第1章 第3节 第2课时 电解原理的应用-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（鲁教版单选）

本讲义聚焦高中化学电解原理的应用，系统梳理氯碱工业（电解食盐水）、电解精炼铜、电镀的核心原理，从离子放电顺序、电极反应书写到工业装置分析，构建从基础应用到综合拓展的递进式学习支架。 资料通过实验现象观察、对比表格（如电解精炼铜与电镀对比）、探究问题（如含膜电解池膜作用分析）设计，培养学生物质转化的化学观念与证据推理的科学思维，课中辅助教师实验教学，课后例题习题助力学生巩固知识、查漏补缺。

第2课时　电解原理的应用 [素养发展目标]　1.认识电解在实现物质转化中的具体应用。2.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题。 一、电解食盐水制备烧碱、氯气和氢气 1．电解饱和食盐水(工业生产中称为氯碱工业) 实验 装置 实验 操作 在U形管中装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用石墨棒作阳极，铁棒作阴极。把湿润的淀粉­碘化钾试纸放在阳极附近。接通直流电源后，观察U形管内产生的现象及试纸颜色的变化 实验 现象 电流表的指针发生偏转，U形管内阴极区溶液变红且有无色无味的气体产生，阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体，湿润的淀粉­碘化钾试纸变蓝 实验 结论 阳极产生的气体是Cl2；阴极产生的气体是H2，同时生成碱性物质NaOH 2.原理分析及电极反应 ①通电前，氯化钠溶液中含有的离子Na＋、Cl－、H＋、OH－。 ②通电后，Na＋、H＋移向阴极，Cl－、OH－移向阳极。 阳极：离子放电顺序为Cl－＞OH－，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：离子放电顺序为H＋＞Na＋，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑； 因H＋放电，故阴极区生成NaOH。 ③电解的总反应式 化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 工业上，用隔膜阻止OH－移向阳极，则Na＋和OH－可以在阴极附近的溶液中富集，这就是电解食盐水制备烧碱的原理，也称作氯碱工业。 二、电解精炼铜 1．装置与原理 阳极材料用粗铜，阴极材料用精铜，离子导体用硫酸酸化的硫酸铜溶液。 实验装置 反应原理 粗铜中含杂质(Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)，比铜活泼的金属(Zn、Fe、Ni)只溶解，不析出；比铜不活泼的金属(Au、Ag)不溶解 阳极(粗铜)： 阴极(精铜)：Cu2+＋2e－===Cu 2.电解特点 电解结束后，阳极泥中含有Au、Ag等，电解质溶液中的金属阳离子有Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+等，阴极得到纯铜。 3．电解目的 (1)降低粗铜中的杂质含量，从而提高铜的性能。 (2)回收粗铜中的金、银等贵金属。 三、电镀 1．电镀的概念 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 2．电镀池的构成(以铁锈镀铜为例) 设计思路及依据 实验装置 实验现象 确定阴极 阴极材料 铁钉 铜片溶解；铁钉表面有红色物质生成 阴极 反应物 铜离子 确定阳极 阳极材料 铜片 阳极反应物 铜 构成闭合回路 离子导体 CuSO4溶液 电子导体 导线 3.电镀的原理 在直流电的作用下，阳极金属失电子，溶解在溶液中形成阳离子，移向阴极，溶液中该金属离子在阴极获得电子被还原为金属，覆盖在镀件上。 电镀铜过程中电极反应式为 阳极：Cu－2e－===Cu2+；阴极：Cu2+＋2e－===Cu。 4．电镀的目的 电镀的目的主要是增强金属抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。 1．下列关于用惰性电极电解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KI溶液，溶液呈棕色 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　[用惰性电极电解NaCl溶液，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，有Cl2生成；阴极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈红色，A、C项错误。Cl2可与KI反应生成I2，I2溶于水呈棕色，B项正确。电解液中有NaOH生成，溶液呈碱性，D项错误。] 2．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　) A.电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B.粗铜与直流电源负极相连，发生氧化反应 C.阴极上发生的反应是Cu2+＋2e－===Cu D.电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 C　[电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B项错误；阴极Cu2+得电子，被还原为Cu，C项正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu，在阳极失电子，以离子的形式进入电解液中，而不活泼的Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D项错误。] 3．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(　　) A.锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2+ B.铂作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2+ C.铁作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2+ D.锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2+ A　[本题中镀层金属为锌，即金属锌作阳极；铁制品为待镀金属制品，即铁制品作阴极。需选用含有Zn2+的溶液为电镀液。] 探究一　电解原理的应用 1．离子膜法电解食盐水中，阳离子交换膜的作用是什么？ 提示：　阳离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋、H＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。 2．工业上用电解饱和食盐水制取NaOH时，食盐水为什么要精制？如何精制？ 提示：　因为粗食盐水中的Ca2+、Mg2+、SO在电解时会生成沉淀堵塞离子交换膜而达不成电解的目的。精制时可通过依次加入BaCl2、NaOH、Na2CO3溶液过滤，最后再加适量盐酸的方法除去粗盐中的杂质离子。 3．电解精炼铜进行一段时间后，阳极减少的铜质量与阴极增加的铜的质量相等吗？为什么？ 提示：　不相等。　根据电子守恒可知，阳极由于比铜活泼的金属失电子更容易，所以阴极质量的增加小于阳极质量的减小。 4．电镀铜结束后，溶液中金属阳离子的组成或浓度发生怎样的变化？ 提示：　Cu2+的浓度不变。 1．铜的电解精炼与电镀铜对比 电解精炼铜 电镀铜 电极 材料 阴极 精铜 镀件 阳极 粗铜 纯铜 电极 反应式 阳极 Cu(粗铜)－2e－===Cu2+等 Cu－2e－=== Cu2+ 阴极 Cu2+＋2e－===Cu(精铜) Cu2+＋2e－===Cu(在镀件上析出) 电解质 溶液浓度 的变化 粗铜中的银、金等活泼性差的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；而活泼性比Cu强的金属(如Zn、Ni等)会以金属阳离子的形式进入溶液。所以电解精炼铜时，电解液的浓度会减小 电解质溶液成分及浓度均不变 2.电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2+＋2e－===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2-－12e－===3O2↑ 4Al3+＋12e－===4Al 1．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图。下列有关说法中不正确的是(　　) 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Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D.该装置是将电能转化为化学能 C　[由图可看出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，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式不能拆成离子形式，C错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。] 探究二　电解的有关计算 如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答： 1．电源中X极是正极还是负极？ 