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3-20 氯碱工业和纯碱工业
1．氯碱工业
（1）涉及反应
①2NaCl＋H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
②Cl2＋NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O
③Cl2＋Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
④H2＋Cl2
2HCl
（2）问题探讨
①食盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO4
2－等杂质离子，如何设计实验方案除去这些杂质离子？
②工业上电解食盐水制烧碱时，食盐水为什么必须要精制？
提示：精制食盐水的目的是除去食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO4
2－等杂质离子，以防Mg2＋与OH－结合
生成Mg(OH)2堵塞隔膜电解槽中的隔膜，造成电解失败。
③用惰性电极电解饱和食盐水时，为什么要用隔膜把电解槽分成阳极室、阴极室？
提示：电解时，阳极产生Cl2，阴极产生H2，若无隔膜，二者混合光照时会发生爆炸，隔膜的作用是将
H2和Cl2隔开，以防发生危险。
④步骤③制取漂白粉时是将Cl2通入澄清石灰水中吗？
提示：不是；原因是澄清石灰水中Ca(OH)2的含量低，不适合工业大量生产，应改为石灰乳。
2．工业上制纯碱
（1）涉及反应
NH3＋H2O＋CO2＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3
Na2CO3＋H2O＋CO2↑
（2）问题探讨
①工业制纯碱时为什么先通入NH3后通入CO2?
提示：NH3在水中的溶解度大，形成的NH3·H2O 呈碱性，更容易吸收CO2，得到更多的NaHCO3；若
先通入CO2，得到的HCO 浓度小，不利于NaHCO3的生成。
②工业上制备的纯碱中可能混有哪些杂质？
提示：依据制备反应：NH3＋H2O＋CO2＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl 可知混有的杂质为NACl 和NH4Cl。
③“碳酸化”后过滤获得的物质是什么？
提示：NaHCO3。
④过滤得到的母液为NH4Cl，加入熟石灰获得循环使用的物质是什么？
提示：NH3。
⑤设计实验证明纯碱产品中混有NaCl?
提示：取少量样品于一试管中，加水配成溶液，加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液，若有白色沉淀生成
说明纯碱样品中混有NaCl。
【典例1】
【审题要点】
1．（25-26 高一上·贵州·期中）氯碱工业是目前化学工业的重
要支柱之一，一种以氯碱工业为基础制取漂白粉和盐酸的
部分工艺流程如图所示。
流程背景：以氯碱工业为基础，电解
饱和食盐水得到氢气和氯气；氢气与
氯气燃烧生成氯化氢；氯气与石灰乳
反应制漂白粉。
问题类型：
电解饱和食盐水的离子方程式、
氧化剂判断、被氧化元素、气体
体积计算（标准状况）。
H₂ 和 Cl₂ 燃烧的化学方程式及双
线桥法表示电子转移。
请回答下列问题：
（1）写出电解饱和食盐水时发生反应的离子方程式：
_______。该反应的氧化剂是_______(填化学式)，被氧化的
元素是_______(填元素符号)。该反应每消耗117 g NaCl，
理论上可生成气体X 的体积为_______L(标准状况)。
（2）写出气体X 和气体Y 燃烧时发生反应的化学方程式，并
用双线桥法表示该反应电子转移的方向和数目：_______。
（3）反应1 中，气体Y 的作用是_______(填标号)。
A．只作氧化剂
B．只作还原剂
C．既不作氧化剂又不作还原剂
D．既作氧化剂又作还原剂
（4）漂白粉的有效成分为_______(写化学式)；使用漂白粉时需
要加水浸泡片刻才能更好地发挥漂白效果，原因是
_______。
【答案】（1）
（2）
（3）D
（4）
与空气中的
和
反
应生成具有漂白性的
，
，加水浸泡有利
于该反应的进行
【解析】氯碱工业的原理是电解饱和食盐水，
，由于气体Y 用于
和石灰乳反应制取漂白粉，故Y 是氯气，则气体X 是氢
气。
（1）电解饱和食盐水时发生反应的离子方程式：
。水中氢元素化合价降
低，
作氧化剂；氯元素化合价升高，作还原剂，
元
氯气在漂白粉制备反应中的作用
（歧化反应）。
漂白粉的有效成分及使用时需加
