4.2 电解池-【新课程能力培养】2025-2026学年高中化学选择性必修1学习手册（人教版）

N 高中化学选择性必修1（人教版） Zn-2e=Zn2+氧化 Cu2*+2e-Cu还原 Zn+Cu+-Zn"+Cu 知识点2 (1)一次电池二次电池燃料电池(2)①高 (3)①单位质量单位体积电能②单位质量 单位体积功率③长短(4)重金属 1.干电池Zn+2OH-2e=Zn(OH)2 2.可充电电池蓄电池 (1)Pb PbO2稀硫酸 1Pb+SO2-2e-=PbSO PbO,+4H*+SO+2e-= PbSO4+2HO增大减小 ②正负 (2)正正负石墨 3.(1)燃料氧化剂电能 (2)催化失去得到H2-2e=2HO2+4e+4H =2H02H2+O2=2H0H2-2e+2OH=2H002+4e+ 2H0=40H 要点精析 变式训练 1.D2.A3.D4.B5.D >m第二节 电解池 知识梳理 知识点1 1.(2)①阴红色②阳气泡蓝色氯气 (3)通电 (4)自由阳极阴极失去得到2C1-2e C,↑氧化C2+2e=Cu还原CuCl,电银Cu+C,↑ 2.电解质电解质氧化还原 3.(1)电能化学能 知识点2 1.氯碱工业 (54 (I)Na、CI、Hf、OH CI OH氯气HNa 氢气氧化还原(2)氯气氢氧化钠 (3)①NaOH CI2H2盐酸含氯漂白剂 2.(1)电解金属合金阴极阳极镀层金属 Cu Fe Cu-2e=Cu2+Cu2+2e=Cu保持不变 (2)阳极阴极硫酸铜Cu-2e=Cu2+Zn-2e=Zn2 Cu2*+2e=Cu减小金、银 3.钠、钙、镁、铝 要点精析 变式训练 1.A2.D3.B4.B 一"第三节金属的腐蚀与防护 知识梳理 知识点1 1.(1)氧化还原(2)②不纯电解质原电池 比较活泼同时发生电化学化学 2.(1)①酸性②Fe-2e=Fe2+2H+2e=H2↑ Fe+2H=Fe2+H2↑(2)①酸性很弱中性②Fe-2e =Fe2+O2+4e+2H,0=4OH2Fe+2H,0+O2=2Fe(OH)2 吸氧腐蚀 知识点2 1.镍、铬钛合金 2.FeO,离子注人表面渗镀 3.负极正极阴极 (I)①正极负极③K[Fe(CN)6]偏转气泡 无变红蓝色沉淀变红(2)阴极阳极直 流腐蚀电流 要点精析 变式训练 1.B2.CN 高中化学选择性必修1（人教版） 第二节 学习目标 1.能分析、解释电解池的工作原理。 2.建立电解池的认识模型，能设计简单的电 解池，会书写电解的电极反应式和总反应 式。 3.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电 冶金等原理的分析，认识电解在实现物质 转化和储存能量中的具体应用。 知识梳理 川知识点1电解原理 1.实验探究：电獬CuCl2溶液 (1)实验装置 用惰性电极（石墨）电解CuC2溶液， 电解装置如图所示： 阴极 阳极 生成C 生成Cl (2)实验现象 ①与直流电源负极相连的石墨棒( 极)》 上逐渐覆盖了一层 的铜。 ②与直流电源正极相连的石墨棒( 极) 上有 产生，气体能使湿润的碘化 钾淀粉试纸变成 。根据气体的刺 激性气味和试纸变色情况，推测产生的气 体是 (88)学 电解池 (3)实验结论 实验表明，CuCl2溶液在 条件 下生成了Cu和C2 (4)原理分析 通电前：溶液中CuC2发生电离生成了 Cu+和CI,水发生微弱电离产生少量H+和 OH,四种离子在溶液中作 运动。 通电时：离子作定向运动，阴离子(C 和OH)向 迁移，阳离子(Cu2+和 H)向 迁移。 在阳极上CI 电子发生氧化反 应，在阴极上Cu2 电子发生还原反 应，这个过程叫做放电。电极反应分别为 阳极： 反应) 阴极： 反应) 总反应： 2.电解 使电流通过 溶液（或熔融 )而在阳极、阴极引起 反应的 过程叫做电解。 3.电解池 (1)定义：将 转化为 的装 置（也称电解槽）。 (2)电解池的构成条件 ①直流电源； ②两个电极； ③电解质溶液或熔融电解质： ④形成闭合回路。 川知识点2电解原理的应用 1.