专题1 第2单元 第5课时 电解原理的应用（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（苏教版 江苏专版）

本讲义聚焦电解原理的应用这一核心知识点，系统梳理氯碱工业（电解饱和食盐水的原理、电极反应及离子交换膜作用）、电解精炼铜（粗铜提纯的电极反应与杂质处理）、电镀（如铁钉镀锌的电极选择与电镀液）、电冶金（电解熔融盐制镁铝的反应），构建“原理-装置-反应-应用”的学习支架，衔接电解原理基础，深化实际应用理解。 该资料以核心素养为导向，通过“原理分析-实验设计-问题解决”逻辑融合科学思维与探究。如氯碱工业离子交换膜作用分析培养模型认知，电解精炼铜“两不等”总结强化证据推理。含判断题、例题及课时对点练，课中辅助教师引导学生深化理解，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺，体现学科实践应用特色。

第5课时　电解原理的应用 [核心素养发展目标]　1.通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。2.建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 一、电解饱和食盐水 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。 1.电解饱和食盐水的原理 (1)通电前，氯化钠溶液中含有四种自由移动的离子，它们是Na+、Cl-、H+、OH-。 (2)通电时，移向阳极的离子是Cl-、OH-，Cl-在阳极放电，移向阴极的离子是Na+、H+，H+在阴极放电，因H+放电，使阴极区溶液呈碱性。 ①电解饱和食盐水的原理示意图 ②电极反应式和总反应方程式 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑； 阴极：2H2O+2e-===H2↑+2OH-； 总反应的化学方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH； 总反应的离子方程式为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。 ③阳离子交换膜的作用：只允许Na+等阳离子通过，不允许Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过，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反应而影响产品的产量和质量。 2.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。 (1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl--2e-===Cl2↑(　　) (2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的为阳极区(　　) (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NaCl溶液可以制取金属钠(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 1.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，下列有关说法不正确的是(　　) A.Na+能通过离子交换膜 B.产品NaOH溶液从c口导出 C.从b口补充饱和NaCl溶液 D.用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3，有利于氯气的逸出 答案　C 解析　由图可知，与电源正极相连的左侧电极是电解池的阳极，2Cl--2e-===Cl2↑，右侧电极为阴极，2H2O+2e-===H2↑+2OH-，则a口补充的是精制饱和食盐水，b口补充的是稀氢氧化钠溶液，c口流出的是浓氢氧化钠溶液，d口流出的是淡盐水，电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室，氯气与水发生反应：Cl2+H2OHCl+HClO，用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3，溶液中氢离子浓度增大，不利于该反应发生，有利于氯气的逸出，故选C。 2.“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。完成下列填空： (1)a为电源的　　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的　　　　极。  (2)d电极的电极反应式：　　　　　　　　，电解产生消毒液的总化学方程式为　　　　。  答案　(1)负　阳　(2)2H2O+2e-===H2↑+2OH-　NaCl+H2ONaClO+H2↑ 解析　电解饱和氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即让Cl2与NaOH溶液充分混合反应，所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl+H2ONaClO+H2↑。 二、电解精炼铜　电镀　电冶金 1.铜的电解精炼 (1)装置 (2)粗铜成分 ①主要成分：Cu。 ②杂质金属：比铜活泼的有Zn等，活动性较弱的有Ag、Au等。 (3)电极反应 2.电镀 (1)概念：应用电解的原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀除了提升美观和增加表面硬度之外，更主要的目的是增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化等。 (2)基础实验：铁钉镀锌 根据电解原理，设计在铁钉上镀锌的实验方案。 电解原理 阳极：Zn-2e-===Zn2+， 阴极：Zn2++2e-===Zn 电镀 方案 电极材料 阳极：锌片，阴极：铁钉 电镀液 ZnCl2溶液 镀件 铁钉 (3)某电镀银实验装置如图所示。请回答下列问题： ①银为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极；含银离子的溶液为电镀液，含有镀层金属离子。 ②阳极反应式为Ag-e-===Ag+； 阴极反应式为Ag++e-===Ag。 ③可观察到的现象是待镀金属制品表面镀上一层光亮的银，银电极不断溶解。 ④含银离子的溶液浓度不变。 (4)电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。 3.电冶金 (1)原理：比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，使金属离子得电子被还原。 (2)实质：Mn++ne-===M。 (3)实例： ①电解熔融氯化镁制镁： 阴极：Mg2++2e-===Mg； 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑； 总反应式：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。 ②电解熔融氧化铝制铝： 阴极：4Al3++12e-===4Al； 阳极：6O2--12e-===3O2↑； 总反应式：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。 (1)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液(　　) (2)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区(　　) (3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变(　　) (4)工业冶炼金属镁时，电解熔融态MgO(　　) (5)工业上冶炼金属铝时，电解熔融状态的AlCl3(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 1.(2025·镇江段考)电化学在生产中有广泛的应用。下列说法正确的是(　　) A.工业冶炼金属铝，常采用电解熔融的氯化铝的方法 B.电解精炼铜时，用粗铜作阴极 C.在镀件上镀银时可用纯银作阳极 D.