資源簡介

(共33張PPT)
化學反應與電能復習
高中化學
原電池
電解池
金屬的腐蝕與防護
能量變化
物質變化
氯堿工業再探究
存在 問題
思維 模型
解決 方案
應用 廣泛
高中化學
氯堿工業產品： Cl 、NaOH、H
高中化學
氯堿工業應用廣泛
氯堿 工業
冶金工業
紡織工業
輕工業
氯堿工業存在的問題
高能耗
2
設備腐蝕 3
實際 問題
高中化學
電能利用 率待提高
思考角度
能量 能量轉化率低。
物質 用領域更廣。
高中化學
傳統供能方式為火力發電，
氯氣和燒堿相對于氫氣應
如何降低氯堿工業的能耗
問題的提出
研究表明，應用于氯堿廠的 氫燃料電站可節能約30%(20%的 電能，10%的熱能)。
燃料電池技術
氧陰極技術
研究表明，目前應用于氯堿 廠的氧陰極技術可節能約25%,未 來可達30%以上。
低
高中化學
改變供能方式
改變電極反應
能耗
高
任務一基于電化學原理設計裝置
高中化學
【學生活動】
活 動 1 設計并畫出利用氫氧燃料電池電解 飽和食鹽水的簡易裝置。
電流表
A
十
隔膜或鹽橋
電解質溶液
陽離子遷移方向
陰離子遷移方向
發生氧化反應 發生還原反應
e- 十
直流電源
電解質溶液
陽離子遷移方向
陰離子遷移方向
發生氧化反應 發生還原反應
高中化學
原電池模型
電解池模型
正 極
負 極
陽極
陰極
e一
e-
e~
質子交換膜 精制飽和
H 空氣 (O ) NaCl溶液 H O ( 含 少 量NaOH)
高中化學
活動2 分析裝置中電子和離子移動方向。
Cl H 陽離子交換膜
陽 極
淡鹽水
NaOH
溶液
正 極
陰 極
負極
NaOH
主 Na+ 溶液
精制飽和
H 空氣 (O ) NaCl溶液 H O ( 含 少 量NaOH)
負極： H -2e-=2H + 陽極： 2Cl--2e-=Cl ↑
正極： O +4e +4H+ =2H 0 陰極： 2H O+2e=H ↑+20H-
高中化學
e~
e Cl H
陽離子交換膜
陽 極
淡鹽水
質子交換膜
負極
陰 極
正 極
【學生活動】
活動3 . 用化學用語回答下列問題。
1.燃料電池負極反應為H -2e-=2H-。
2. 若將燃料電池電解質溶液換成 KOH 溶液，則正極
反應方程式為 O +4e-+2H O =40H- o
3. 電解NaCl溶液總反應方程式為
2NaCI+2H 0 生解2NaOH+H ↑+Cl T
4. 若燃料電池有2mol氫氣反應，理論上生成NaOH的 物質的量為4 mol。
高中化學
高
S
低
高中化學
研究表明，目前應用于氯堿 廠的氧陰極技術可節能約25%,未 來可達30%以上。
燃料電池技術
氧陰極技術
改變供能方式
改變電極反應
能耗
【資料】氧陰極技術與傳統工藝相比不同
之處在于陰極結構，通過向陰極區供應純氧， 避免H+直接得電子生成氫氣。這樣可降低電解 電壓，電耗減少明顯。
任務二分析氧陰極技術
高中化學
【學生活動】
活動1 寫出陰極反應及總反應方程式。
陰極反應：
O +4e-+2H O =40H-
總反應：
4NaCl+2H O+O 電 2Cl +4NaOH
高中化學
【學生活動】
活動2 結合資料分析氧陰極技術的優缺點。
思考角度
能量 能耗降低 優點
物質 做原料 缺點
高中化學
氧
H
純
物
要
產
需
了
極
少
陰
減
氯堿工業存在問題及解決方法
高能耗 電能利用
燃料電池技術 2 率待提高
氧陰極技術
設備腐蝕 3
實際
問題
高中化學
思考角度