电解饱和食盐水 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫 做 (1)电解饱和食盐水的原理 通电前：食盐水中的NaCI和HO发生 电离，溶液中存在着 4种 自由移动的离子。 通电时：溶液中的离子发生定向运动， 移向阳极的离子是CI、OH, 比 容易失去电子，被氧化成 移向阴极的离子是Na*、H, 比 容易得到电子，被还原成 电极反应为 阳极：2C1-2e-Cl2↑( 反应)。 阴极：2HO+2e=H2↑+2OH( 反应)。 总反应：2NaCl+2H,O电解H2↑+CL2↑+ 2NaOH; 离子方程式为2CI+2H20电解H2↑+CL2↑+ 20H。 (2)离子交换膜法电解饱和食盐水的原理 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，其原理示意图 如下： H 淡盐水三 NaOH 溶液 离子 精制饱和 HO NaC溶液交换膜 (含少量NaOH) 第四章化学反应与电能。 阳离子交换膜的作用：只允许Na+等阳 离子通过，不允许CI、OH等阴离子及气体 分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极 产生的氯气混合发生爆炸，也能避免 与阴极产生的 反应而影响氢氧化钠 的产量和质量。 (3)氯碱工业产品及其应用 ①氯碱工业产品主要有 等。 ②以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品 在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、 印染、氯化物合成、农药、金属冶炼等领 域中广泛应用。 2.电镀和电解精炼 (1)电镀 电镀是一种利用 原理在某些金 属表面镀上一薄层其他 或 的加工工艺 电镀时，待镀金属制品作 镀 层金属作 ,含 离子 的溶液作电镀液。 如在铁制品表面镀铜，示意图如下： 铜 铁件 CuSO,溶液 阳极材料是 阴极材料是 电解质溶液含Cu2+。电极反应为 阳极： 阴极： 电解过程中，溶液中Cu+浓度 学 (89 高中化学选择性必修1（人教版） (2)电解精炼 电解精炼铜时，以待精炼的粗铜（含 锌、银、金等杂质)作 以纯铜作 用 溶液作电解质溶液， 示意图如下： 纯铜 粗铜 (阴极) 阳极)》 CuSO4溶液 电极反应为 阳极： 阴极： 电解过程中，Cu+浓度 等金属沉积在电解槽底部形成阳极泥。 3.电冶金 电解法可将通常极难被还原的活泼金属 从它们的化合物中还原出来，所以是冶炼 等活泼金属的一种重要方法。 例如，电解熔融氯化钠可得到钠，其电 极反应为 阳极：2C-2e=Cl2↑； 阴极：Na*+e=Na; 总反应：2NaCl(熔融)电解2Na+C,↑。 要点精析 川要点1电解池的工作原理 电解池工作原理认识模型如图所示。 90)学 e从阳极流向正极 e从负极流向阴极 与电源正极相连 与电源负极相连 國+ 阴极 发生氧化反应 发生还原反应 电解质 阴离子移向溶液阳离子移向 温馨提示 惰性电极是指石墨、Pt、Au等电极， 活性电极通常指除Au、Pt以外的金属电 极。如果阳极是活性电极，则电极本身 失去电子发生氧化反应被溶解；如果阳 极是惰性电极，则溶液中的阴离子在阳 极上失去电子发生氧化反应。 典例1Cu0是一种半导体材料，基于绿色 化学理念设计的制取Cu,O的电解池示意图 如下，电解总反应为2Cu+HO电CuO+H2↑。 下列说法正确的是() 直流电源 石墨 -Cu 浓的强碱性 电解质溶液 典例1图 A.石墨电极接直流电源的正极 B.铜电极发生还原反应 C.石墨电极上产生氢气 D.当有0.5mol电子转移时，有0.5 mol Cu,0 生成 解析：根据电解总反应可知，Cu发生氧化 反应生成CuO,则Cu是阳极，连接直流电 源的正极，石墨是阴极，连接直流电源的负 极，A、B均错误；石墨是阴极，电极反应 式为2H0+2e一2OH+H2↑，电极上产生 H2,C正确；生成1 mol Cu,O转移2mol电 子，故有0.5mol电子转移时，有0.25mol CuO生成，D错误。 