电解饱和氯化钠溶液:
在小烧杯(或U型管)里装入饱和食盐水,滴入几滴酚酞试液。用导线把碳棒、电池、电流表和铁钉相连(如图)。接通直流电源后,注意观察电流表的指针是否偏转,以及小烧杯内发生的现象,并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。
注:粗铁钉要与直流电源的阴极相连,碳棒与阳极相连。
用玻璃棒沾湿润的KI淀粉试纸检验阳极气体。
(1)饱和食盐水电解时,电流表指针发生偏转,阴、阳极均有气体放出,阳极气体有刺激性气味,并能使湿润的KI淀粉试纸变蓝,且阴极区溶液变红。
(2) 阳极:2Cl
--2e
-==Cl
2↑
阴极:2H
++2e
-==H
2↑(或2H
2O+2e
-==2OH
-+H
2↑)
总反应式:2NaCl+2H
2O
2NaOH+H
2↑+Cl
2↑
(3)阴极区溶液变红的原因:这是由于饱和食盐水中,水所电离出的H
+在阴极放电,破坏了水的电离平衡
(H
2O
H
++OH
-)致使阴极区附近溶液中的OH
-相对较多,溶液呈碱性,故酚酞变红。
(4)例用电解饱和食盐水溶液可制取氢气、氯气和烧碱。
粗盐的提纯:
(1)实验仪器和药品
药品:粗盐,水
器材:托盘天平,量筒,烧杯,玻璃棒,药匙,漏斗,铁架台(带铁圈),蒸发皿,酒精灯,坩埚钳,胶头滴管,滤纸,剪刀,火柴,纸片
(2)实验原理:粗盐中含有泥沙等不溶性杂质,以及可溶性杂质如:Ca2+、Mg2+等不溶性杂质可以用溶解、过滤的方法除去,然后蒸发水分得到较纯净的精盐
(3)实验操作
①溶解:用托盘天平称取5克粗盐(精确到0.1克)。用量筒量取10毫升水倒入烧杯里.用药匙取一匙粗盐加入水中,观察发生的现象。用玻璃棒搅拌,并观察发生的现象(玻璃棒的搅拌对粗盐的溶解起什么作用?)。接着再加入粗盐,边加边用玻璃棒搅拌,一直加到粗盐不再溶解时为止。观察溶液是否浑浊。
在天平上称量剩下的粗盐,计算在10毫升水中大约溶解了多少克粗盐.
②过滤:按照过滤的操作进行过滤,仔细观察滤纸上的剩余物及滤液的颜色。滤液仍浑浊时,应该再过滤一次。如果经两次过滤滤液仍浑浊,则应检查实验装置并分析原因,例如:滤纸破损,过滤时漏斗里的液面高于滤纸边缘,仪器不干净等,找出原因后,要重新操作。
③蒸发:把得到的澄清滤液倒入蒸发皿,把蒸发皿放在铁架台的铁圈上,用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌滤液。等到蒸发皿中出现较多量固体时,停止加热。利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。
④用玻璃棒把固体转移到纸上,称量后,回收到教师指定的容器,比较提纯前后食盐的状态并计算精盐的产率。
水的净化:
(1)基本流程:天然水+混凝剂过滤→清洁水+消毒剂→饮用水天然水中溶解的主要气体是O2、CO2、H2S。
(2)除去水中的固体杂质和悬浮物:常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)、三价铁盐等。原理为:Al3++3H2O=Al(OH)3(胶体)+3H+,Fe3++3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3H+,生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降,达到净水的效果。
(3)消毒:常用的消毒剂为氯气、漂白粉精、臭氧、二氧化氯等。对自来水进行暴晒是为了除去水中少量的次氯酸。水处理剂能杀菌消毒是因为它具有强氧化性。过氧化钠不能用于自来水的杀菌消毒。O3消毒的反应产物无毒无害。
(4)消除水中的异味:活性炭颗粒的比表面积大,吸附能力强,让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。活性炭在水的净化过程中只发生物理变化。通入CO2可以除去水中的Ca离子和调节溶液的pH
污水处理:
(1)生物化学方法通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥,在强力通入空气的条件下,微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖,将有机物分解为二氧化碳、水等无机物,从而达到净化污水的目的。
(2)中和法酸性废水常用熟石灰中和,碱性废水常用H2SO4或CO2中和。
(3)③沉淀法 Hg2+、Pb2+、Cu2+等重金属离子可用Na2S除去,反应的离子方程式为Hg2++S2-===HgS↓,Pb2++S2-===PbS↓,Cu2++S2-===CuS↓。
注意:
①一般不采用离子交换法,因为离子交换法价格昂贵。
②过滤用到的玻璃仪器出烧杯外,还有漏斗、玻璃棒
③分离Hg是需在通风橱中进行,原因是Hg有挥发性,且有毒
④回收纯净的金属铜时应增加冷凝回流装置以防止污染。
3.水质检测的项目:BOD、有机物、N、P、重金属、pH值、悬浮物、溶解性固体、总碱度
富营养化的检测项目:水样的总铅、总铜、总铁、阴离子表面活性剂、氨氮值
氯碱工业:
1.离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示:
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水,由于粗盐水中含有泥沙,精制食盐水时经常进行以下措施
(1)过滤海水
(2)加入过量氢氧化钠,去除钙、镁离子,过滤 Ca
2++2OH
-=Ca(OH)
2(微溶) Mg
2++2OH
-=Mg(OH)
2↓
(3)加入过量氯化钡,去除硫酸根离子,过滤 Ba
2++SO
42-=BaSO
4↓
(4)加入过量碳酸钠,去除钙离子、过量钡离子,过滤 Ca
2++CO
32-=CaCO
3↓ Ba
2++CO
32-=BaCO
3↓
(5)加入适量盐酸,去除过量碳酸根离子 2H
++CO
32-=CO
2↑+H
2O
(6)加热驱除二氧化碳
(7)送入离子交换塔,进一步去除钙、镁离子
(8)电解 2NaCl+2H
2O
H
2↑+Cl
2↑+2NaOH 离子交换膜法制碱技术,具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点,是氯碱工业发展的方向。
2.以氯碱工业为基础的化工生产
NaOH、Cl
2和H
2都是重要的化工生产原料,可以进一步加工成多种化工产品,广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。
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。
2NaOH+Cl
2=NaCl+NaClO+H
2O H
2O+Cl
2=HCl+HClO H
2+Cl
2=2HCl 2NaOH+CO
2=Na
2CO
3(苏打)+H
2O NaOH+CO
2=NaHCO
3(小苏打)
随着人们环境保护意识的增强,对以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染及其产品对环境造成的影响越来越重视。