4.2 电解池（知识清单）化学人教版选择性必修1

该高中化学知识清单系统梳理了电解池的原理及应用知识体系。从电解原理的基础概念（阴阳极定义、电解池构成）出发，通过实验探究电解CuCl₂溶液理解离子移动与放电，进而总结电解规律（放电顺序、电解类型），最终延伸到电解原理的工业应用（氯碱工业、电镀、电冶金）及创新应用。 知识链路按照“原理-规律-应用”逻辑清晰呈现，通过实验现象分析、分类表格归纳（电解类型对比）、易错提醒（活性电极放电、离子顺序）构建知识框架。体现科学思维的模型建构与证据推理，结合工业实例培养科学探究与实践能力，配有问题驱动和方法总结，助力学生理解并灵活运用电解知识。

第四章 化学反应与电能 第二节　电解池 一、电解原理 （一）电解原理 在电化学上，把与电源正极相连的电极称为______，与电源负极相连的电极称为______。 1．实验探究：电解CuCl2溶液 实验现象 实验结论 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成________ 石墨电极b上逐渐覆盖了一层________ ________ 石墨电极a上有________的气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸________ ________ 分析上述变化的原理： （1）通电前，CuCl2溶液中存在的离子有________________________________________。 （2）通电后，Cl－向______极移动，写出阳极的电极反应式：________________________________________，发生反应的类型为________(填“氧化反应”或“还原反应”)。 （3）通电后，Cu2＋向______极移动，写出阴极的电极反应式：________________________________________，发生反应的类型为________(填“氧化反应”或“还原反应”)。 （4）在氯化铜溶液中H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子：________________________________________________________________________________。 2．电解和电解池 （1）电解：使电流通过__________________________而在阳极、阴极引起________反应的过程。 （2）电解池：将______转化为______的装置(也称电解槽)。 （3）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。 3．电解原理 （二）电解规律 1．放电规律 （1）阳极为惰性电极(如碳棒、Pt、稀土金属材料等)时，离子的放电顺序： ①阳极：溶液中阴离子放电，常见阴离子的放电顺序：S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 ②阴极：溶液中阳离子放电，常见阳离子的放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… （2）阳极为活性电极(如Fe、Cu、Ag等)时，电极本身先放电，电极反应式为M－ne－===Mn＋。 2．用惰性电极电解电解质溶液的规律 （1）电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ pH变化 复原加入物质 （2）电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 － 复原加入物质 （3）电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 复原加入物质 （三）电解池电极反应式的书写 1.判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。 2.分析电解质溶液或熔融电解质的组成，找全离子并分为阴、阳离子两组。 3.确定阴极、阳极上的放电物质及放电顺序。 4.分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要遵循原子守恒和电荷守恒。 5.最后写出总反应方程式。 二、电解原理的应用 [核心素养发展目标]　1.认识电解原理在氯碱工业、电镀及电冶金等工业生产中的实际应用。2.深化对电解原理的理解。 （一）电解饱和食盐水——氯碱工业 1．氯碱工业的概念 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把______________的工业生产叫做氯碱工业。 2．电解饱和食盐水的原理(用惰性电极电解) 通电前：溶液中的离子有________________________________________。 通电后：①移向阳极的离子是________________________________________，在阳极放电的离子是_________________________________________。 阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ (______反应)。 ②移向阴极的离子是________________________________________，在阴极放电的离子是____________。 阴极电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (______反应)。 ③总反应： 化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 3．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 （2）阳离子交换膜的作用：①____________________，②阻止____________________。 （3）阴极室一般是加入含少量NaOH的水，目的是______________。 4．