第4章 第2节 第3课时 电解原理的创新应用（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（人教版 浙江专版）

本讲义聚焦高中化学电解原理的创新应用核心知识点，承接电解原理基础，系统梳理其在物质转化与制备（如Cu₂O、KMnO₄合成）、水处理（电渗析法淡化海水、除磷）、废物回收利用（HCl制Cl₂、CO₂转化）中的应用，构建从原理到实践的学习支架，巩固电极反应式书写等分析方法。 资料以真实情境问题为载体，通过电渗析海水淡化、铁石墨电极除磷等实例，培养学生科学思维（证据推理、模型建构）和科学探究与实践能力。归纳电极反应式配平步骤，提供方法指导，废物回收案例渗透绿色化学理念，落实科学态度与责任。课中辅助教师引导应用，课后对点练助力学生查漏补缺。

第3课时　电解原理的创新应用 [核心素养发展目标]　1.了解电解原理在物质的转化与制备、水处理和废物回收利用方面的广泛应用。2.进一步掌握电解问题分析的一般方法，巩固陌生电解装置中电极反应式的书写方法。 类型一　电解在物质的转化与制备方面的应用 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。  答案　(1)阳　2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O (2)2Cu+H2OCu2O+H2↑　(3)增大　(4)7.2 解析　利用电解装置可以制取Cu2O，则Cu作阳极，石墨作阴极。阳极：2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O，阴极：2H2O+2e-===2OH-+H2↑。 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。 答案　阳极：Mn-e-===Mn 阴极：2H2O+2e-===H2↑+2OH- 总反应：2Mn+2H2O2Mn+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4CH2CHCN+2H2O2NC(CH2)4CN+O2↑，写出电解时的电极反应式。 答案　阳极：2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极：2CH2CHCN+2H++2e-===NC(CH2)4CN 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。 类型二　电解原理在水处理方面的应用 4.电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示，电极为惰性电极。已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、S等离子。下列叙述正确的是(　　) A.A膜是阳离子交换膜 B.通电后，海水中阴离子向b电极处移动 C.通电后，b电极上产生无色气体，溶液中出现白色沉淀 D.通电后，a电极的电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+ 答案　C 解析　A错，a电极为电解池的阳极，且在电解池中阴离子向阳极移动，所以A膜是阴离子交换膜；B错，通电后，海水中阴离子向阳极(a电极)处移动；C对，阳离子放电能力：H+>Mg2+>Na+>Ca2+，所以通电后，H+在阴极(b电极)上放电：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，产生无色气体，由于破坏了附近水的电离平衡，在该区域c(OH-)增大，会发生反应：Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓，所以溶液中会出现白色沉淀；D错，阴离子放电能力：Cl->OH-，所以通电后，在阳极发生反应：2Cl--2e-===Cl2↑。 5.用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的P以FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的P除去 B.X极为石墨，该电极上发生氧化反应 C.电解过程中Y极周围溶液的pH减小 D.电解时废水中会发生反应：4Fe2++O2+4H++4P===4FePO4↓+2H2O 答案　D 解析　根据题意分析可知，X电极材料为铁，Y电极材料为石墨。若X、Y电极材料连接反了，铁就不能失电子变为离子，也就不能生成FePO4，A错误；X极为铁，B错误；电解过程中Y极发生反应：2H++2e-===H2↑，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，C错误；铁在阳极失电子变为Fe2+，通入的氧气把Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+与P反应生成FePO4，D正确。 类型三　电解原理在废物回收利用方面的应用 6.利用电解技术，以氯化氢为原料回收氯气的过程如图所示，下列说法不正确的是(　　) A.H+由阳极区向阴极区迁移 B.阳极反应式：2HCl(g)+2e-===Cl2+2H+ C.阴极反应式：Fe3++e-===Fe2+ D.