水浸泡的原因（涉及 CO₂ 和 H₂O
的作用）。
关键信息：电解方程式、氧化还原概
念、漂白粉有效成分 Ca(ClO)₂、漂白
原理（Ca(ClO)₂ 与 CO₂、H₂O 反应生
成 HClO）。
【思路分析】
电解饱和食盐水：2Cl⁻ + 2H₂O →(电解)
Cl₂↑ + H₂↑ + 2OH⁻。氧化剂是 H₂O（H⁺
被还原），被氧化的元素是 Cl（Cl⁻ 被
氧化）。每消耗 2 mol NaCl（117 g）
生成 1 mol H₂，标准状况下体积为 22.4
L。
氯气与氢气反应：H₂ + Cl₂ → 2HCl，电
子从 H 转移给 Cl，双线桥表示时，H
失电子（化合价升高），Cl 得电子
（化合价降低）。
漂白粉制备：2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ → CaCl₂
+ Ca(ClO)₂ + 2H₂O，Cl₂ 中 Cl 元素部
分被氧化（→ ClO⁻）、部分被还原
（→ Cl⁻），因此 Cl₂ 既作氧化剂又作
还原剂。
漂白粉漂白原理：Ca(ClO)₂ 与空气中的
CO₂ 和 H₂O 反应：Ca(ClO)₂ + CO₂ +
H₂O → CaCO₃↓ + 2HClO，生成具有漂
白性的 HClO。加水浸泡可促进该反应
进行。
素被氧化。117 g NaCl 对应2 mol NaCl，由上述反应可知
2 mol NaCl 只能产生1 mol H2(标准状况下 22.4 L)，故每消
耗117 g NaCl，理论上能生成标准状况下的氢气是22.4 L。
（2）气体X 是氢气，Y 是氯气，燃烧生成氯化氢。双线桥法表
示该反应为：
。
（3）反应1 的方程式为：
，部分氯的化
合价从0 价升高到+1 价、部分氯的化合价降低到-1 价，发
生歧化反应，因此它既作氧化剂又作还原剂，故选D。
（4）漂白粉的有效成分为
。
与空气中的
和
反应生成具有漂白性的
，
，加水浸泡有利
于该反应的进行。
【典例2】
【审题要点】
2．（24-25 高一下·北京·期中）海水是重要的资源，从中可以
获得大量
。
的部分用途如下图所示。
（1）反应i 和ⅱ分别表示氯碱工业和工业制备金属钠的反应原
理。
①依据图中转化，写出反应i 的化学方程式：________。
原料 NaCl 的用途：涉及氯碱工业
（电解食盐水）、制金属钠（电解熔
融 NaCl）、制漂白粉、制纯碱（侯氏
制碱法模拟）、以及氯酸盐制备 ClO₂
和 NaClO₂ 的机理。
问题类型：
氯碱工业反应方程式、氧化性比
较（H₂O 与 Na⁺）。
漂白粉制备化学方程式、NaNH₂
电子式。
实验室模拟侯氏制碱法的装置选
择、操作顺序。
歧化反应判断（根据元素电势
图）。
CH₂Cl₂ 中碳元素化合价解释（共
用电子对偏移）。
②比较反应i 和
在水中或熔融状态下均完全电离，而通
电时还原产物却不相同。从反应物存在的微粒种类和性质
的角度分析，这两个反应中还原产物不同的原因是：氧化
性
________
（填“>”或“<”）。
③工业上将
制成漂白粉[有效成分是
]的化学方程式
为________。
④已知
（氨基钠）是一种离子化合物，写出
的电
子式________。
（2）反应ⅱi 用于工业制纯碱。实验室中模拟该反应的装置如
下图所示。
①装置
中，用于制备
的是________，判断的依据
是________。
②为了提高原料的利用率，从而得到更多的产物，模拟实验过
程中应先打开的弹簧夹是________（填“
”或“
”）。
利用
制备
，在水溶液中发生反应：
。
相关反应机理如下（其中
由
提供）
（3）下列说法不正确的是________（填序号）。
A．
和③均为氧化还原反应
B．②中反应为
C．反应每消耗
，需要投入
关键信息：NaCl 在不同条件下的电解
产物差异、漂白粉有效成分、侯氏制
碱法原理（先通 NH₃ 后通 CO₂）、氯
元素在碱性条件下的电势图、CH₂Cl₂
结构及电负性。
【思路分析】
电解反应与还原产物差异：
电解食盐水（水溶液）：阴极
H₂O 得电子生成 H₂，因 H₂O 氧
化性（得电子能力）强于 Na⁺。
电解熔融 NaCl：阴极 Na⁺ 得电
子生成 Na。结论：氧化性 H₂O >
Na⁺。
漂白粉制备：2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ → CaCl₂
+ Ca(ClO)₂ + 2H₂O。
NaNH₂ 电子式：Na⁺ [H:N:H]⁻（类似
NH₂⁻，N 与两个 H 形成共价键，并带
一个单位负电荷）。
侯氏制碱法模拟实验：
制备 CO₂ 的装置应能产生 CO₂
并防止倒吸，常用启普发生器或
