4.2.2 电解原理的应用-【优学精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修一教用Word(人教版)

本讲义聚焦电解原理的应用这一核心知识点，系统梳理电解饱和食盐水（氯碱工业）、电镀与电冶金（含电解精炼）及电解相关计算的原理与实践，通过自主预习构建新知、自我诊断夯实基础、迁移应用深化理解的学习支架，形成从原理到应用再到定量分析的完整脉络。 该资料以真实工业案例（如氯碱工业阳离子交换膜作用、电解精炼铜）为载体，强化化学观念中物质转化与能量转化的认识，通过装置分析与问题推理培养科学思维。课中助力教师引导学生建立宏观-微观联系，课后依托检测与达标练习，帮助学生查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

第2课时 电解原理的应用 【学习目标】1.通过对氯碱工业、电镀、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能相互转化的实际意义。 2.能正确书写电解池的电极反应和总反应，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 知识点一 电解饱和食盐水 自主预习 新知构建 1．电解饱和食盐水的原理 【答案】； ； ； 2.氯碱工业生产流程 （1）阳离子交换膜电解槽 （2）阳离子交换膜的作用：只允许等阳离子通过，不允许、等阴离子以及气体分子通过，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，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量。 3.氯碱工业产品及其应用 自我诊断 （1） 电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应： （ ） （2） 向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） 电解饱和溶液可以制取金属钠（ ） （5） 利用电解饱和食盐水可制得“84”消毒液（ ） 【答案】（1） × （2） × （3） × （4） × （5） √ 迁移应用 对点训练 1．用石墨电极电解饱和食盐水，下列分析错误的是（ ） A. 得电子能力：，故阴极得到 B. 电解过程中的物质的量不变 C. 失电子能力：，故阳极得到 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 【答案】D 【解析】选。得电子能力：，阴极发生反应，故 正确；失电子能力：，阳极发生反应，故 正确；电解饱和食盐水的总反应化学方程式为 ，所以电解过程中 的物质的量不变且电解后溶液呈碱性，故 正确，错误。 2．某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是（ ） A. 端电势高于端电势 B. 理论上转移电子生成 C. 电解后下降 D. 阳极反应： 【答案】D 【解析】选。钛网上发生氧化反应，为阳极，电源 端为正极，电源 端为负极，端电势高于 端电势，项错误；理论上每转移 电子，生成，质量为，项错误；电解总反应为，电解消耗，并生成，上升，项错误；阳极上 放电转化为，电极反应为，项正确。 3．工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开（如下图，处加少量以增强溶液的导电性）。 （1） C、D分别是直流电源的两电极，C是电源的极，D是电源的极。 （2） 电解一段时间后，_ _ _ _ _ _ _ _ 由A口导出，_ _ _ _ _ _ 由B口导出。阴极附近溶液碱性增强的原因是（用电极反应式表示）_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 （3） 若不采用阳离子交换膜，则向阳极移动，发生的反应用离子方程式表示为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 【答案】（1） 负；正 （2） ；； （3） 【解析】 （1） 电解池中，阳离子向阴极移动，由、的移动方向可知，右侧电极为阴极，故 是电源的负极，是电源的正极。 （2） 电解一段时间后，左侧电极附近产生，右侧电极附近产生 和，因此 从 口导出，从 口导出；阴极附近水电离产生的 不断形成氢气析出，导致溶液中 的浓度增大，溶液碱性增强，电极反应式为。 （3） 若不采用阳离子交换膜，则 向阳极移动，与 发生反应，离子方程式为。 知识点二 电镀 电冶金 自主预习 新知构建 1．电镀 （1）定义：利用_ _ 原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或_ _ 的加工工艺。 （2）主要目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 【答案】电解； 合金 2．电镀与电解精炼的比较 项目 电镀 电解精炼 装置示意图 阳极材料 镀层金属③_ _ _ _ _ _ ④_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 阴极材料 镀件金属制品⑤_ _ _ _ _ _ ⑥_ _ 阳极反应 ⑦_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、等 阴极反应 ⑧_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 溶液变化 浓度⑨_ _ _ _ _ _ _ _ 浓度⑩_ _ ，金、银等金属沉积在电解槽底部形成阳极泥 【答案】； 粗铜（含锌、银、金等杂质）； ； 纯铜； ； ； 保持不变； 减小 1．