阴极区发生的反应：4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 答案　B 解析　B项，阳极失电子发生氧化反应，电极反应式：2HCl(g)-2e-===2H++Cl2，错误；C项，阴极发生还原反应，电极反应式：Fe3++e-===Fe2+，正确；D项，根据图中的循环，可以推出阴极区会发生反应：4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O，正确。 7.我国科学家通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.电极的电势：Cu2O电极a>Cu2O电极b B.当电源的电压过大时，阳极可能会产生氧气 C.阳极区发生的总反应为HCHO+3OH--2e-===HCOO-+2H2O D.当电路中转移2 mol e-时，Cu2O电极a的质量会增加52 g 答案　D 解析　Cu2O电极a为阳极，Cu2O电极b为阴极，故电极的电势：Cu2O电极a>Cu2O电极b，A正确；当电源的电压过大时，阳极区氢氧根离子可能会放电，产生氧气，B正确；a电极上Cu2O转化为Cu(OH)2，生成的Cu(OH)2与甲醛反应生成甲酸根离子(碱性环境)和Cu2O，故阳极区发生的总反应为HCHO+3OH--2e-===HCOO-+2H2O，C正确；当电路中转移2 mol e-时，Cu2O先转化为Cu(OH)2，Cu(OH)2与甲醛又生成Cu2O，则Cu2O电极a的质量不变，D错误。 8.电解法转化CO2可实现CO2的资源化利用，电解CO2制甲酸盐的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.b是电源正极 B.K+由乙池向甲池迁移 C.甲池中KHCO3溶液浓度增大，乙池中KHCO3溶液浓度降低 D.乙池电极反应式为CO2+HC+2e-===HCOO-+C 答案　D 解析　通入CO2的乙池电极为阴极，所以b是电源负极，A错误；电解池中，阳离子向阴极(乙池)移动，B错误；甲池Pt电极作阳极，OH-失电子生成O2，促进水的电离，电极附近H+浓度增大，HC浓度减小，乙池Sn电极为阴极，发生的电极反应为CO2+HC+2e-===HCOO-+C，HC浓度减小，C错误、D正确。 课时对点练 [分值：100分] [1~11题，每小题8分] 1.(2025·慈溪高二期末)重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)，制备装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.惰性电极为阳极材料，电极上发生氧化反应 B.右室中溶液的颜色逐渐由黄色变为橙色 C.阴极每生成1 mol气体，电路中转移NA个电子 D.电解过程中阴极附近溶液pH变大 答案　C 解析　由装置图可知，与电源正极相连的惰性电极为阳极，阳极上发生氧化反应，A正确；右室为阳极室，发生反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，溶液中H+浓度增大，促使2Cr+2H+Cr2+H2O平衡正向移动，溶液颜色由黄色(Cr的颜色)逐渐变为橙色(Cr2的颜色)，B正确；阴极发生反应：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，每生成1 mol H2，转移2 mol电子，即转移2NA个电子，生成OH-，则阴极附近溶液pH增大，C错误、D正确。 2.在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示，下列说法错误的是(　　) A.反应后，石墨电极的质量发生变化 B.a极是电源的负极 C.该体系中，Cl-优先于石墨参与反应 D.电极A的电极反应：TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2- 答案　C 解析　由图可知，在外加电源下石墨电极上的C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-。 3.(2025·杭州高二期中)如图所示的电解装置可实现低电位下高效催化还原CO2。下列说法不正确的是(　　) A.a极连接外接电源的负极 B.电解过程中Na+从右池移向左池 C.b极的电极反应式为Cl--2e-+H2O===ClO-+2H+ D.外电路上每转移1 mol电子，理论可催化还原标准状况下CO2气体11.2 L 答案　C 解析　从图示中可以看出，b电极上Cl-失去电子生成ClO-，b电极为阳极；a电极上CO2得到电子生成CO，a电极为阴极；与b极相连的电池一极为正极，与a极相连的电池一极为负极，A正确；阴极反应为CO2+2e-+H2O===CO+2OH-，生成大量阴离子，为平衡电荷，Na+通过阳离子交换膜向左池移动，B正确；右池电解液中含有大量的OH-，故电极反应式中不能出现H+，正确的电极反应式为Cl--2e-+2OH-===H2O+ClO-，C错误；根据阴极的电极反应，每转移2 mol电子，可还原标准状况下22.4 L的CO2，故电路中转移1 mol电子，可还原标准状况下11.2 L的CO2，D正确。 4.