4.2.2 电解原理的应用-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 人教版（2019）单选

第二节　电解池 第2课时　电解原理的应用 优化探究 第四章　化学反应与电能 [课程标准要求]　认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 任务一　电解饱和食盐水 任务二　电镀　电冶金 课时作业　巩固提升 任务一　电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料,习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做　　　　　　。  氯碱工业 1.电解饱和食盐水的原理 (1)阳极(　　　　极)反应:　　　　　　　　　　　　(　　　　反应)。  (2)阴极(　　　　极)反应:　　　　　　　　　　　　(　　　　反应)。  a 2Cl--2e-===Cl2↑ 氧化 b 2H2O+2e-===H2↑+2OH- 还原 (3)总反应 化学方程式:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH; 离子方程式:2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。 2.氯碱工业生产流程 工业生产中,电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 (1)阳离子交换膜电解槽 Cl2 H2 NaOH 精制饱和NaCl溶液 (2)阳离子交换膜的作用:只允许Na+等阳离子通过,不允许Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的　　　　与阳极产生的 　　　　混合发生爆炸,也能避免　　　　与阴极产生的 　　　　　　反应而影响氢氧化钠的产量。  氢气 氯气 氯气 氢氧化钠 离子交换膜是“具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜”,常运用于膜电解和电渗析等离子交换膜法技术中。它具有选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少等特点,在水处理、环保、化工、冶金等领域都有广泛应用。 离子交换膜的种类有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。离子交换膜的作用:①隔离某些物质,防止阴极与阳极产物之间或产物与电解质溶液发生反应;②用于制备某些物质:通过离子定向移动使得阴极区或阳极区得到所制备的新物质;③对物质进行分离、提纯等。 3.氯碱工业产品及其应用 1.电解饱和食盐水时,阴极发生氧化反应:2Cl--2e-===Cl2↑。(　　) 2.氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液,变红色的区域为阳极区。(　　) 3.电解饱和食盐水时,阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)。(　　) 4.电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠。(　　) × × × × 1.下列关于电解饱和NaCl溶液的叙述正确的是(　　) A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠 B.若向阳极附近的溶液中滴入淀粉⁃KI溶液,溶液呈蓝色 C.若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色 D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性 B 电解饱和NaCl溶液的化学方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,阳极得到Cl2,阴极得到H2和NaOH,A项错误;向阳极附近的溶液中滴入淀粉⁃KI溶液,发生反应:Cl2+2I-===2Cl-+I2,淀粉遇I2呈蓝色,B项正确;由于阴极区:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,消耗了H+,导致阴极区c(OH-)相对增大,滴入酚酞溶液,溶液变红,C项错误;电解后的溶液实质上是NaOH、NaCl和NaClO的混合溶液,溶液呈碱性,D项错误。 2.“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。 完成下列填空: (1)a为电源的　　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极,c为电解池的 　　　　极。  (2)d电极的电极反应:　 , 电解产生消毒液的总 化学方程式为______________________________。  负 阳 2H2O+2e-===H2↑+2OH- NaCl+H2ONaClO+H2↑ 电解饱和氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液,即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2,上端产生NaOH,则a为负极,b为正极,c为阳极,d为阴极,Cl2和NaOH溶液反应:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl+H2ONaClO+H2↑。 任务二　电镀　电冶金 1.电镀 (1)电镀:利用　　　　原理在某些金属表面镀上一薄层其他　　　　或 　　　　的加工工艺。  (2)目的:使金属增强抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。 电解 金属 合金 (3)示例(在铁制钥匙上面镀铜): 阳极材料:镀层金属　　　　,电极反应:　　　　　　　　　　　　;  阴极材料:镀件　　　　　　,电极反应:　　　　　　　　　　　　。  电解质溶液:Cu2+浓度　　　　　　(填“增大”“减小”或“保持不变”)。  Cu Cu-2e-===Cu2+ 铁制钥匙 Cu2++2e-===Cu 保持不变 2.电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质) 阳极材料:　　　　,电极反应:Zn-2e-===Zn2+、Cu-2e-===Cu2+;  阴极材料:　　　　,电极反应:Cu2++2e-===Cu;  电解质溶液:Cu2+浓度　　　　,金、银等金属沉积形成阳极泥。  粗铜 纯铜 减小 特别提醒　 (1)电解精炼过程中的“两不等”:电解质溶液浓度在电解前后不相等;阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多,一少,一不变”:“一多”指阴极上有镀层金属沉积;“一少”指阳极上有镀层金属溶解;“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 3.