提示：　铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。 2．若A中KCl溶液的体积是200 mL，则电解后溶液中的c(OH－)为多少？ 提示：　由关系式4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－，c(OH－)＝＝0.1 mol·L-1。 三种常见计算方法 2．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　) A.通电后，Ag＋向阳极移动 B.银片与电源负极相连 C.该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D.当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 C　[铜牌上镀银，银片为阳极，与电源正极相连，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。] 多池串联装置中(无外接直流电源)电池类型的判断方法 (1)直接判断 首先判断非常直观明显的装置，如电路中的燃料电池、铅蓄电池等为原电池，则其他装置为电解池。如图：A为原电池，B为电解池。 (2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池的电极一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图B为原电池，A为电解池。 (3)根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图，若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。　　 探究三　含膜电解池分析 海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2+、Mg2+、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。 1．b膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？ 提示：　阴极上是阳离子发生反应，故b膜为阳离子交换膜。 2．写出阴极电极反应式，B极室有什么现象？ 提示：　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。B极室生成的OH－与Mg2+、Ca2+结合生成少量白色沉淀。 3．淡化工作完成后，A、B、C三室中pH大小关系如何？ 提示：　A室中Cl－失电子生成Cl2，部分Cl2溶于水使溶液呈酸性，B室溶液呈碱性，C室溶液呈中性，故pH大小为pH(A)＜pH(C)＜pH(B)。 4．外电路中转移1 mol e－时，有多少Cl－通过阴离子交换膜(假设只有Cl－通过阴离子交换膜)? 提示：　1 mol。 1．离子交换膜的功能、类型和作用 2．解题思路 3．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2+的物质的量浓度为(　　) A．1 mol·L-1 B．2 mol·L-1 C.3 mol·L-1 D．4 mol·L-1 A　[分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol，O2是由OH－失去0.4 mol电子而得到，H2是由H＋得到0.2 mol电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 mol 电子是Cu2+得到的，故Cu2+的物质的量是0.1 mol，则Cu2+的物质的量浓度为＝1 mol·L-1。] 4．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.阳极室溶液由无色变成棕黄色 B.阴极的电极反应式为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C.电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高 D.电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4 C　[阳极上Fe发生氧化反应生成Fe2+，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高，NH透过阳离子选择透过膜进入阴极室，阴极室溶液中的溶质可能有H3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4 等，B、D项错误，C项正确。] [知识网络] [要点归纳] 1．电极反应式的书写思路 2．分析电化学装置的思维流程 3．规避3个失分点 (1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式，且注明“通电”条件。 (2)要确保两极电子转移数目相同。 (3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子，一般不参与放电。 1.某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　　) A.石墨电极与直流电源负极相连 B.铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C.氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向铜电极迁移 D.用湿润的淀粉­KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 B　[石墨为阳极，与直流电源的正极相连，A 错误；Cu 为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B 正确；Cu为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧化钠，电解池中阳离子向阴极移动，Na＋向Cu电极移动，C错误；Cu为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，没有氯气生成，所以用湿润的淀粉­KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸不变蓝色，D错误。] 2．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(氧化性：Fe2+＜Ni2+＜Cu2+)(　　) A.阳极发生还原反应，其电极反应为Ni2+＋2e－===Ni B.电解过程中，阳极质量减少的量与阴极质量增加的量相等 C.电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后，电解槽底部的阳极泥中不可能有Fe 和Zn D　[电解池阳极发生氧化反应Ni－2e－===Ni2+(主要)，A错误。因为粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，电解过程中，阳极会溶解Fe、Zn、Ni，而阴极只析出Ni ，故阳极质量减少的量与阴极质量增加的量不相等，B错误。电解后，溶液中存在的金属阳离子除Fe2+和Zn2+外，还可能含有Ni2+，电解槽底部的阳极泥中不可能存在Fe、Zn，因为 Fe、Zn比Ni活泼，C错误，D正确。] 3．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L-1的氯化铜溶液，B池中加入0.1 mol·L-1的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d 四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　) A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C.2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 答案：　A 4．如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。 (1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是____________，电极反应式为_________________________________，电解质溶液可以是________。 (2)乙池中铁极的电极反应式为_______________________________________________。 (3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为______装置，电解一段时间后，溶液的浓度_______。 解析：　(1)由题图可知，甲池中A极为阴极，B极为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，故A为精铜，电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu。电解质溶液应为含有Cu2+的盐溶液，如CuSO4溶液等。(2)由题图可知，乙池中铁作阴极，石墨作阳极，故铁极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为电镀池，电镀过程中电解质溶液的浓度不变。 答案：　(1)阴　精铜　Cu2+＋2e－===Cu　CuSO4溶液(合理即可) (2)Ag＋＋e－===Ag　(3)电镀　不变 学科网（北京）股份有限公司 $