答案：C B变式训练① 用石墨电极电解CuC 直流电源 溶液（如图所示）。下列分 析正确的是（) A.a端是直流电源的负极 B.通电使CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应：Cu+ 2e~=Cu 变式训练1图 D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄 绿色气体 要点2用惰性电极电解电解质溶液的 规律 1.阴阳离子的放电顺序 在电解池中，当溶液中存在多种阳离子 或阴离子时，存在哪个离子先反应的问题， 即放电顺序。离子的放电顺序与离子的性 质、溶液浓度、电流密度和电极材料等多种 因素有关，但主要取决于离子的氧化性和还 原性的相对强弱。 (1)阳极 如果是活性电极，则电极材料失电子， 电极被溶解；如果是惰性电极(Pt、Au、石 墨)，常见阴离子的放电顺序：S2>I>Br> CI>OH>含氧酸根离子。 (2)阴极 常见阳离子的放电顺序：Ag>Hg2>Fe+> Cu2+>Ht酸)>Pb2+>Sn2Fe2+>Zn2+>H(水)>Al3> Mg2>Nat>Ca2>Kt 第四章化学反应与电能。 温馨提示 电解水溶液时，A3+、Mg+、Na+、 Ca+、K+不可能在阴极放电，即不能用电 解水溶液的方法制取这些活泼金属单质。 2.用惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 (1)电解电解质型 电解质 HCI CuCl2 阳极反应式 2Cl-2e=Cl2↑ 阴极反应式 2H+2e-H2↑ Cu"+2e =Cu 总反应方程式 2HCl电解 CuC2电解 H2↑+CL2↑ Cu+Cl2↑ 溶液pH变化 增大 复原加入物质 通入HCI气体 加入CuCL2固体 (2)电解水型 电解质 HSO, NaOH Na SO 阳极反 2H20-4e= 40H-4e= 2H0-4e= 应式 02↑+4H O2↑+2H,0 02↑+4H 阴极反 2H++2e= H,0+2e=H2↑+20H 应式 H↑ 总反应 方程式 2H,0电解2H,↑+0，↑ 溶液pH 减小 增大 不变 变化 复原加 入物质 加入HO (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO 阳极 反应式 2CI--2e=Cl 2H0-4e-02↑+4H 阴极 2H0+2e-H2↑+ Cu2+2e -Cu 反应式 20H 总反应 2NaC+2H,0电e 2CuS04+2H,0电m 方程式 2NaOH+H↑+C2↑ 2HSO4+2Cu+O2↑ 学 91 高中化学选择性必修1（人教版） 续表 电解质 NaCl CuSO 溶液pH 增大 减小 变化 复原加 加入CuO或CuCO 入物质 通入HCI气体 温馨提示 ①电解质溶液酸碱性变化规律：阴阳极 区溶液酸碱性变化一般可根据阴阳极 反应进行判断，若阴极为H+放电，则 阴极区c(OH)增大；若阳极为OH放 电，则阳极区c(H)增大。电解质溶 液的酸碱性变化要看电解总方程式， 根据电解质的变化进行判断。 ②电解后有关电解质溶液复原的问题应 该用质量守恒法分析，从微观（原理） 视角看就是少什么加什么，少多少加 多少。一般情况下，可将电解总反应 方程式逆过来书写，在化学方程式计 量数不改变的情况下，分析哪种化合 物可以替代阴极和阳极产物使之恰好 反应完全，这种化合物就可以作为电 解质溶液复原所加的物质。但也有特 殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶 液，Cu完全放电之前，可加人CuO或 CuCO3复原，而Cu+完全放电之后，可 能需要加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO 复原。 