第4章 第2节 电解池 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（人教版单选）

学科网（北京）股份有限公司 第2课时　电解原理的应用 1．能分析电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的反应原理，认识电解在实现物质转化和能量存储中的具体应用。 2．学会应用电子守恒法解决有关电解的计算 「任务」　电解原理在工业生产中的应用 下图是某氯碱工厂的生产车间的情景。 问题1.氯碱工厂的主要生产原料是什么？ 提示：饱和食盐水。 问题2.为何称为氯碱工业呢？ 提示：工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，因为产物中有氯气和碱，所以称为氯碱工业。 一、电解饱和食盐水 1．氯碱工业 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫作氯碱工业。 2．原理 (1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，移向阴极的离子是Na＋、H＋。 (2)阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。 (3)电解的总反应式 化学方程式：2NaCl＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式：2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－。 3．装置——离子交换膜电解槽 二、电镀和金属的电解精炼 1．电镀 (1)概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。 (2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 (3)原理 阳极 镀层金属。在空气或溶液中不易发生变化的金属(如铬、镍、银)和合金 阴极 镀件 电镀液 含有镀层金属阳离子的溶液 2.铜的电解精炼 (1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 阳极 粗铜 电极反应：Cu－2e－===Cu2+(主要反应)、Fe－2e－===Fe2+、Zn－2e－===Zn2+等 阴极 纯铜 电极反应：Cu2+＋2e－===Cu 电解液 硫酸铜溶液 (2)原理 ①粗铜中的铜以及比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子进入溶液中。 ②不如铜活泼的金属，如Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部，形成阳极泥。 ③溶液中Cu2+在纯铜上析出。 三、电冶金 1．金属冶炼的本质 使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。 2．电冶金 利用电解法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，是冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属的一种重要方法。 3．实例(电解熔融的氯化钠) (1)装置示意图 (2)电极反应式 阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极 2Na＋＋2e－===2Na 总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ (1)电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极(×) (2)电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极(√) (3)在镀件上电镀锌，用锌作阳极(√) (4)从粗铜精炼所得阳极泥中可回收Ag、Au、Fe等金属(×) (5)氯碱工业可以得到Cl2和H2，并在阳极区生成氢氧化钠(×) 突破1　电解饱和食盐水 【例1】 如图是“氧阴极技术”的氯碱工业装置图，向阴极区供应纯氧可降低电压，减少能耗。下列说法中错误的是(　　) A．采用阳离子交换膜，可以提高NaOH纯度 B．阴极电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．总反应式：2Cl－＋O2＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ D．电解过程中转移4 mol电子，理论上可获得4 mol NaOH 解析：选C。阴极上O2得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，转移4 mol电子，理论上可获得4 mol NaOH，阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应式：4Cl－＋O2＋2H2O2Cl2↑＋4OH－，阴极生成OH－，Na＋从阳极区域通过交换膜进入阴极区，采用阳离子交换膜，可提高NaOH的产量和纯度，A、B、D正确、C错误。 在实际生产中，电解精制后的饱和食盐水的装置是离子交换膜电解槽，如下图所示： 1．使用的离子交换膜是阳离子交换膜，它只允许阳离子(如Na＋)通过，能阻止阴离子(如Cl－)及分子(如Cl2)通过，这样既避免了Cl2与H2混合后在光照下发生爆炸，又防止了Cl2与NaOH溶液的反应。 2．两极室放入的原料：阳极室是精制后的饱和食盐水；阴极室是稀的NaOH溶液。 3．食盐水必须精制的原因是防止食盐中的杂质离子(如Ca2+、Mg2+等)与OH－反应生成沉淀而堵塞交换膜，导致无法制得烧碱。 突破2　电解精炼、电镀及电冶金 【例2】 (2025·四川成都树德中学期末)已知氧化性：Fe2+<Ni2+<Cu2+。以NiSO4溶液为电解质溶液进行粗镍(含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是(　　) A．电解过程中，化学能转化为电能 B．粗镍作阳极，发生还原反应 C．利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属 D．溶液中c(Ni2+)始终不变 答案：C。 1．电镀池与电解精炼池的区别与联系 项目 电镀池 电解精炼池 定义 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置 利用电解原理提纯金属的装置 装置举例 形成条件 ①镀层金属作阳极，镀件作阴极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③直流电源 ④形成闭合回路 ①不纯金属作阳极，纯金属作阴极 ②含该金属离子的可溶性盐溶液作电解液 ③直流电源 ④形成闭合回路 电极反应 (以铁上镀锌为例) 阳极：Zn－2e－===Zn2+ 阴极：Zn2+＋2e－===Zn (以精炼铜为例) 阳极：Cu－2e－===Cu2+(主要) 阴极：Cu2+＋2e－===Cu 联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 [提醒] 电镀的特点是“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。 