简易装置，图中 C 装置（有球形
干燥管）用于吸收 NH₃ 的尾气？
需根据图示判断。通常先通 NH₃
后通 CO₂，故先打开乙弹簧夹。
歧化反应条件：根据元素电势图，若
中间价态物质两侧电对的电极电势满
足 E⁰(右) > E⁰(左)，则能发生歧化。在
碱性条件下，ClO₂ 可歧化为 ClO₃⁻ 和
ClO₂⁻。
（4）
是一种有机化合物。
资料：
的结构式为
，非金属性
。
从共用电子对偏移的角度解释
中每个碳原子的化合价均
为
的原因：__________。
【答案】（1）
<
（2） C 氨气极易溶于水，连接了球形干燥管，防止
倒吸
（3）BC
（4）
中每个碳原子均形成三种键，分别是
和
；其中
为非极性键，共用电子
对不偏移，
中的两对共用电子偏离C，
中的一
对共用电子偏向于C，故
中每个碳原子化合价均为
【解析】反应i 是电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢
气，氯气和氢气反应生成氯化氢，反应ii 是电解熔融氯化
钠生成钠和氯气，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯
酸钙和水，钠和氨气反应生成NaNH2和氢气，反应iii 是向
饱和氯化钠溶液中依次通入氨气、二氧化碳反应生成碳酸
氢钠沉淀和氯化铵，碳酸氢钠热分解生成碳酸钠。
（1）①反应i 是电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气、氯气，
反应的化学方程式为
。
②比较反应i 和
在水中或熔融状态下均完全电离，而通
电时还原产物却不相同。在水溶液中阴极水得电子生成氢
气，说明氧化性
<
。
③工业上将
和氢氧化钙反应制成漂白粉，有效成分是
，反应的化学方程式为
。
④
是离子化合物，
的电子式为
。
（2）①氨气极易溶于水，氨气溶于饱和食盐水时，为防倒吸，
连接了球形干燥管，所以置
中，用于制备
的
是C。
②二氧化碳溶解度较小，为增大二氧化碳的溶解度，先通入氨
气使溶液呈碱性，再通入二氧化碳，所以先打开的弹簧夹
是
。
（3）A．反应①中Cl 元素化合价改变，反应②中Cl、N 元素化
合价改变，反应③中C、N 元素化合价改变，所以均为氧
化还原反应，故A 正确；
B．②中反应为
，故B 错
误；
C．Cl-是催化剂，不需要严格控制NaCl 的投料，故C 错误；
选BC；
（4）
是一种有机化合物。
根据
的结构式，非金属性
，
中每个碳原子
均形成三种键，分别是
和
；其中
为非极性键，共用电子对不偏移，
中的两对共用电子
偏离C，
中的一对共用电子偏向于C，故
中
每个碳原子化合价均为
。
1．（24-25 高一下·上海·开学考试）侯氏制碱法工艺流程示意图如下：
（1）粗盐水加入沉淀剂A、B 除杂质(沉淀剂A 来源于石灰窑厂)，写出A、B 的化学式：A___________，
B___________。
（2）工业生产纯碱工艺流程中，在饱和食盐水中先通氨气后通二氧化碳，理由是___________，写出反应
的总化学方程式：___________。
（3）检查副产品NH4Cl 固体中存在铵根离子，写出实验的方法：___________。
（4）书写煅烧生成纯碱时发生反应的化学方程式：___________。
（5）由于煅烧不充分，产品纯碱中会混有碳酸氢钠。
①将样品溶于水，逐滴滴加1mol·L-1的稀盐酸，加入8mL 后开始出现气泡，继续滴加，直至不再有气泡产
生，此时共消耗稀盐酸18mL。由此可推知：产品中碳酸钠与碳酸氢钠的物质的量之比为：
___________。写出总反应的离子方程式：___________。
②如果用加热分解的方法测定产品纯碱中碳酸氢钠的质量分数，加热前产品纯碱的质量m1，加热后固体的
质量为m2，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为___________(用含m1、m2的代数式表示)。
利用电解饱和食盐水可制得重要化工产品。有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池与燃料电池相结合，
相关流程如图所示(电极未标出)。
（6）电解池中，阴极的电极反应式为___________。
（7）电解池中，正离子交换膜的作用除了只允许正离子通过外，还有：___________。
（8）在燃料电池中，通入空气的电极为___________极，正离子的移动方向是___________(“从左向右”或
“从右向左”)。
（9）电解池中产生2molCl2，理论上燃料电池中消耗___________molO2.