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、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 （二）电镀　电解精炼 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。 （3）电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)： 阳极材料：镀层金属______，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：镀件________，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。 电解质溶液：Cu2＋浓度________。 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。 （三）电冶金 1．电冶金的原理 金属冶炼的本质就是使矿石中的________获得电子变成________的过程：Mn＋＋ne－===M。 2．常用电解法制备的金属 电解法用于冶炼较活泼的金属，如______________等。 3．实例分析——冶炼金属钠 （1）电解熔融NaCl装置示意图 阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜D隔开。 （2）电解时的反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 三、电解原理的创新应用 1．Cu2O是一种半导体材料，同时纳米级Cu2O又具有优良的催化性能。利用电解装置可以制取Cu2O。 （1）铜是______极，其电极反应式为_________________________________________。 （2）电池的总反应为________________________________________。 （3）石墨电极附近的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。 （4）当电路中有0.1 mol电子通过时，生成Cu2O______ g。 2．将K2MnO4溶液采用惰性电极隔膜法电解，可制得KMnO4，装置如图： 写出电解的电极反应式和总反应方程式。 阳极：________________________________________。 阴极：________________________________________ 总反应：________________________________________。 3．许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。一种由丙烯腈电合成己二腈的反应为4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，写出电解时的电极反应式。 阳极：________________________________________。 阴极：__________________________________________ 注意事项： 1.活泼金属阳离子（等）水溶液中永不放电，只有电解熔融态才能析出金属； 2.放电生成，不会直接生成 Fe 单质； 3.酸中放电能力强于水电离的。 特别提醒： 1.活性阳极优先溶解，写电极反应先看电极材质； 例：Cu 电极电解 NaCl 溶液，阳极 Cu 失电子，不是放电； 2.含氧酸根、水溶液中不放电，水电离的放电生成； 3.放电生成对应单质；生成 S 单质； 4.电解熔融，石墨阳极高温生成，电极持续消耗。 归纳总结：电解原理核心逻辑：电源驱动电子定向移动→阴阳两极按放电顺序发生氧化还原。 做题三步法：①看电极材质；②区分水溶液/熔融；③对照放电顺序写电极反应，电子守恒用于计算与溶液复原。 归纳总结： 1.电解液中浓度缓慢降低，需定期补充； 2.比铜活泼的金属离子留在溶液，无法在阴极析出； 3.适用范围：精炼 Cu、Ni、Ag 等金属。 特别提醒： 1. 是共价化合物，熔融不导电，不能电解； 2.冰晶石（）作助熔剂，降低熔化温度； 3.阳极石墨与生成高温反应生成，石墨阳极持续损耗，需定期更换。 特别提醒： 1.区分电镀与精炼：电镀阳极是纯镀层金属，精炼阳极是粗金属；电镀液离子浓度恒定，精炼液金属离子缓慢减少； 2.制 Al 只能电解，切忌使用；制 Mg 选而非 MgO； 3.氯碱工业交换膜作用是高频考点，务必分清阴阳极产物； 4.阳极泥只有电解精炼时产生，电镀无阳极泥； 5.电冶金全部为熔融体系，无水溶液体系。 归纳总结：配平电极反应式的思路方法 步骤1：运用得失电子守恒，配平变价物质的计量数和得失电子数。 步骤2：运用电荷守恒，配平H＋或OH—等离子的计量数。 一般，强酸性环境用H＋调电荷；强碱性环境用OH－调电荷。其他情况：生成物中加H＋或OH－。 步骤3：运用质量守恒配平其他物质的计量数，如H2O等。 1.电解池能量转化为电能转化为化学能，必须外接直流电源才能发生反应，无电源装置一定不是电解池。 2.电极区分核心：与电源正极相连为阳极，发生氧化反应失电子；与电源负极相连为阴极，发生还原反应得电子，不可混淆阴阳极反应类型。 3.电子与离子流向易错：电子仅在外电路导线移动，电源负极→阴极，阳极→电源正极；电解质溶液中无电子，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 4.阳极放电分两类：活性电极（、、等金属阳极）自身优先失电子溶解；石墨、铂等惰性阳极，溶液中阴离子按放电顺序放电。 5.阴离子放电顺序：含氧酸根，氢氧根放电产物为与。 6.阳离子放电顺序：，活泼金属阳离子水溶液中不放电。 7.书写电极反应式必须满足原子守恒、电荷守恒；酸性体系无，碱性体系无大量，水溶液反应可补水或氢氧根配平。 8.电解总方程式书写要点：两极电极反应相加，消去相同电子；有水参与的电解，总反应必须标注 “通电” 条件，不可省略。 9.电解水溶液规律：电解活泼金属含氧酸盐、强碱溶液实质为电解水；电解不活泼金属无氧酸盐，金属离子与无氧酸根分别放电。 10.电镀池易错判定：电镀池属于特殊电解池，镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，电解质溶液含镀层金属阳离子；电镀过程中电解液金属离子浓度基本不变。 