第1章 第3节 第3课时 电解原理的创新应用（配套课件PPT）-【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（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕专版）

该高中化学课件聚焦电解原理的创新应用，涵盖物质转化与制备、水处理、废物回收等领域，通过回顾电解基本原理导入，搭建从电极反应式书写到实际工业应用的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于结合典型例题（如Cu₂O制备、电渗析法淡化海水）培养科学思维，通过工业案例（如CO₂转化、废水除P）落实科学探究与实践，强调电子守恒配平方法深化化学观念。学生能提升问题解决能力，教师可借助丰富实例高效教学。

电解原理的创新应用 第3课时 第 1 章 　 第 3 节 1.了解电解原理在工农业生产中的广泛应用。 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。 核 心 素 养 发 展 目 标 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)石墨电极附近的碱性　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。  (4)当电路中有0.1 mol电子通过时，生成Cu2O　　　 g。  阳 2Cu-2e-+2OH- ===Cu2O+H2O 2Cu+H2O　　 Cu2O+H2↑ 增强 7.2 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：2Mn-2e-===2Mn 阴极：2H2O+2e-===H2↑+2OH- 总反应：2Mn+2H2O　　 2Mn+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。一种由丙烯腈电有机合成己二腈的反应为4CH2==CHCN+ 2H2O　　 2NC(CH2)4CN+O2↑，写出电解时的电极反应式。 答案　阳极：2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极：4CH2==CHCN+4H++4e-===2NC(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。 归纳总结 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+ √ 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，A、B错误； 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：2H++2e-===H2↑，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，C正确； 阴离子放电能力：Cl->OH-，所以通电后，在阳极发生反应：2Cl--2e-===Cl2↑，D错误。 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，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 √ 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； Y极为石墨，该电极上发生还原反应，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+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 √ B项，阳极失电子发生氧化反应，电极反应式：2HCl-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.我国科研团队开发了一种新型铠甲催化剂Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成气中的H2S杂质并耦合产氢，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A.M电极为阴极 B.电极上生成H2和Sx的物质的 量之比为1∶x C.阳极的电极反应式为xH2S-2xe-===Sx+2xH+ D.铠甲催化剂表面的石墨烯可以保护内部金属免受环境的影响 √ 由题图可知，铠甲催化剂电极上H2S转化为Sx，S元素化合价升高，发生氧化反应，则铠甲催化剂电极为阳极，电极反应式为xH2S-2xe-=== Sx+2xH+，M电极为阴极，电极反应式为2H++2e-===H2↑，A、C项正确； 根据得失电子守恒可得关系式：xH2~Sx~2xe-，则生成H2和Sx的物质的量之比为x∶1，B项错误； 由于铠甲催化剂电极为阳极，若没有表面的石墨烯，内部金属容易放电，故铠甲催化剂表面的石墨烯可以保护内部金属免受环境的影响，D项正确。 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 √ 通入CO2的乙池Sn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，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 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 D C A C C C B B 题号 9 10 　11 答案 C D 　C 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12. (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 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是 A.a为直流电源的正极 B.阴极反应式为2H++2e-===H2↑ C.工作时，乙池中溶液的c(H+)不变 D.若有1 mol离子通过A膜，理论上 阳极生成0.25 mol气体 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A项，电解法制备铬，则Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，错误； B项，阴极反应式为Cr3++3e-===Cr，错误； C项，工作时，甲池中硫酸根离子移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，错误； D项，若有1 mol离子通过A膜，即丙池产生1 mol氢离子，则理论上阳极生成0.25 mol氧气，正确。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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- √ 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-。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3.我国学者以熔融的NaOH⁃KOH作电解质，在Fe2O3/AC催化条件下，以N2和H2O为原料气，在250 ℃、常压条件下成功实现电催化合成氨，其装置如图所示。下列有关说法不正确的是 A.电极a应连接电源负极 B.电极b上的反应为N2+6H2O(g)+6e-===2NH3 +6OH- C.反应过程中，OH-由 b 极区向a极区迁移 D.该电催化合成氨反应的化学方程式为2N2+6H2O(g)　　 4NH3+3O2 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 该装置为电解池，介质为碱性物质，反应为N2和H2O合成氨，由N元素化合价从0价降低至-3价知，N2在阴极得电子，则b连接电源负极，a连接电源正极，A错误； 电极b为阴极，电极反应式为N2+6H2O(g)+6e-===2NH3+6OH-，B正确； 电解池中阴离子移向阳极，则OH-由b极区向a极区迁移，C正确； 总反应为2N2+6H2O(g)　 　4NH3+3O2，D正确。 4.(2024·济南期中联考)工业上电解酸性MnSO4溶液制备Mn和MnO2的工作原理如图所示，下列说法错误的是 A.电流由钛电极经MnSO4溶液流向不 锈钢电极 B.阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=== MnO2↓+4H+ C.阳极区pH增大 D.