能量 電能部分轉化為熱能。
電能轉變為化學能過程中的
物質 物質不完全是目標產物。
高中化學
如何提高電能利用率
問題的提出
任務三探究降低陽極氧含量的方法
高中化學
【學生活動】
活動1 分析電解池陽極0 來源。
思考1 電解池陽極發生的反應。
2Cl--2e- =Cl ↑ 40H--4e-=0 ↑+2H O
0 來源：
實際電解生產中，離子膜的效率并不
是百分之百，陰極室的OH 會遷移至陽極室，
在陽極放電，產生0 。
高中化學
【學生活動】
活動2 分析并提出避免0H-在陽極放電的方法。
思考2 影響離子放電因素：
內因：離子本身性質
外因： 濃度、pH、溫度、電極材料等。
高中化學
【學生活動】
活動2 分析并提出避免0H-在陽極放電的方法。
提高Cl-濃度
使 用精制飽和食鹽水做原料
降低0H-濃度
更換離子交換膜
向陽極室加入鹽酸調節pH
高中化學
濃度
1.Cl 中含氧量增加。 2. 生成具有腐蝕性 的次氯酸鹽、氯酸鹽 等。
1. 離子膜易被損傷。 2. 陽極鈍化(形成 致密氧化膜),電解 槽電壓上升。
加酸過量
加酸不足
高中化學
pH=
【學生活動】
活動2 分析并提出避免0H-在陽極放電的方法。
提高CI-濃度
使用精制飽和食鹽水做原料
降低OH-濃度
改換離子交換膜
向陽極室加入鹽酸調pH 3~4
高中化學
濃度
【學生活動】
活動2 分析并提出避免0H-在陽極放電的方法。
思考3 是否還有其他可行的方法
電子導體
電極材料
電極反應
離子導體
濃度
pH
高中化學
Cl-
OH-
【學生活動】
活動2 分析并提出避免0H-在陽極放電的方法。
【拓展】 石墨電極
高穩定性
高導電性
鈦基氧化物涂層
高中化學
(TiO /RuO )電極 高催化活性
電極材料
高選擇性
電能利用 2 率待提高
濃度、pH、
電極材料、
離子交換膜等
實際
問題
高能耗 1
燃料電池技術 氧陰極技術
設備腐蝕 3
氯堿工業存在問題及解決方法
高中化學
如何解決設備腐蝕問題
問題的提出
氯氣
堿
酸
鹽水
高中化學
任務四分析并提出防腐措施
【資料】 流動和攪拌的鹽水 很容易帶入 氧氣，這使得輸送鹽水的碳鋼管道非常容易 發生電化學腐蝕。腐蝕速度受氧含量和鹽水 溫度影響很大。
高中化學
【學生活動】
活動1 寫出碳鋼管發生電化學腐蝕的電極反應。
負極反應： Fe-2e-=-Fe +
正極反應： O +2H O+4e- =40H-
高中化學
【學生活動】
活動2 提出防腐措施。
4 改變金屬材料組成
將碳鋼管道替換成更耐腐蝕的鈦合金管
防腐
措施 2 在金屬表面覆蓋保護層
在金屬構件表面涂絕緣涂層
3 電化學保護法
高中化學
【學生活動】
活動2 提出防腐措施。
電化學保護法：犧牲陽極法
至氯氣總管
犧牲電極
淡鹽水來自電解槽 CPVC管
與進口犧牲電極處接地線相連
至陽極液槽
CPVC管 淡鹽水來自電解槽
高中化學
犧牲電極
TA2
高能耗 1
燃料電池技術 氧陰極技術
設備腐蝕 3
鈦合金管
涂絕緣層
犧牲陽極
高中化學
電能利用 2 率待提高
濃度、pH、
電極材料、
離子交換膜等
實際
問題
氯堿工業存在問題及解決方法
能量變化
化學反應
物質變化
高中化學
原電池
電極材料
電極反應
離子導體
電子導體
電解池
控制
濃度
溫度
pH
電極材料
離子交換膜
■■■■■
裝置
小結

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