11.电解精炼易错：粗金属作阳极，纯金属作阴极；阳极粗金属中活泼杂质优先溶解，不活泼杂质形成阳极泥，阴极只析出目标纯金属。 12.可逆误区：电解反应大多非自发，断电后反应立刻停止，电极产物无法自发发生原电池反应（特殊组合除外）。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 化学反应与电能 第二节　电解池 一、电解原理 （一）电解原理 在电化学上，把与电源正极相连的电极称为阳极，与电源负极相连的电极称为阴极。 1．实验探究：电解CuCl2溶液 实验现象 实验结论 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 石墨电极b上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 石墨电极a上有刺激性气味的气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 产生了氯气 分析上述变化的原理： （1）通电前，CuCl2溶液中存在的离子有Cu2＋、H＋、Cl－、OH－。 （2）通电后，Cl－向阳极移动，写出阳极的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，发生反应的类型为氧化反应(填“氧化反应”或“还原反应”)。 （3）通电后，Cu2＋向阴极移动，写出阴极的电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，发生反应的类型为还原反应(填“氧化反应”或“还原反应”)。 （4）在氯化铜溶液中H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子：Cu2＋比H＋更易得到电子，故H＋没有得到电子；Cl－比OH－更容易失去电子，故OH－没有失去电子。 2．电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 （3）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。 3．电解原理 （二）电解规律 1．放电规律 （1）阳极为惰性电极(如碳棒、Pt、稀土金属材料等)时，离子的放电顺序： ①阳极：溶液中阴离子放电，常见阴离子的放电顺序：S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 ②阴极：溶液中阳离子放电，常见阳离子的放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… （2）阳极为活性电极(如Fe、Cu、Ag等)时，电极本身先放电，电极反应式为M－ne－===Mn＋。 2．用惰性电极电解电解质溶液的规律 （1）电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 H2O （2）电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 － 复原加入物质 HCl CuCl2 （3）电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 HCl CuO或CuCO3 （三）电解池电极反应式的书写 1.判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。 2.分析电解质溶液或熔融电解质的组成，找全离子并分为阴、阳离子两组。 3.确定阴极、阳极上的放电物质及放电顺序。 4.分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要遵循原子守恒和电荷守恒。 5.最后写出总反应方程式。 二、电解原理的应用 [核心素养发展目标]　1.认识电解原理在氯碱工业、电镀及电冶金等工业生产中的实际应用。2.深化对电解原理的理解。 （一）电解饱和食盐水——氯碱工业 1．氯碱工业的概念 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。 2．电解饱和食盐水的原理(用惰性电极电解) 通电前：溶液中的离子有Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，在阳极放电的离子是Cl－。 阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，在阴极放电的离子是H＋。 阴极电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (还原反应)。 ③总反应： 化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 3．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 （2）阳离子交换膜的作用：①能传导溶液中的阳离子，②阻止阴离子和气体分子通过。 （3）阴极室一般是加入含少量NaOH的水，目的是增强溶液导电性。 4．氯碱工业产品及其应用 （1）氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。 （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、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 （二）电镀　电解精炼 1．电镀 （1）电镀：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）电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)： 阳极材料：镀层金属Cu，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。 电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。 2．