当电路中有2 mol e-转移时，生成55 g Mn √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 该装置为电解池，不锈钢电极与电源负极相连，为阴极，电极反应式为Mn2++2e-===Mn，钛电极为阳极，电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=== MnO2+4H+，S通过阴离子交换膜从阴极区进入阳极区，阳极区pH减小，B正确，C错误； 内电路中电流由钛电极(阳极)经MnSO4溶液流向不锈钢电极(阴极)，A正确； 根据Mn2++2e-===Mn，当电路中有2 mol e-转移时，阴极生成锰的质量为1 mol×55 g·mol-1=55 g，D正确。 5.(2024·菏泽高二期末)H2S有毒，工业吸收H2S后的FeCl3溶液的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，工作原理如图所示。下列说法错误的是 A.电极a为阳极 B.由反应池中的反应可知，氧化性：Fe3+>S C.电极b上的反应为2N+10e-+6H2O===N2↑ +12OH- D.随着电解的进行，阴极区中c(H+)减小 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 反应池中发生的反应为2FeCl3+H2S===2FeCl2+2HCl+S↓，氧化性：Fe3+>S，反应池中溶液M转移到电解池左池，由题图可知，电解池左池产生Fe3+，即左池中Fe2+失电子生成Fe3+，故电极a为阳极，电极反应为Fe2+-e-===Fe3+，电极b为阴极，电极反应为2N+10e-+12H+===6H2O+ N2↑，故A、B正确，C错误； 由电极反应式知，电路中每转移10 mol电子，阴极区消耗12 mol H+，阳极区有10 mol H+通过质子交换膜进入阴极区，阴极区消耗H+且生成水，溶液中c(H+)减小，故D正确。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.(2025·安庆高二检测)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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程发生了还原反应，应该发生在阴极，所以a是负极，b是正极，若直流电源为铅蓄电池，则b极应该是PbO2，故A错误； 阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以交换膜左侧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。 7.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法错误的是 已知：①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性：Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度) A.碳棒上发生的电极反应：4OH--4e-=== O2↑+2H2O B.电解过程中，B室中NaCl溶液的浓度将不断减小 C.为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH D.若将阳离子膜去掉，电解时的阳极产物发生改变 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据题图可知碳棒为阳极，电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑，A正确； C室中Cl-通过阴离子膜移向B室，A室中Na+通过阳离子膜移向B室，所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，B错误； 由于H+氧化性大于Ni2+(低浓度)，所以为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH，C正确； 若去掉阳离子膜，在阳极Cl-首先放电生成Cl2，阳极产物发生改变，D正确。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 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。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，原理示意图如图。经过一段时间后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。下列说法不正确的是 A.阴极区发生的电极反应包括：2H++2e-===H2↑ B.还原Cr2的主要反应是Cr2+6Fe2++ 14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O C.废水的pH过高或过低均会降低铬的去除率 D.电解槽工作时，Cr2通过阴离子交换膜 从阳极室进入阴极室 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，在阴极区发生的电极反应包括：2H++ 2e-===H2↑，A正确； 在阳极区Fe失电子生成的Fe2+还原Cr2，主要反应是Cr2+6Fe2++ 14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O，B正确； 若废水的pH过高，会直接与Fe2+反应生成Fe(OH)2沉淀，影响Cr2的还原，若pH过低，会将Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀溶解，都会降低铬的去除率，C正确； 电解槽工作时，因为Cr2要进入阳极区被Fe2+还原，所以Cr2通过阴离子交换膜从阴极室进入阳极室，D错误。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.(2024·河南部分学校高二检测)镉可广泛地应用在核反应和光电领域，但也会造成严重的重金属污染。有学者设计如图所示装置处理含Cd2+、CN-的废水，充分反应后可过滤回收Cd(OH)2。下列说法正确的是 A.a极的电势高于b极的电势 B.工作时，NaOH溶液的浓度保持不变 C.导线中通过10 mol e-时，理论上可以 处理2 mol CN- D.工作时，N极区碳元素的化合价保持 不变 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由图像可知，N电极上碳元素、氮元素化合价升高，N电极作阳极，则M电极为阴极，电源的a极为负极，b极为正极，a极的电势低于b极的电势，A、D错误； M电极上水电离出的H+得电子生成氢气，氢氧根离子通过阴膜移入阳极区沉淀Cd2+，反应过程中消耗水，故NaOH溶液的浓度增大，B错误； 阳极反应式为2CN-+4H2O-10e-===2CO2↑+N2↑+8H+，则导线中通过 10 mol e-时，理论上可以处理2 mol CN-，C正确。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.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， 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。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为，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_____________________________ 　　　。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8OH-+2NO===2N+6Cl-+4H2O 3Cl2+ 次氯酸钠在酸性条件下氧化能力 增强 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_________________ 　　　　　。  阳 (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”)； 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A NO2-e-+H2O=== +2H+ 图所示。阴极的电极反应式为　　　 　　　　　　　　　　　。  (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、。可采用电解法将上述吸收液中的转化为无毒物质，同时再生Ce4+，其原理如 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2N+8H++6e-===N2↑+4H2O 本课结束 第 1 章 　 第 3 节 $