pH 典例2用石墨作电极 电解KCI和CuSO4(等 体积混合)混合溶液， 电解过程中溶液pH随 典例2图 92)学 时间t的变化如图所示（不考虑氯气在水中 的溶解)，下列说法正确的是() A.ab段H被还原，溶液的pH增大 B.cd段相当于电解水 C.c点时加入适量CuCl2固体，电解液可恢 复原来的浓度 D.原溶液中KCI和CuSO4的物质的量浓度 之比为2：1 解析：用惰性电极电解等体积的KCI和 CuSO4混合溶液，阴极上离子放电顺序是 Cu+>H,阳极上离子放电顺序是C>OH。 根据图示溶液pH的变化情况，可得电解过 程分为三个阶段，第一阶段：阳极反应 2C1-2e一Cl2↑，阴极反应Cu2+2e一Cu, 相当于电解CūC2溶液，水解得到的氢离子 浓度减小，溶液pH上升但仍显酸性，A错 误；第二阶段：阳极反应2H0-4e=4H+ O2↑，阴极反应Cu2+2e=Cu,相当于电解 CuSO4溶液，生成硫酸，电解至c点时，溶 液中溶质为硫酸、硫酸钾，往电解液中加入 适量CuCl2固体，不能使电解液恢复至原来 的浓度，C错误；第三阶段：阳极反应 2H0-4e一4H+02↑，阴极反应2H+2e= H2↑，实质是电解水，溶液中硫酸浓度增 大，pH继续降低，B正确；如果KCI和 CuSO4的浓度之比为2：1，则b点溶液为 KSO4,显中性，与图示不符合，D错误。 答案：B B变式训练2 某溶液中含有两种溶质NaCl和HSO4, 它们的物质的量之比为3：1。用石墨作电极 电解该混合溶液时，根据两极放电离子的来 第四章化学反应与电能 源不同，可明显分为三个阶段。下列叙述不：B.阳极先析出C2,后析出O2 正确的是() C.电解的最后阶段为电解水 A.阴极自始至终只析出H2 D.溶液的pH不断增大，最后为7 要点3原电池、 电解池、电镀池和电 解精炼池的比较 装置名称 原电池 电解池 电镀池 电解精炼池 将化学能转变成电能 将电能转变成化学 应用电解原理在某些 定义 的装置 能的装置 金属表面镀上一薄层 应用电镀原理提纯金属 的方法 其他金属的方法 粗铜广 精铜 装置举例 石品 HSO,溶液 饱和NaCI溶液 ZnCl2溶液 CuSO,溶液 ①活动性不同的两个 电极；②电解质溶 形成条件 液；③形成闭合回①两电极外接直流电源；②两电极插入电解质溶液：③形成闭合回路 路；④自发进行的氧 化还原反应 阳极：与电源正极 负极：较活泼金属 电极 正极：较不活泼金属 相连 阳极：镀层金属 阳极：粗铜 (或非金属导体) 阴极：与电源负极 阴极：镀件 阴极：精铜（或纯铜） 相连 阳极：镀层金属失电 阳极：粗铜中的铜及锌 铁、镍等杂质失电子，发 电极反应 负极：氧化反应 阳极：氧化反应 子，发生氧化反应 阴极：镀层金属离子 生氧化反应 正极：还原反应 阴极：还原反应 得电子，发生还原反 阴极：铜离子得电子，发 应 生还原反应 电子流动 方向 负极导线，正极 负极导线，阴极；阳极导线，正极 离子移动 阳离子向正极移动， 阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动 方向 阴离子向负极移动 实质 均发生氧化还原反应，两电极得失电子数相等 典例3电解原理在化学工 A (I)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl 业中有广泛应用。如图表示 溶液，实验开始时，同时在两边各滴入 一个电解池，装有电解液 几滴酚酞溶液，则： a;X、Y是两块电极板，通 ①电解池中X极上的电极反应式是 过导线与直流电源相连。请 回答以下问题。 典例3图 ②Y电极上的电极反应式是 学 93 高中化学选择性必修1（人教版） 检验该电极反应产物的方法是 ③该反应的总反应方程式是 (2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选 用CuSO4溶液，则： ①X电极的材料是 电极反应式是 ②Y电极的材料是 电极主要反应 式是 解析：（1)X为阴极：2HO+2e-H2↑+ 2OH。Y为阳极：2C-2e=C,↑，用湿润 的KI淀粉试纸可检验CL2。(2)精炼铜时， 粗铜接阳极。Y电极材料是粗铜，X电极材 料是精铜。 