电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质) 阳极材料：粗铜，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极材料：纯铜，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu； 电解质溶液：Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥。 （三）电冶金 1．电冶金的原理 金属冶炼的本质就是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．常用电解法制备的金属 电解法用于冶炼较活泼的金属，如钠、钙、镁、铝等。 3．实例分析——冶炼金属钠 （1）电解熔融NaCl装置示意图 阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜D隔开。 （2）电解时的反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 三、电解原理的创新应用 1．Cu2O是一种半导体材料，同时纳米级Cu2O又具有优良的催化性能。利用电解装置可以制取Cu2O。 （1）铜是阳极，其电极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O。 （2）电池的总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。 （3）石墨电极附近的pH增大(填“增大”“减小”或“不变”)。 （4）当电路中有0.1 mol电子通过时，生成Cu2O7.2 g。 2．将K2MnO4溶液采用惰性电极隔膜法电解，可制得KMnO4，装置如图： 写出电解的电极反应式和总反应方程式。 阳极：MnO－e－===MnO。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 总反应：2MnO＋2H2O2MnO＋H2↑＋2OH－。 3．许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。一种由丙烯腈电合成己二腈的反应为4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，写出电解时的电极反应式。 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 阴极：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN。 注意事项： 1.活泼金属阳离子（等）水溶液中永不放电，只有电解熔融态才能析出金属； 2.放电生成，不会直接生成 Fe 单质； 3.酸中放电能力强于水电离的。 特别提醒： 1.活性阳极优先溶解，写电极反应先看电极材质； 例：Cu 电极电解 NaCl 溶液，阳极 Cu 失电子，不是放电； 2.含氧酸根、水溶液中不放电，水电离的放电生成； 3.放电生成对应单质；生成 S 单质； 4.电解熔融，石墨阳极高温生成，电极持续消耗。 归纳总结：电解原理核心逻辑：电源驱动电子定向移动→阴阳两极按放电顺序发生氧化还原。 做题三步法：①看电极材质；②区分水溶液/熔融；③对照放电顺序写电极反应，电子守恒用于计算与溶液复原。 归纳总结： 1.电解液中浓度缓慢降低，需定期补充； 2.比铜活泼的金属离子留在溶液，无法在阴极析出； 3.适用范围：精炼 Cu、Ni、Ag 等金属。 特别提醒： 1. 是共价化合物，熔融不导电，不能电解； 2.冰晶石（）作助熔剂，降低熔化温度； 3.阳极石墨与生成高温反应生成，石墨阳极持续损耗，需定期更换。 特别提醒： 1.区分电镀与精炼：电镀阳极是纯镀层金属，精炼阳极是粗金属；电镀液离子浓度恒定，精炼液金属离子缓慢减少； 2.制 Al 只能电解，切忌使用；制 Mg 选而非 MgO； 3.氯碱工业交换膜作用是高频考点，务必分清阴阳极产物； 4.阳极泥只有电解精炼时产生，电镀无阳极泥； 5.电冶金全部为熔融体系，无水溶液体系。 归纳总结：配平电极反应式的思路方法 步骤1：运用得失电子守恒，配平变价物质的计量数和得失电子数。 步骤2：运用电荷守恒，配平H＋或OH—等离子的计量数。 一般，强酸性环境用H＋调电荷；强碱性环境用OH－调电荷。其他情况：生成物中加H＋或OH－。 步骤3：运用质量守恒配平其他物质的计量数，如H2O等。 1.电解池能量转化为电能转化为化学能，必须外接直流电源才能发生反应，无电源装置一定不是电解池。 2.电极区分核心：与电源正极相连为阳极，发生氧化反应失电子；与电源负极相连为阴极，发生还原反应得电子，不可混淆阴阳极反应类型。 3.电子与离子流向易错：电子仅在外电路导线移动，电源负极→阴极，阳极→电源正极；电解质溶液中无电子，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。 4.阳极放电分两类：活性电极（、、等金属阳极）自身优先失电子溶解；石墨、铂等惰性阳极，溶液中阴离子按放电顺序放电。 5.阴离子放电顺序：含氧酸根，氢氧根放电产物为与。 6.阳离子放电顺序：，活泼金属阳离子水溶液中不放电。 7.书写电极反应式必须满足原子守恒、电荷守恒；酸性体系无，碱性体系无大量，水溶液反应可补水或氢氧根配平。 8.电解总方程式书写要点：两极电极反应相加，消去相同电子；有水参与的电解，总反应必须标注 “通电” 条件，不可省略。 9.电解水溶液规律：电解活泼金属含氧酸盐、强碱溶液实质为电解水；电解不活泼金属无氧酸盐，金属离子与无氧酸根分别放电。 10.电镀池易错判定：电镀池属于特殊电解池，镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，电解质溶液含镀层金属阳离子；电镀过程中电解液金属离子浓度基本不变。 11.电解精炼易错：粗金属作阳极，纯金属作阴极；阳极粗金属中活泼杂质优先溶解，不活泼杂质形成阳极泥，阴极只析出目标纯金属。 12.可逆误区：电解反应大多非自发，断电后反应立刻停止，电极产物无法自发发生原电池反应（特殊组合除外）。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $