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3. 电解饱和食盐水(氯碱工业)

电解原理及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 电解饱和食盐水,即通电使NaCl水溶液分解,在阴极生成NaOH和H₂,阳极生成Cl₂的工业过程。

从哪来 基于“电极反应”原理确定产物,利用“判断溶液酸碱性”分析阴极区变化,结合“模型1:电极判断”区分阴阳极,应用“模型2:电极方程式书写”推导总反应。

为什么 本质是氧化还原反应。通电后,溶液中的离子定向移动: 1. 阳极(氧化):Cl⁻失电子能力强于OH⁻(在饱和溶液中),故生成Cl₂。 2. 阴极(还原):H⁺(来自水)得电子能力强于Na⁺,故生成H₂。 3. 溶液变化:阴极H⁺被消耗,水的电离平衡右移,OH⁻浓度增大,与Na⁻结合生成NaOH。 因此,宏观上看似NaCl分解,微观上是水参与反应,Na⁺作为“旁观离子”最终留在阴极区形成碱。

适合:逻辑推理型、喜欢微观机理的学生** **讲法:离子竞争法** 1. **列出所有离子
Na⁺, Cl⁻, H⁺, OH⁻。 2. 放电顺序口诀: - 阳极(失电子):S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根。 - 阴极(得电子):Ag⁺ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > H⁺ > 活泼金属阳离子。 3. 推导: - 阳极:Cl⁻排在OH⁻前,故Cl⁻放电 → Cl₂。 - 阴极:H⁺排在Na⁺前,故H⁺放电 → H₂。 4. 结论:剩下Na⁺和OH⁻结合 → NaOH。 *强调:不是NaCl直接断键,而是离子在电极表面的电子转移竞争。*
适合:形象思维型、对抽象概念感到困难的学生** **讲法:工厂流水线类比** 1. **场景设定
把电解槽看作一个“化工厂”。 2. 原料:盐水(NaCl + H₂O)。 3. 两条生产线: - 阳极车间:专门处理“负离子”。Cl⁻进去,变成Cl₂气体跑掉。 - 阴极车间:专门处理“正离子”。H⁺进去,变成H₂气体跑掉。 4. 副产品:因为H⁺(酸性的来源)被拿走了,水里剩下的OH⁻(碱性的来源)没人管了,就和Na⁺(一直在那没动)抱在一起,变成了NaOH。 *强调:Na⁺是“旁观者”,它不反应,只是最后跟OH⁻配对。*
适合:应试导向型、需要快速记忆和解题技巧的学生** **讲法:产物记忆与守恒法** 1. **核心口诀
“氯气阳极出,氢气阴极出,碱在阴极留”。 2. 总反应式死记: $$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{通电} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$$ 3. 解题技巧: - 看到“电解饱和食盐水”,直接写上述总反应。 - 问阴极产物:H₂ + NaOH。 - 问阳极产物:Cl₂。 - 问电子转移:每生成1mol Cl₂,转移2mol e⁻。 *强调:考试时先写总反应,再拆分半反应,确保电荷守恒和原子守恒。*
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练一道
基础题
写出电解饱和食盐水的阳极、阴极电极反应式及总反应方程式。
变式
用石墨电极电解100g 10%的NaCl溶液,当电路中通过0.2mol电子时,求: (1) 阳极产生的气体体积(标准状况); (2) 此时溶液中NaOH的物质的量浓度(假设溶液体积变化忽略不计)。
试试手自己判
检测题
电解饱和食盐水时,若阳极产生7.1g Cl₂,则阴极产生H₂的质量为多少克?同时生成NaOH的物质的量为多少摩尔?
看答案和判分标准
答案:H₂质量:0.2g;NaOH物质的量:0.2mol。
判对标准:
1. 正确计算Cl₂物质的量:$7.1/71 = 0.1 \text{ mol}$。
2. 根据电子守恒或总反应比例,得出H₂为0.1mol,NaOH为0.2mol。
3. 正确计算H₂质量:$0.1 \times 2 = 0.2 \text{ g}$。
4. 若只答对一半或计算错误,视为未掌握。
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