一种微生物电化学方法生产甲烷的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.a为电源的负极 B.反应过程中阴极附近的pH减小 C.阳极的电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2+7H+ D.每生成1.12 L甲烷，电路中转移0.4 mol电子 答案　C 解析　由图示知，左池中CH3COO-在电极上失电子被氧化为CO2，故左池为阳极室，右池为阴极室，a为电源正极，b为负极；阳极电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2+7H+；阴极电极反应式为CO2+8H++8e-===CH4+2H2O。 5.NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.若直流电源为铅酸蓄电池，则b极为Pb B.阳极反应式为ClO2+e-===Cl C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变，气体X为Cl2 D.制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na+由交换膜左侧向右侧迁移 答案　C 解析　二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程在阴极发生了还原反应，所以a是负极，b是正极，若直流电源为铅酸蓄电池，则b极应该是PbO2，故A错误；由总反应式2ClO2+2NaCl===2NaClO2+Cl2知，交换膜左侧NaOH的物质的量不变，在阳极上氯离子失电子，发生氧化反应，产生氯气，气体X为Cl2，故B错误、C正确；Na+由交换膜右侧向左侧迁移，故D错误。 6.科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的，实验装置如图所示。已知在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成，下列说法不正确的是(　　) A.b为负极 B.当电路中转移1 mol e-时，d电极产生1 mol CH3CHO C.e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜 D.a电极的电极反应式为CO2+2e-+H2O===HCOO-+OH- 答案　B 7.(2024·台州教学质量评估)某实验小组利用下列装置来降低某硬水中Ca2+、Mg2+和的含量，Nb0.1Ru0.9O2和MnOx为极板催化剂。下列说法不正确的是(　　) A.a端电势高于b端电势 B.Nb0.1Ru0.9O2可加快H2O失去电子的速率 C.其他条件不变，适当减小两极的极板间距，Ca2+、Mg2+沉淀速率增大 D.阳极区收集的气体中只含有O2 答案　D 解析　根据图示，钛网上硬水中H2O失电子发生氧化反应生成O2，钛网为阳极，a为电源正极，钛箔为阴极，b为电源负极，a端电势高于b端电势，A正确；Nb0.1Ru0.9O2是催化剂，可加快H2O失去电子的速率，B正确；其他条件不变，适当减小两极的极板间距，会加快电子转移的速率，加快了整个反应的速率，Ca2+、Mg2+沉淀速率增大，C正确；钛网为阳极，电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+，产生的H+消耗生成CO2，D错误。 8.厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A-表示乳酸根离子)。下列有关说法正确的是(　　) A.交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，A-从浓缩室通过交换膜Ⅰ向阳极移动 B.交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，H+从浓缩室通过交换膜Ⅱ向阴极移动 C.阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++ O2↑ D.400 mL 0.1 mol·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L-1，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积为4.48 L 答案　C 解析　左边电极上电极反应式为2H2O - 4e-===4H++ O2↑，生成的H+通过交换膜 Ⅰ 进入浓缩室，所以交换膜 Ⅰ 为阳离子交换膜，右边电极反应式为2H2O + 2e-===2OH-+ H2↑，溶液中A-从右侧通过交换膜 Ⅱ 进入浓缩室，所以交换膜 Ⅱ 为阴离子交换膜，A、B错误，C正确；400 mL 0.1 mol·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L-1，则生成乳酸的物质的量为0.4 L×(0.6-0.1)mol·L-1=0.2 mol，转移n(H+)等于生成n(HA)为0.2 mol，同时转移电子的物质的量为0.2 mol，根据2H2O + 2e-===2OH-+ H2↑知，生成氢气的物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积是2.24 L，D错误。 9.KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂，KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.溶液中K+的迁移方向是从乙室到甲室 B.装置中每转移2 mol e-，产生气体体积为22.4 L C.电解过程中，阴极区溶液的pH增大 D.电解时阳极的电极反应式为I2-10e-+6H2O===2I+12H+ 答案　C 解析　根据题意和图示装置分析，阳极反应为I2-10e-+12OH-===2I+6H2O，阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-；惰性电极a为阳极，惰性电极b为阴极。电解时甲室K+通过阳离子交换膜向乙室移动，A错误；没有指明气体所处的状况，无法确定气体体积，B错误；电解时阴极生成OH-，故阴极区溶液pH增大，C正确。 10.我国科学家开发了如图所示的电化学装置，实现了H2O2的制备和废弃PET的回收利用。下列说法错误的是(　　) A.溶液中OH-移向电极B B.电极B的电势高于电极A的电势 C.阳极区发生的反应为HOCH2CH2OH-6e-+8OH-===2HCOO-+6H2O D.理论上每消耗3 mol O2，电极B消耗乙二醇124 g 答案　D 解析　电极B是阳极，所以溶液中OH-移向阳极即电极B，A正确；电极A是阴极，电极B是阳极，所以电极B的电势高于电极A的电势，B正确；阳极电极反应式为HOCH2CH2OH-6e-+8OH-===2HCOO-+6H2O，理论上消耗3 mol O2，此时转移6 mol电子，则电极B消耗乙二醇的物质的量是1 mol，质量是62 g，C正确、D错误。 11.(2025·杭州期中)以四甲基氯化铵[NCl]的水溶液为原料，通过电解法制备四甲基氢氧化铵[NOH]的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.阳极发生氧化反应生成氯气 B.(CH3)4NCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出 C.(CH3)4N+通过阳离子交换膜移向阳极区 D.电解总反应：2(CH3)4NCl+2H2O2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑ 答案　B 解析　从题给信息和图示可知，四甲基氯化铵溶液在阳极发生氧化反应生成Cl2，阳极电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑，四甲基铵离子通过阳离子交换膜进入阴极区，与OH-生成四甲基氢氧化铵，阴极电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，电解总反应的化学方程式为2NCl+2H2O2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑。根据分析可知，阳极发生氧化反应生成氯气，A正确；根据分析可知，(CH3)4NCl溶液从a处进，(CH3)4NOH在阴极生成，(CH3)4NOH溶液从d处出，B错误。 12.(12分)氮氧化物(NOx)造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等危害，不仅破坏自然生态环境，而且严重危害人类健康。采用合适的还原剂能够实现烟气的高效脱硝。 (1)用食盐水作电解液电解烟气脱氮的原理如图所示，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为N，尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气。电流密度和溶液pH对烟气脱氮的影响如图所示。 ①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为N，反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。  ②溶液的pH对NO去除率影响的原因是　　　 　　　　。  (2)采用电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。 ①直流电源的负极为　　　(填“A”或“B”)；该电解装置应选择　　　(填“阳”或“阴”)离子交换膜。  ②若以处理NO2为模拟实验，阳极发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)含铈溶液可以处理大气中的氮氧化物，并可通过电解法再生。铈元素(Ce)常见的化合价有+3价、+4价。NO可以被含Ce4+的溶液吸收，生成N、N。可采用电解法将上述吸收液中的N转化为无毒物质，同时再生Ce4+，其原理如图所示。阴极的电极反应式为　　　　　　　　　。 答案　(1)①3Cl2+8OH-+2NO===2N+6Cl-+4H2O　②次氯酸钠在酸性条件下氧化能力增强(2)①A　阳　②NO2-e-+H2===+2H+(3)2N+8H++6e-===N2↑+4H2O 学科网（北京）股份有限公司 $