2．电冶金 (1)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)。 (2)电解法冶炼较活泼金属，不能电解其盐溶液，因为金属离子的放电能力小于氢离子的放电能力，而应电解其熔融态化合物。 (3)电解法冶炼金属镁时，选择氯化镁，而不是氧化镁，是因为氧化镁的熔点高，耗能大。 (4)电解法冶炼金属铝时，选择氧化铝，而不是氯化铝，是因为氯化铝为共价化合物，熔融时不导电。 (5)电解法冶炼金属铝时，由于氧化铝熔点高，为了减少能耗，常加入冰晶石(Na3AlF6)，以降低氧化铝的熔化温度。 突破3　电化学的相关计算 【例3】 (2025·云南昆明高二期末)某研究小组用微生物电池模拟淡化海水，同时做电解实验，实验装置如图所示，C、D是铂电极。已知：苯酚的分子式为C6H6O，甲装置为原电池。 (1)丙装置中D电极为________极(填“阴”“阳”“正”或“负”)。 (2)若乙是铁片镀铜装置，A、B质量相同。当B和A的质量差为12.8 g时，丙装置中C极产生的气体在标准状况下的体积是________L。 (3)甲装置中： ①a极的电极反应式为____________________________________________________________________(苯酚用分子式表示)。 ②理论上每消除1 mol苯酚，同时消除________mol NO 。 解析：甲装置为原电池，乙、丙为电解池，a电极反应式为C6H6O＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，a电极为负极，则b电极为正极，根据电解原理，推出电极A、B、C、D分别作阳极、阴极、阳极、阴极。(2)乙装置是铁片镀铜，则铁片作阴极(B)，铜作阳极(A)，阴极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2+，令生成Cu的物质的量为a mol，则A极消耗Cu的物质的量为a mol，B和A质量差为12.8 g，则有64 g/mol×2a＝12.8 g，解得a＝0.1 mol，转移电子的物质的量为0.2 mol，C电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成氧气的物质的量为0.05 mol，标准状况下的氧气体积为22.4 L/mol×0.05 mol＝1.12 L。(3)②b电极反应式为2NO ＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，建立关系式有10C6H6O～280e－～56NO ，设消除1 mol苯酚，则消耗NO 的物质的量为 ×1 mol＝5.6 mol。 答案：(1)阴　(2)1.12　(3)①C6H6O＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋　②5.6 电化学计算时的注意事项 1．阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 2．串联电池中各电极上转移的电子数目相等。 3．电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。 1．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　) ①电解溶液装置 ②电镀铜实验装置 ③精炼铜 ④离子交换膜法 电解原理示意图 A.装置①中阳极上析出红色固体 B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连 C．装置③精炼铜，电子迁移方向为b→d，c→a D．装置④中的离子交换膜允许阴离子、水分子自由通过 解析：选C。装置①电解氯化铜溶液时，铜应该在阴极上析出，A错误；装置②电镀实验中，待镀金属作为阴极，应与电源负极相连，B错误；装置③，由图可知，a为电流的流出极，故a极为正极，b极为负极，电子迁移方向为b→d，c→a，电子不经过电解质溶液，C正确；装置④的离子交换膜是阳离子交换膜，允许阳离子自由通过，不允许阴离子通过，D错误。 2．钛合金耐高温，被称之为“航天金属”。工业上可以在800～1 000 ℃时电解TiO2制得钛，装置如图所示，下列叙述不正确的是(　　) A．石墨电极是阳极 B．TiCl4常温下为液体，可直接电解液体TiCl4制钛 C．阴极电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2- D．阳极可能会产生有毒的气体，石墨电极需要定期更换 解析：选B。电解池中阴离子向阳极移动，根据氧离子的移动方向，石墨电极是阳极，电极反应方程式为2O2-－4e－===O2↑；TiO2是阴极，电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2-。由于四氯化钛是共价化合物，液体时也不发生电离，不能导电，所以不能用电解四氯化钛的方法制备钛，B错误；电解时，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成有毒的氯气，氧离子在阳极上放电生成的氧气高温下能与石墨反应生成一氧化碳、二氧化碳，导致石墨电极损耗，所以石墨电极需要定期更换，D正确。 3．(2025·重庆长寿区八校联考高二期末)回答下列问题： (1)如图1是一种新型燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的Li2CO3和Na2CO3熔融混合物为电解质，图2是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。回答下列问题： ①写出A极发生的电极反应式________________________________________________________________________。 ②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应与________(填“C”或“D”)极相连。 ③当消耗标准状况下2.24 L CO时，C电极的质量变化为____________。 (2)工业上，可用铁作阳极，电解KOH溶液制备K2FeO4。 ①电解过程中，OH－向________(填“阴”或“阳”)极移动，阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。 ②若阳极有28 g Fe溶解，则阴极析出的气体在标准状况下的体积为________L。 