电冶金 (1)金属冶炼就是使矿石中的　　　　　　获得电子变成 　　　　　　的过程:Mn++ne-===M。  (2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等),但不能电解其盐溶液,应电解其熔融态。 金属离子 金属单质 (3)①冶炼金属钠: 阳极:　 ;  阴极:　 　 ;  总反应:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。 2Cl--2e-===Cl2↑ 2Na++2e-===2Na ②冶炼金属镁: 阳极:　 　 ;  阴极:　 　 ;  总反应:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。 2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg ③冶炼金属铝: 阳极:　 　 ;  阴极:　 　 ;  总反应:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。 6O2--12e-===3O2↑ 4Al3++12e-===4Al 1.在Fe上电镀Zn,应用Zn作阳极,用ZnSO4溶液作电镀液。(　　) 2.电解精炼铜时,粗铜作阳极,活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区。(　　) 3.电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变。(　　) 4.工业冶炼金属镁时,电解熔融态MgO。(　　) √ √ × × 1.若要在铜片上镀银时,下列叙述错误的是(　　) ①将铜片接在电源的正极上　②将银片接在电源的正极上　③在铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag　④在银片上发生的反应是2H2O-4e-===O2↑+4H+　⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液　⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A.①③⑥　　　　　　 B.②③⑥ C.①④⑤ D.②③④⑥ C 根据电镀原理,若在铜片上镀银时,铜作电解池的阴极与电源负极相连,电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银;银作电解池的阳极和电源正极相连,银失电子发生氧化反应生成银离子;电解质溶液可为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上,故①错误;银片应接在电源的正极上,故②正确;铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag,故③正确;银片上发生的反应是Ag-e-===Ag+,故④错误;用硫酸铜溶液作电镀液,阴极析出铜,故⑤错误;可用硝酸银溶液作电镀液,故⑥正确。 2.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁,下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　) A.两个电极必须都用惰性电极 B.阳极可以用金属电极,阴极必须是惰性电极 C.电解熔融状态的氯化镁 D.电解氯化镁的水溶液 C 电解氯化镁获取金属镁,也就是说镁离子需要得电子。在阴极发生的是镁离子得电子的反应,对电极材料没有要求,在阳极上发生失电子的反应,如果使用活性电极,电极材料会优先失电子,所以阳极必须用惰性电极,故A、B错误;如果在水溶液中,水电离的氢离子会优先得电子,因此只能电解熔融状态的氯化镁,故C正确,D错误。 3.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等),其性能远不能达到电器工业的要求,工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯,回答下列问题: (1)电解时粗铜作　　　　极,连接电源的　　　　极,电极反应为_______________________________________________;  纯铜作　　　　极,电极反应为　 。  阳 正 Cu-2e-===Cu2+,Fe-2e-===Fe2+,Zn-2e-===Zn2+ 阴 Cu2++2e-===Cu (1)电解法精炼金属铜时,粗铜作阳极,失去电子逐渐溶解,溶液中的Cu2+得到电子在阴极放电而析出,附着在阴极上,故粗铜作阳极,纯铜作阴极。 (2)电解质溶液应选择　　　　(填字母)。  A.CuCl2溶液 B.CuSO4溶液 C.ZnSO4溶液 B (3)电解后,电解槽底部会形成含少量　　　　　　等金属的阳极泥。   (3)在电解时,比铜活泼的Fe、Zn先失去电子,变成Fe2+、Zn2+进入溶液,然后是铜失去电子,变成Cu2+进入溶液;Ag、Au等金属不如铜活泼,沉积在电解槽底部形成阳极泥。 Ag、Au (4)若纯铜片增重6.4 g,则电路通过的电子为　　　　 mol。  (4)Cu2+在阴极上得到电子形成Cu单质附着在阴极上,若纯铜片增重 6.4 g,Cu的物质的量是0.1 mol,由于Cu是+2价金属,因此电路通过的电子为0.2 mol。 0.2 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 对点训练 题组一　氯碱工业 1.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是 (　　) 9 2 3 4 5 6 7 8 1 A.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气 B.该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过 C.装置中发生反应的离子方程式为2Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑ D.该装置将电能转化为化学能 答案:C 9 由图看出①处为电解池阳极,产生氯气,②处为电解池阴极,产生氢气,A对;该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与碱反应,避免在阴极区得到的烧碱溶液含有杂质,B对;电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式,C错;电解装置是将电能转化为化学能的装置,D 对。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 2.氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合,相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.电解池的阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.通入空气的电极为负极 C.电解池中产生2 mol Cl2时,理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D.a、b、c的大小关系为a>b=c 答案:A 2 3 4 5 6 7 8 1 9 题给电解池的阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,A项正确;题给燃料电池为氢氧燃料电池,通入空气的电极为正 极,B项错误;由整个电路中得失电子守恒可知,电解池中产生2 mol Cl2,理论上转移4 mol电子,则燃料电池中消耗1 mol O2,C项错误;燃料电池的负极反应为2H2-4e-+4OH-===4H2O,正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,所以a、b、c的大小关系为c>a>b,D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 3.图甲为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.图甲的X点要与图乙中的a极连接 B.图乙中b极的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑ C.当N极消耗1 mol气体时,有2 mol H+通过离子交换膜 D.若有机废水中主要含有淀粉,则图甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-===6nCO2+24nH+ 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 题图甲中N极上O2转化为H2O,发生还原反应,为正极,M极为负极,图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液,a极生成H2,b极生成Cl2,则a极为阴极,b极为阳极,电解池的阴极与电源负极相连,故X点与a极相连,A正确;图乙中b极生成氯气,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,B正确;根据反应O2+4e-+4H+===2H2O,当N极消耗1 mol气体时,转移4 mol电子,故有4 mol H+通过离子交换膜,C错误;若有机废水中主要含有淀粉,则图甲中M极上淀粉转化为CO2,电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-===6nCO2+24nH+,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 题组二　电镀　电解精炼 4.餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A.电路中每通过1 mol e-,阴极析出1 mol银 B.铁电极应与电源负极相连 C.阳极电极反应为Ag-e-===Ag+ D.电镀液需要不断更换 2 3 4 5 6 7 8 1 9 D 阴极发生反应:Ag++e-===Ag,故电路中每通过1 mol e-时析出1 mol银,故A正确;铁为镀件,应与电源负极相连,故B正确;阳极为镀层金属,电极反应为Ag-e-===Ag+,故C正确;电镀液浓度不变,不需要更换,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 5.氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂,利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜,已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳 B.电压过高时,乙中可能会产生有刺激性气味的气体,将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体 C.若该装置的能量转化率为80%,则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F=9.65×104 C· mol-1)时可制得115.2 g的Cu2O D.由图可知甲池中制备Cu2O的总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑ 答案:A 2 3 4 5 6 7 8 1 9 C电极上H2O→H2,发生还原反应,则C电极为阴极,Cu电极为阳极,X电极为阴极,Y电极为阳极,b为电源正极,a为电源负极。X电极为阴极,Y电极为阳极,电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,所以乙池中电解后Y极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳,A错误;电压过高时,Cl-会在阳极放电生成Cl2,而S不会放电,将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体, B正确;当外电路有1.93×105 C电量通过时,转移电子的物质的量为=2 mol,该装置的能量转化率为80%,即有2 mol×80%=1.6 mol的电子发生氧化还原反应,则生成Cu2O的物质的量为0.8 mol,其质量为115.2 g,C正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 题组三　电冶金 6.1807年,化学家戴维通过电解熔融氢氧化钠制取金属钠:4NaOH (融) Fe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有关说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.电解熔融氢氧化钠制取金属钠,阳极发生的电极反应为2OH--2e-===H2↑+O2↑ B.盖·吕萨克制钠的原理是利用铁的还原性比钠强 C.若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数不同 D.