(10)流程中，NaOH 溶液的浓度a、b、c 的由大到小关系为___________。
【答案】（1） Ca(OH)2 Na2CO3
（2） 通氨气后溶液呈碱性，二氧化碳的溶解度更大，生成的NaHCO3更多，纯碱的产量更高
NH3+NaCl+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl
（3）往氯化铵固体中加入过量NaOH 溶液、加热，在试管口处用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，
试纸变蓝，则表明固体中存在铵根离子
（4）2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O
（5） 4：1 4
+
+9H+=5CO2↑+5H2O
（6）
（7）阻止OH-进入阳极室，与
发生副反应
（8） 正极 从左向右
（9）1
(10)b<a<c
【解析】粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、
， 加入除杂试剂将三种离子除去，则A、B 为Ca(OH)2、
Na2CO3；然后过滤，滤液为NaCl 溶液，滤渣为CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2；往食盐水中先通氨气、后
通二氧化碳，得到NaHCO3沉淀和氯化铵，煅烧过滤所得的NaHCO3，从而获得纯碱；
（1）粗盐水加入沉淀剂A、B 除杂质，沉淀剂A 来源于石灰窑厂，则其为Ca(OH)2，从而得出 A 为
Ca(OH)2，B 为 Na2CO3；
（2）二氧化碳在食盐水中的溶解度不大，为增大其溶解度，可营造碱性环境，所以工业生产纯碱工艺流
程中，在饱和食盐水中先通氨气后通二氧化碳，理由是：通氨气后溶液呈碱性，二氧化碳的溶解度更
大，生成的NaHCO3 更多，纯碱的产量更高，反应的总化学方程式为
；
（3）检查副产品NH4Cl 固体中存在铵根离子，需加入强碱溶液，其实验方法为：往氯化铵固体中加入过
量NaOH 溶液、 加热，在试管口处用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，试纸变蓝，则表明固体
中存在铵根离子；
（4）煅烧
生成纯碱，同时生成二氧化碳气体和水，发生反应的化学方程式为
；
（5）①Na2CO3 +HCl(少量)=NaCl+ NaHCO3、NaHCO3 +HCl=NaCl+H2O+CO2↑，
n(Na2CO3)=1mol/L×0.008L=0.008mol， n(NaHCO3)=1mol/L×(0.018L-0.008L×2)=0.002mol，由此可推
知：产品中碳酸钠与碳酸氢钠的物质的量之比为 0.008mol:0.002mol=4:1；发生总反应的离子方程式：
；
②加热混合物，发生反应
，加热前产品纯碱的质量m1，加热后固体的质
量为 m2，则分解生成二氧化碳和水的质量和为(m1-m2)g，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为
；
（6）电解池中，H+在阴极得电子生成H2，电极反应式为
；
（7）正离子交换膜只允许H+通过，不能使阴离子和Cl2、H2分子通过，可以阻止
进入阳极室，与
发生反应，阻止阳极产生的
和阴极产生的H2混合发生爆炸;
（8）燃料电池的工作原理：负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，即
，正极是氧
气发生得电子还原反应，即
，通入空气的电极为正极，正离子交换膜使正离子通
过，正离子移向正极，即正离子从左向右移动;
（9）电解池中产生2mol
，根据电子守恒，
，
，得到2
~
，计算消耗
为 1mol;
（10）燃料电池中的正离子交换膜只允许正离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生
，所以反