解析：(1)①CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO2，A极电极反应式为CO－2e－＋CO ===2CO2；②燃料电池中A极为负极，B极为正极，要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应与粗铜D极相连；③当消耗标准状况下2.24 L CO时，根据CO－2e－＋CO ===2CO2，电路中转移0.2 mol e－，C电极析出0.1 mol Cu，质量增加6.4 g。(2)①电解池中，阴离子移向阳极，电解过程中，OH－向阳极移动；阳极铁失电子生成高铁酸根，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO ＋4H2O；②若阳极有28 g Fe溶解，电路中转移3 mol e－，根据阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成1.5 mol H2，阴极析出的气体在标准状况下的体积为33.6 L。 答案：(1)①CO－2e－＋CO ===2CO2　②D　③增加6.4 g (2)①阳　Fe－6e－＋8OH－===FeO ＋4H2O　②33.6 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(　　) A．装置中的离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 B．阳极材料换成铁电极，产物不变 C．阴极发生的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．b处通入的原料是NaOH的稀溶液 答案：B。 2．(2025·天津高二期末)有关电解池的应用，下列叙述错误的是(　　) A．使用阳离子交换膜工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氢气 B．电解精炼铜时外电路通过2 mol e－，阳极质量减少64 g C．以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，硫酸铜溶液的浓度保持不变 D．工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期更换 解析：选B。工业电解饱和食盐水，阴极上H2O得电子生成氢气和OH－，因此阴极区获得烧碱溶液和氢气，A正确；电解精炼铜时外电路通过2 mol电子，则阴极上生成1 mol铜，阳极上为粗铜，除了铜还有其他金属失电子，转移2 mol电子并不是消耗1 mol铜，阳极质量减少量不是64 g，B错误；以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，阳极铜溶解、阴极铜析出，硫酸铜溶液的浓度保持不变，C正确；工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极上生成氧气，石墨高温下容易被氧气氧化，因此需定期更换，D正确。 3．(2025·江苏苏州高二期末)电解法制备H2O2的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.该装置工作时将化学能转化为电能 B．电极b与电源负极相连接 C．电解时a极电极反应式：O2＋2e－＋2H＋===H2O2 D．电解生成2 mol H2O2时，理论上有4 mol H＋从a极室通过质子交换膜进入b极室 解析：选C。该装置为电解池，工作时将电能转化为化学能，A错误；电极b上水转化为氧气，氧元素的化合价升高，发生氧化反应，作阳极，与电源正极相连接，B错误；电解时a极上氧气得到电子转化为过氧化氢，发生的电极反应式：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C正确；电解生成2 mol H2O2时，理论上有4 mol H＋从b极室通过质子交换膜进入a极室，D错误。 4．用石墨作阳极，钛网作阴极，熔融CaF2­CaO作电解液，利用如图所示装置获得金属钙，并用钙作还原剂，还原TiO2制备金属Ti。下列叙述正确的是(　　) A．该电池工作过程中，O2-向阴极移动 B．将熔融CaF2­CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的 C．TiO2在阴极表面放电 D．制备金属钛前后CaO的量不变 解析：选D。由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C＋2O2-－4e－===CO2↑，O2-向阳极移动，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2+＋2e－===Ca，然后发生2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，通电条件下该装置总反应为C＋TiO2CO2↑＋Ti，则制备金属钛前后，CaO的总量不变，A、C错误，D正确；将熔融CaF2­CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H＋放电，无法得到金属Ca，B错误。 5．(2025·河北唐山高二期末)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电镀实验，其中乙装置中X为离子交换膜。请按要求回答相关问题： (1)Fe电极的电极反应式为_____________。 (2)X选择________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。 (3)若在标准状况下，甲装置有112 mL氧气参加反应，则乙装置中左侧极室的pH为______(设该极室内溶液体积为200 mL)。 (4)若用丙装置给铜制品镀银，铜制品应放在________(填“a”或“b”)极，反应结束后AgNO3溶液的浓度________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (5)若a、b为惰性电极，写出图丙中电解总反应的离子方程式：________________________________________________________________________。 解析：甲装置为原电池，通氧气一极为正极，通甲烷一极为负极，b连接正极，作阳极，a为阴极，C为阳极，乙装置中Fe为阴极。(1)铁作阴极，其电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(2)钠离子通过X进入阴极室，则X为阳离子交换膜。(3)若在标准状况下，有112 mL氧气参加反应，其物质的量为0.005 mol，转移电子数为0.02 mol，乙装置铁电极上生成氢气的物质的量为0.01 mol，生成OH－的物质的量为0.02 mol，浓度为0.1 mol/L，pH＝13。(4)丙装置给铜制品镀银，铜制品应作阴极，放在a极。电镀池中电镀液的浓度不变。 答案：(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　(2)阳　(3)13　(4)a　不变 (5)4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