实验中微粒变化动画。【思考】结合观看的视频和自己实验过程中观察到的现象，思考老师提出的问题，并回答。（1）Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。阳极反应（石墨棒）：2Cl——2e—=Cl2↑（氧化反应）（2）H+比Na+容易得到电子，因而不断从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。阴极反应（铁棒）：2H++2e—=H2↑（还原反应）（3）阴极区里OH—的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。【学生练习】2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH 通过多媒体模拟出电解饱和食盐水的过程，利用信息技术把氯离子和水分子通电后发生变化的微观现象以宏观的动画演示出来。培养学生的分析能力、归纳总结能力。
在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。工业上如果要得到大量的氯气该怎么办呢？ 学生阅读教材讨论确定方案 引导学生积极动脑，活跃思维能力。
阳离子交换膜电解槽 【多媒体展示】离子交换膜电解槽工作原理【介绍】阳离子交换膜电解槽的简单构造：由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜（或石棉隔膜）、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。【问题】（1）阳离子交换膜具有怎样的特殊性质？（2）阳离子交换膜主要起什么作用？ （1）阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，即只允许Na+、H+通过，而Cl—、OH—和气体则不能通过。（2）作用：①能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸；②能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。 通过问题的提出、解答，并通过多媒体手段向学生展示阳离子交换膜电解槽的工作原理，加深对其的了解。
精制食盐水 工业上使用的原料粗盐中常含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42— 等杂质，在碱性溶液中会形成沉淀，损坏离子交换膜，所以必须要对粗盐水进行净化。那么，如何净化粗盐水呢？ 【学生讨论】【师生共同完成】①过滤除去泥沙。②加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42—。③加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+、Ba2+。④加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+。⑤过滤以除去上述产生的沉淀。⑥加入盐酸，调整溶液的 pH≈7。⑦送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2+、Mg2+等。精制后的食盐水送往电解槽进行电解。【学生练习】该过程中涉及到的化学反应的离子方程式。 让学生掌握研究问题的方法和思路，锻炼学生的表达能力和解决问题、分析问题能力，培养学生严谨的科学态度。同时提高学生的综合运用知识和实验设计能力，培养学生的思维的敏捷性、严密性、广阔性、创造性。
【引导思考】除去杂质的关键是什么？并考虑是否还有其它的合理顺序？ 【讨论共同回答】关键：先加BaCl2溶液，后加Na2CO3溶液。先过滤，后加盐酸调节pH。【设计】提出其它合理的除杂顺序。 通过引导学生设计实验方案，培养他们的发散性思维能力
氯碱工业的概念 工业上电解食盐水制得氯气，还得到氢气和氢氧化钠，它们都是重要的化工原料。以电解食盐水为基础制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”。 查阅相关资料 拓展课外知识
调查研究 根据氯碱厂原料和产品的性质，你认为在生产过程中和贮运时应注意哪些问题？氯碱厂的厂址应如何选择？ 【分组讨论】厂址的选择：现代化工生产要求有较大的生产规模；厂址选择涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输、环境保护等因素，应对这些因素综合考虑，作出合理的抉择。由于氯气有毒，不便贮存和运输，因此要求厂址应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区，厂区必须与居民区有一定距离的安全隔离带。 丰富知识的外延，激发学生的好奇心。使学生树立环保意识，从我做起，从现在做起，充分发挥学生想象力，使其受到教育。
课堂检测 【多媒体展示】随堂检测题 独立完成 及时反馈知识的理解及运用
结束课题 课堂小结 整理笔记 巩固学到的知识
五、板书设计
第一单元 氯、溴、碘及其化合物
一、氯气的生产原理
(一)氯气的工业制法
1、电解饱和食盐水
实验现象 结论
（1） 两极均产生气泡 通电后有新的气体物质生成
（2） 将铁棒上方收集到的气体靠近火焰，有轻微的爆鸣声 有氢气生成
（3） 黄绿色、刺激性气味的气体产生，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 有氯气生成
（4） 铁棒周围颜色变红 有碱性物质生成
电解方程式：2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH
2、阳离子交换膜电解槽
①离子交换膜电解槽的组成
②阳离子交换膜的作用
③精制食盐水
3、氯碱工业的概念
通电
通电