第四章 化学反应与电能复习 课件

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化学反应与电能复 习氯碱工业再探究原电池电解池金属的腐蚀与防护能量变化物质变化氯碱工业轻工业纺织工业冶金工业石油化学工业公共事业氯碱工业产品：Cl2、NaOH、H2氯碱工业应用广泛高能耗电能利用率待提高123设备腐蚀氯碱工业存在的问题如何降低氯碱工业的能耗?问题的提出 传统供能方式为火力发电，能量转化率低。 氯气和烧碱相对于氢气应用领域更广。高燃料电池技术改变供能方式 研究表明，应用于氯碱厂的氢燃料电站可节能约30%（20%的电能，10%的热能）。氧阴极技术改变电极反应 研究表明，目前应用于氯碱厂的氧阴极技术可节能约25%，未来可达30%以上。低能耗任务一 基于电化学原理设计装置 活动1 设计并画出利用氢氧燃料电池电解饱和食盐水的简易装置。原电池模型电解池模型【学生活动】Cl2H2淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）阳离子交换膜阴极阳极H2空气（O2）质子交换膜负极正极 活动2 分析装置中电子和离子移动方向。Na+H+e‾e‾负极：H2 – 2e‾ ══ 2H+正极：O2 + 4e‾ + 4H+ ══ 2H2O阳极： 2Cl‾– 2e‾ ══ Cl2↑阴极： 2H2O + 2e‾══ H2↑+ 2OH‾ 活动3. 用化学用语回答下列问题。【学生活动】 1. 燃料电池负极反应为 。 2. 若将燃料电池电解质溶液换成 KOH 溶液，则正极 反应方程式为 。3. 电解NaCl溶液总反应方程式为 。 4. 若燃料电池有2mol氢气反应，理论上生成NaOH的 物质的量为 。 4 mol高燃料电池技术改变供能方式氧阴极技术改变电极反应 研究表明，目前应用于氯碱厂的氧阴极技术可节能约25%，未来可达30%以上。低能耗 【资料】氧阴极技术与传统工艺相比不同之处在于阴极结构，通过向阴极区供应纯氧，避免H+直接得电子生成氢气。这样可降低电解电压，电耗减少明显。任务二 分析氧阴极技术总反应：阴极反应：【学生活动】 活动1 写出阴极反应及总反应方程式。能耗降低减少了产物H2阴极需要纯氧做原料【学生活动】 活动2 结合资料分析氧阴极技术的优缺点。优点缺点高能耗电能利用率待提高123设备腐蚀氯碱工业存在问题及解决方法燃料电池技术氧阴极技术如何提高电能利用率?问题的提出电能部分转化为热能。 电能转变为化学能过程中的物质不完全是目标产物。任务三 探究降低阳极氧含量的方法 【学生活动】 活动1 分析电解池阳极O2来源。 思考1 电解池阳极发生的反应。思考2 影响离子放电因素：内因：离子本身性质外因：浓度、pH、温度、电极材料等。【学生活动】 活动2 分析并提出避免OH‾在阳极放电的方法。提高Cl‾浓度降低OH‾浓度使用精制饱和食盐水做原料向阳极室加入盐酸调节pH【学生活动】更换离子交换膜浓度 活动2 分析并提出避免OH‾在阳极放电的方法。pH=？1. Cl2中含氧量增加。2. 生成具有腐蚀性的次氯酸盐、氯酸盐等。1. 离子膜易被损伤。2. 阳极钝化（形成致密氧化膜），电解槽电压上升。加酸不足加酸过量提高Cl‾浓度降低OH‾浓度使用精制饱和食盐水做原料向阳极室加入盐酸调pH 3~4【学生活动】改换离子交换膜浓度 活动2 分析并提出避免OH‾在阳极放电的方法。【学生活动】电极材料电极反应离子导体 思考3 是否还有其他可行的方法？电子导体Cl‾OH‾浓度pH 活动2 分析并提出避免OH‾在阳极放电的方法。【学生活动】电极材料石墨电极钛基氧化物涂层(TiO2/RuO2 )电极【拓展】 活动2 分析并提出避免OH‾在阳极放电的方法。高能耗电能利用率待提高123设备腐蚀氯碱工业存在问题及解决方法燃料电池技术氧阴极技术 浓度、pH、 电极材料、 离子交换膜等 如何解决设备腐蚀问题?问题的提出 【资料】 流动和搅拌的盐水很容易带入氧气，这使得输送盐水的碳钢管道非常容易发生电化学腐蚀。腐蚀速度受氧含量和盐水温度影响很大。任务四 分析并提出防腐措施【学生活动】O2 + 2H2O + 4e− 4OH−负极反应：正极反应： 活动1 写出碳钢管发生电化学腐蚀的电极反应。将碳钢管道替换成更耐腐蚀的钛合金管电化学保护法在金属构件表面涂绝缘涂层防腐措施1【学生活动】23 活动2 提出防腐措施。改变金属材料组成在金属表面覆盖保护层牺牲阳极法【学生活动】 活动2 提出防腐措施。电化学保护法：高能耗电能利用率待提高123设备腐蚀氯碱工业存在问题及解决方法燃料电池技术氧阴极技术 浓度、pH、 电极材料、 离子交换膜等 钛合金管涂绝缘层牺牲阳极小结电极材料电极反应离子导体电子导体浓度温度pH电极材料离子交换膜……