上述电解精炼装置工作过程中，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等吗？ 【答案】不相等，阴极上得电子生成，阳极上不仅有失电子生成，而且还有等活泼金属失电子。 3．电冶金 （1）本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：。 （2）应用：冶炼活泼金属（如钠、钙、镁、铝等），但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 （3）实例：电解熔融氯化钠可以得到金属钠。装置示意图如下： 阴极反应：⑪_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 阳极反应：⑫_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 总反应：⑬_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 【答案】； ； 2．工业生产金属镁和金属铝均采用电解法，制取 时电解的是熔融的，而制取 时电解的却是熔融的，而不是，这是为什么？ 【答案】是离子化合物，在熔融状态时导电，而是共价化合物，在熔融状态下不导电，故制取金属铝电解的是熔融的。 迁移应用 对点训练 1．下列描述中，不符合生产实际的是（ ） A. 电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作为阳极 B. 电解法精炼粗铜，用纯铜作为阴极 C. 电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作为阴极 D. 在镀件上电镀锌，用锌作为阳极 【答案】A 【解析】选。活泼电极（除、外的电极称活泼电极）在阳极失电子被氧化，中铁放电，不是电解。 2．[（2025· 沭阳高二检测）]餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是（ ） A. 电路中每通过电子，阴极析出银 B. 铁电极应与电源负极相连 C. 阳极的电极反应为 D. 电镀液需要不断更换 【答案】D 【解析】选。阴极发生反应，故电路中每通过 电子，阴极析出 银，正确；铁为镀件，应与电源负极相连，正确；阳极为镀层金属，电极反应为，正确；阳极发生反应，阴极发生反应，电镀液的浓度不变，不需要更换，错误。 3．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍。下列叙述正确的是（氧化性：）（ ） A. 阳极发生还原反应，电极反应为 B. 电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 C. 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有和 D. 电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂 【答案】D 【解析】选。电解精炼镍时，粗镍为阳极，纯镍为阴极，电解质溶液中含有，阳极发生氧化反应，电极反应为、、；阴极发生还原反应，电极反应为，因此，电解过程中阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等；电解后，溶液中存在的金属阳离子有、、，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂。 知识点三 电解的相关计算 自主预习 新知构建 1.计算方法 （1）根据得失电子守恒法计算：用于串联电路各极的电量相同等类型的计算。 （2）根据总反应计算：根据总反应列比例式计算。 （3）根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。常用的定量关系为。 2.解题步骤 （1）正确书写电极反应式，注意阳极本身是否发生反应，当溶液中有多种离子放电时，注意离子放电的顺序。 （2）根据得失电子守恒和各电极反应式，逐步计算各电极不同阶段的生成物的物质的量。由此得出各电极质量的变化或各电极产生气体体积的定量关系。 学思用． （1） 用惰性电极电解硫酸铜溶液，当阴极的质量增加 时，阳极产生气体的质量是多少？ （2） 把分别盛有熔融、、的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为多少？ （3） 用惰性电极电解 的水溶液，当阴极上增重 时，在阳极上同时产生 氧气（标准状况），请计算 的相对原子质量。 【答案】（1） 阴极析出铜，铜的物质的量为，转移电子的物质的量为。阳极生成氧气，根据得失电子守恒，氧气的质量为。 （2） 、、中、、元素的化合价分别为价、价、价，在串联电路中，相同时间内通过的电量相同，当都通过电子时，析出、、的物质的量分别为、、，即。 （3） 生成标准状况下转移电子的物质的量为，根据得失电子守恒，析出的物质的量为，的摩尔质量为，即的相对原子质量为。 迁移应用 对点训练 1．