答案：(1)①2H0+2e=H2↑+2OH ②2CI-2e=Cl,↑把湿润的KI淀粉试纸 放在Y电极附近的支管口处，试纸变蓝色 ③2NaCI+2HO电2NaOH+H2↑+Cl2↑ (2)①精铜Cu+2e=Cu②粗铜Cu- 2e--Cu2r B变式训练③ 观察下列几个装置示意图，有关叙述正 确的是( 石黑 一铁 CuCl 溶液 熔融氯化钠 ① ② 直流电源 淡盐水主 NaOH 溶液 ©- 铜片 CuSo. 精制饱和 离子交 H,O(含少 溶液 NaCl溶液 换膜 量NaOH) ③ 变式训练3图 94)学 A.装置①工业上可用于生产金属钠，电解 过程中石墨电极产生金属，此法也可用 于生产活泼金属镁、铝等 B.装置②中随着电解的进行左边电极会产 生红色的铜，并且电流表示数不断变小 C.装置③中的离子交换膜只允许阳离子、 阴离子和小分子水通过 D.装置④的待镀铁制品应与电源正极相连 川要点4有关电解的计算 有关电解的计算包括两极产物的定量计 算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏 加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的 计算等。通常有下列三种方法： (1)根据得失电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负电 极产物、相同电量等类型的计算，其依据是 电路中转移的电子数相等。 (2)根据总反应方程式计算 先写出电极反应式，再写出总反应方程 式，最后根据总反应方程式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律，建立起已知量 与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关 系式。 如以通过4mole为桥梁可构建如下关 系式： 2Fe4C(Br、)4OH 4H*2Cu24Ag' 2fe2+~2Cl(Br2、2)~02~4e~2H2~2Cu~4Ag 阳极产物 阴极产物 典例4在100mLH2SO4和CuSO4的混合液 中，用石墨作电极电解一段时间后，两极上 均收集到2.24L气体（标准状况），则原混 合液中Cu+的物质的量浓度以及电解质溶液 复原所需加入的物质分别为() A.1 mol.L-0.1 mol CuO B.1 mol.L 0.1 mol Cu(OH), C.2 mol.L-0.1 molCuO D.2 mol-L-0.1 mol Cu(OH)2 解析：电解HSO4、CuSO4的混合液时，阴 极上先有Cu析出，而阴极上有2.24L气体 生成，说明Cu+全部被还原后，溶液中的H 开始得到电子生成H2。即先后发生2CuSO4+ 2H,0电解2HS04+2Cu+O2↑、2H,O电解2H2↑ +O2↑两个电解反应。阳极产生0.1molO2 共失去0.4mol电子，阴极产生0.1molH 得到0.2mol电子，由电子得失守恒知，阴 极还有0.2mol电子是Cu2+得到的，故Cu2+ 的物质的量是0.1mol,则原混合液中Cu2+ 的物质的量求度为0L=1mlL 第四章化学反应与电能。 分析两个电解方程式的定量关系可知，一共 电解了0.1 mol CuSO4和0.2molH20,溶液 中生成了0.1 mol H2SO4,根据反应Cu(OH)2+ HSO,=CSO4+2H0,加入0.1 mol Cu(OH)2 即可将电解质溶液复原。故答案B正确。 答案：B B变式训练④ 将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液 中进行电解，通电一段时间后，某一电极上 增重0.064g(电解时无H2放出，不考虑水 解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子 的物质的量浓度约为() A.1×103mol.L1 B.4x103 mol.L- C.2x103 mol.L- D.1x10-7 mol.L-! 学(95