目前工业上常用电解熔融氯化钠法制取金属钠,电解槽中石墨为阴极,铁为阳极 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 由4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O可知,阳极OH-放电生成O2和H2O,电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑,A错误;Na的还原性强于Fe,但Na的沸点比Fe低得多,盖·吕萨克制钠利用了Fe与Na的沸点差异,B错误;由电解原理可知,戴维法制取4 mol Na时转移4 mol电子,但盖·吕萨克法制取4 mol Na时转移8 mol电子,则制得等量的钠时转移的电子总数不同,C正确;用电解熔融氯化钠法制钠时,石墨为阳极,铁为阴极,阳极上Cl-放电,阴极上Na+放电,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 7.(2024·安徽合肥检测)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2⁃CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.由TiO2制得1 mol金属Ti,理论上外电路转移4 mol电子 B.阳极的电极反应为2-4e-===O2↑ C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量不会减少 D.装置中石墨电极材料需要定期更换 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO,由TiO2制得1 mol金属Ti消耗2 mol Ca,电解池中阴极反应为Ca2++2e-===Ca,则生成2 mol Ca外电路中转移4 mol电子,故A正确;由题图可知,阳极上电极反应为C+2O2--4e-===CO2↑,故B错误;电解池总反应为2CaO+C2Ca+CO2↑,制备金属钛的反应为2Ca+TiO2Ti+2CaO,所以在制备金属Ti前后,整套装置中CaO的总量不会减少,故C正确;阳极上电极反应为C+2O2--4e-===CO2↑,C不断被消耗,则装置中石墨电极材料需要定期更换,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 综合强化 8.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.阳极电极反应:Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O B.甲溶液可循环利用 C.离子交换膜a是阴离子交换膜 D.当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A项,阳极发生氧化反应,电极反应:Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O,正确;B 项,阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子,甲溶液为浓氢氧化钠溶液,可循环利用,正确;C项,电解池中阳离子向阴极移动,Cu极为阴极,则通过离子交换膜a的是Na+,故a为阳离子交换膜,错误;D项,阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成,正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 9.电解原理在化学领域应用广泛,如图1表示一个电解池,装有电解液a; X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。回答下列问题: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 (1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液。 ①电解一段时间后,在X极附近观察到的现象是____________________;  ②电解一段时间后,该反应的总离子方程式为 _____________________________________。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 放出气体,溶液变红 2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ (1)①由题图可知,与电源的负极相连的X电极是阴极,该电极上水电离出的氢离子发生得电子的还原反应,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,所以该电极附近氢氧根离子浓度增大,碱性增强,电解一段时间后溶液会变红。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 (2)若用该装置电解精炼铜,电解液a选用CuSO4溶液,则X电极的材料是 　　　　,电解一段时间后,CuSO4溶液浓度　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  (2)电解方法精炼铜,电解池的阴极(X电极)材料是纯铜,电极反应为Cu2++2e-===Cu,阳极(Y电极)材料是粗铜,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,其中粗铜中比金属铜活泼的金属(Zn、Fe、Ni)优先放电,电解一段时间后, CuSO4溶液浓度会减小。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 纯铜 减小 (3)若X、Y都是惰性电极,a是溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3且均为0.1 mol的混合溶液,通电一段时间后,阴极析出固体质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)关系如图2所示,则Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的顺序是 　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 Cu2+>H+>X3+ (3)若X、Y都是惰性电极,a是溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3且均为0.1 mol的混合溶液,由图2可知,通电后就有固体生成,当通过电子的物质的量为0.2 mol时,析出固体的质量达到最大,证明此时析出的固体是铜,如果是X析 出,通过电子的物质的量应该是0.3 mol,则氧化能力为Cu2+>X3+,当通过电子超过0.2 mol时,固体质量没变,说明这时阴极H+放电,阳极仍然是OH-放电,即电解水,说明氧化能力H+>X3+,所以氧化能力由大到小的顺序为Cu2+>H+>X3+。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 $$