应后的NaOH 浓度升高，即a<c，负极氢气失电子生成氢离子消耗
，所以b<a，得到，即b<a<c。
【点睛】将两个反应合写在一个反应方程式中，一定要体现两个反应中反应物的定量关系。
2．（24-25 高三上·重庆·阶段练习）某实验小组对粗盐提纯以及提纯后精盐的用途进行了一系列实验探
究。
I.粗盐中含有
、
、
、
等杂质离子，实验室按下图流程进行精制：
（1）若加
溶液后不经过滤就加入NaOH 和
溶液，会导致_______(填字母，下同)。[已知：
、
]
A．
不能完全去除
B．消耗更多NaOH
C．
不能完全去除
D．消耗更多
（2）过滤操作中需要的玻璃仪器除烧杯和玻璃棒外，还需要_______。
A．分液漏斗
B．漏斗
C．容量瓶
D．蒸发皿
II.传统的氯碱工业能耗大，通过如下图改进的设计可大幅度降低电解电压，降低能耗，实现“节能减
排”。
（3）①电极A 接电源_______极(填“正”或“负”)。
②装置中通过提高电极B 上反应物的_______(填“氧化性”或“还原性”)来降低电解电压，减少能耗。
③写出电解总反应的离子方程式：_______。
III.精制食盐水可用于制备
，流程如下图：
（4）下列关于纤维素的说法错误的是_______。
A．南唐文房三宝之一的“澄心堂纸”主要成分是纤维素
B．纤维素与合成纤维，其主要成分不相同
C．淀粉和纤维素水解的最终产物均为葡萄糖
D．淀粉和纤维素分子式均为
，互为同分异构体
（5）反应II 也可以用草酸(
)还原
制取
气体，同时生成
，写出反应的离子方程式：
_______。
（6）反应III 的化学方程式为_______。
（7）碱性条件下，氯元素的元素电势图(用
表示)如图：
分析其中的一部分：
它意味着：
①
②
若由这两个电极反应组成原电池，因
，故②为正极，①为负极；该原电池的反应原理为
，属于“歧化反应”。
由以上关于“歧化反应”的发生条件分析，结合上图中的元素电势数据，判断“制备
流程”中的
三种含氯元素的物质(
、
、
)在碱性条件下能发生歧化反应的是_______(填化学
式)，写出其发生歧化反应的离子方程式：_______。
【答案】（1）AD
（2）B
（3） 正 氧化性
（4）D
（5）
（6）
（7）
【解析】Ⅰ粗盐中加入氯化钡除去硫酸根离子，过滤后加入氢氧化钠除去镁离子，碳酸钠除去钙离子和钡
离子，过滤后加入盐酸除去过量的碳酸钠和氢氧化钠，最后得到精盐，据此回答。
Ⅱ电极A 为阳极，氯离子失去电子发生氧化反应转化为氯气，电极B 为阴极，氧气得到电子转化为OH-，
据此回答；
Ⅲ高电压电解食盐水，分离出NaClO3，加入纤维素水解产物将NaClO3转化为二氧化氯，加入过氧化钠将
ClO2转化为NaClO2，据此回答；
（1）因为硫酸钡与碳酸钡的Ksp接近，所以若加
溶液后不经过滤就加入NaOH 和
溶液，当溶
液中存在大量碳酸根离子时，硫酸钡会部分转化为碳酸钡，由于发生沉淀的转化，会导致
不能完
全去除，碳酸钠的用量也会增加，故选AD；
（2）过滤操作中需要的玻璃仪器除烧杯和玻璃棒外，还需要漏斗，故选B；
（3）①根据分析可知，电极A 接电源正极；
②装置中通过提高电极B 上反应物氧气的氧化性来降低电解电压，减少能耗；
③电解总反应的离子方程式：
；
（4）A．纸张的主要成分是纤维素，A 正确；
B．纤维素是一种天然的有机化合物，是植物细胞壁的主要成分，而合成纤维是通过人工合成的化学成
分，根据不同种类，可以是聚酯、聚酰胺、聚丙烯等不同的合成物质，B 正确；
C．淀粉和纤维素都是多糖，它们在酸或酶的作用下水解，最终产物为葡萄糖，C 正确；
D．淀粉和纤维素分子式均为
，但是n 不同，不互为同分异构体，D 错误；
故选D。
（5）反应II 也可以用草酸(
)还原
制取
气体，同时生成
，离子方程式为：
；
（6）反应III 的化学方程式为：
；
（7）根据已知可得，
，
，电池的电
动势
，因
，则电池可以自发进行，故④为正极，③为
负极，中间物质可以发生歧化反应，所以在碱性条件下能发生歧化反应的是
，其发生歧化反应的
离子方程式：
。