[（2025·山师大附中高二期末）]在和的混合溶液中，用石墨作为电极进行电解，两极均收集到气体（标准状况下）。原混合溶液中的物质的量浓度为 （ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】选。电解 和 的混合溶液，阳极发生的电极反应为，阴极发生的电极反应为、，两极均收集到 气体（标准状况下），即均生成 气体，阳极生成，转移了 电子，而阴极生成的 只得到 电子，所以剩余的 电子由铜离子得到，因此溶液中含有 铜离子，铜离子的物质的量浓度为。 2．[（2025·南京高二测试）]用惰性电极电解硫酸铜溶液，整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如下图所示（气体体积均在相同状况下测定）。欲使溶液恢复到起始状态，可向溶液中加入（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】选。电解 溶液时，开始发生反应，后发生 反应 。由题图可知，第一阶段放出氧气的物质的量为，析出 的物质的量为，第二阶段消耗水的物质的量为。综上所述，欲使溶液恢复到起始状态,需要加入 和。由于加入 后反应生成二氧化碳，加入 相当于加入，不能使溶液恢复到起始状态；可以改写为，加入 相当于加入 和，不能使溶液恢复到起始状态；可以改写为，加入 相当于加入 和，能使溶液恢复到起始状态。 课堂检测 巩固落实 1．[（2025·绵阳南山中学高二检测）]下列关于电解的说法错误的是（ ） A. 电解过程中，两极分别发生氧化反应和还原反应 B. 氯碱工业是指电解熔融的氯化钠 C. 工业上常用电解法获得钠、镁、铝等活泼金属 D. 电解法是最强有力的氧化还原手段 【答案】B 【解析】选。氯碱工业是指电解饱和氯化钠溶液，故 错误。 2．[（2025·洛阳高二联考）]电解可直接制得钛，电解原理如下图所示。下列说法错误的是（ ） A. 若电源为铅酸蓄电池，则应与电极相连 B. 石墨电极上的主要电极反应式为 C. 熔融的电离方程式为 D. 电池工作时，石墨电极附近会出现 【答案】A 【解析】选。该装置为电解装置，石墨为阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为 ；为阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式为。因石墨电极是阳极，所以应与外接电源的正极相连，铅酸蓄电池中的 电极是正极，应与 电极相连，错误；石墨电极为阳极，氯离子失去电子生成氯气，正确；属于强电解质，可完全电离，正确；电池工作时，生成的 向阳极移动，正确。 3．[（2025·上海普陀区高二月考）]如下图所示，用有阳离子交换膜（只允许阳离子通过）的立式隔膜电解槽电解食盐水时，下列叙述错误的是（ ） A. 精制饱和氯化钠溶液从阳极区补充 B. 处流出的溶液是较浓的溶液 C. 使用阳离子交换膜时产品烧碱更纯 D. 每转移个电子理论上可生成烧碱 【答案】D 【解析】选。电解食盐水时，阳极上 发生氧化反应生成，通过阳离子交换膜移向阴极，消耗，则应在阳极补充，故 正确；阴极生成，且 向阴极移动，则较浓的 溶液从阴极区 处流出，故 正确；未使用阳离子交换膜时，阴极区混有，产品不纯，而使用阳离子交换膜时，只有 向阴极移动，产品较为纯净，故 正确；电解饱和食盐水的化学方程式为 ，每转移 个电子理论上可生成 烧碱，故 错误。 4．[（2025·桂林高二期末）]利用如右图所示的装置模拟电解在工业生产中的应用。下列说法正确的是（ ） A. 若在铁片上镀铜，则为溶液 B. 若在铁片上镀铜，则、分别为纯铜和铁片 C. 若是饱和溶液，则电解一段时间后，电极析出少量的 D. 若是饱和溶液，则电极首先发生的电极反应为 【答案】B 【解析】选。若在铁片上镀铜，则铁片与电源负极连接为阴极，铜片与电源正极连接为阳极，为 溶液，错误，正确；若 是饱和 溶液，阴极上由于离子的放电能力：，因此电解时阴极 上会生成，不会析出金属，阳极上由于离子放电顺序：，因此阳极 首先发生的电极反应为 ，、错误。 5．[（2025·泉州高二期末）]电工用铜纯度应大于，工业上一般采用电解精炼的方式提纯铜。 （1） 电解精炼的原理如下图所示。 ① 纯铜薄片连接电源的极。 ② 电解一段时间后，电解液中浓度增大的金属阳离子是_ _ _ _ _ _ _ _ 。 （2） 电解精炼铜的废液中含大量和，利用双膜三室电沉积法回收铜的装置如下图所示。 ① 交换膜为（填“阴”或“阳”）离子交换膜。 ② 阳极的电极反应为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ③ 若从浓缩室收集到的溶液，则阴极可回收_ _ _ _ _ _ _ _ 铜（不考虑副反应）。 【答案】① 负 ② （2） ① 阴 ② ③ 【解析】 （1） 精炼铜时，电解液为含 的溶液，粗铜除含有 外，还含有比铜活泼的锌等杂质，锌和铜在阳极发生氧化反应生成 和，而阴极上只有 得电子发生还原反应生成铜。 ① 电解时，粗铜为阳极，纯铜为阴极，故纯铜薄片连接电源的负极。 ② 电解过程中锌会失电子生成锌离子，一段时间后，电解液中浓度增大的金属阳离子是锌离子。 （2） 由题图可知，与 分别透过交换膜进入浓缩室，由离子移动方向可知，左侧 电极为阳极，右侧 电极为阴极。 （2） ① 阴极区 通过交换膜 进入浓缩室，故交换膜 为阴离子交换膜。 ② 左侧 电极为阳极，电极反应为 。③若浓缩室得到 的 溶液，则有 进入浓缩室，电路中有 电子通过，可析出，质量为。 学科网（北京）股份有限公司 $