铜的电解精炼时，粗铜中含有的杂质锌、金、银等金属在阳极沉降下来形成阳极泥 答案　C 解析　氯化铝为共价化合物，熔融状态下不能电离，工业冶炼金属铝常采用电解熔融的氧化铝的方法，A错误；电解精炼铜时，用粗铜作阳极，纯铜作阴极，B错误；在镀件上镀银时可用纯银作阳极，C正确；杂质锌失去电子转化为锌离子，杂质金、银等金属在阳极沉降下来形成阳极泥，D错误。 2.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题： (1)阳极发生　　　　反应，其电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加　　　　　　(填“相等”或“不相等”)。  (3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有　　　　　　　　、Ni2+等。  (4)电解后，电解槽底部含有　　　　　　等金属。  答案　(1)氧化　Ni-2e-===Ni2+，Fe-2e-===Fe2+，Zn-2e-===Zn2+　(2)不相等　(3)Fe2+、Zn2+　(4)Cu、Pt 解析　(2)电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据得失电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。(4)粗镍作阳极，Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中，但Cu和Pt沉降到电解槽底部。 (1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液的浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 课时对点练 [分值：100分] [1~8题，每小题7分] 题组一　氯碱工业 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：H+>Na+，故阴极得到H2 B.电解过程中Na+的物质的量不变 C.失电子能力：Cl->OH-，故阳极得到Cl2 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　电解池中，总反应化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，所以电解过程中Na+的物质的量不变且电解后溶液呈碱性，故B正确，D错误。 2.(2024·徐州高二期中)如图，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.Z处流出的溶液是较浓的NaOH溶液 C.使用离子交换膜时产品烧碱更纯 D.每转移NA个电子理论上可生成0.5 mol 烧碱 答案　D 解析　电解食盐水时，阳极发生氧化反应，消耗NaCl，则应在阳极补充NaCl，故A正确；阴极生成OH-，且Na+向阴极移动，则产品烧碱溶液从阴极区Z处流出，故B正确；电解方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，每转移NA个电子理论上可生成1 mol 烧碱，故D错误。 3.图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　) A.图甲的X点要与图乙中的a极连接 B.图乙中b极的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑ C.当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H+通过离子交换膜 D.若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-===6nCO2+24nH+ 答案　C 解析　题图甲中N极上O2转化为H2O，发生还原反应，为正极，M极为负极，图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液，a极生成H2，b极生成Cl2，则a极为阴极，b极为阳极，电解池的阴极与电源负极相连，故X点与a极相连，A正确；图乙中b极生成氯气，电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑，B正确；根据反应O2+4e-+4H+===2H2O，当N极消耗1 mol气体时，转移4 mol电子，故有4 mol H+通过离子交换膜，C错误；若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极上淀粉转化为CO2，电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-===6nCO2+24nH+，D正确。 题组二　电镀　电解精炼 4.下列装置可以实现铁质镀件上镀银的是(　　) 答案　D 解析　铁质镀件上镀银时，铁质镀件应为阴极，银为阳极，AgNO3溶液为电解质溶液，故选D。 5.工业上以SnSiF6溶液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，可得到精锡。下列说法错误的是(　　) A.阴极发生的反应为Sn2++2e-===Sn B.电解一段时间，溶液中溶质的浓度不变 C.在电解槽底部产生含Pb的阳极泥 D.当阴极质量增加11.9 g，电路中通过的电子为0.2 mol 答案　B 解析　粗锡为阳极进行电解，阳极上Sn、Fe、Zn失去电子被氧化，故电解一段时间溶液中Sn2+浓度减小，Pb、C不放电，在电解槽底部可形成阳极泥，A、C正确，B错误；阴极上Sn2+得电子被还原：Sn2++2e-===Sn，可得到精锡，当阴极质量增加11.9 g，即生成0.1 mol Sn，电路中通过的电子为0.2 mol，D正确。 6.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　) A.电极A是粗铜，电极B是纯铜 B.电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C.溶液中S向电极A迁移 D.膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 答案　D 解析　阴极反应式为Cu2++2e-===Cu，当电路中通过1 mol电子时，生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B正确；阳极泥是阳极区产物，所以膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D错误。 题组三　电冶金 7.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　) A.两个电极必须都用惰性电极 B.阳极可以用活性电极，阴极必须是惰性电极 C.电解熔融状态的氯化镁 D.电解氯化镁的水溶液 答案　C 解析　电解氯化镁获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能电解熔融状态的氯化镁；在阴极发生的是镁离子得电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极，电极材料会优先失电子，所以阳极也必须用惰性电极。 8.(2024·连云港月考)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2⁃CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是(　　) A.由TiO2制得1 mol 金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子 B.阳极的电极反应式为2O2--4e-===O2↑ C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少 D.装置中石墨电极材料需要定期更换 答案　B 解析　钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO，由TiO2制得1 mol金属Ti，消耗2 mol Ca，电解池中阴极反应式为Ca2++2e-===Ca，则生成2 mol Ca外电路中转移4 mol电子，故A正确；电解池总反应为2CaO+C2Ca+CO2↑，制备金属钛的反应为2Ca+TiO2Ti+2CaO，所以在制备金属Ti前后，CaO的总量不会减少，故C正确；阳极上电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑，C不断被消耗，装置中石墨电极材料需要定期更换，故B错误，D正确。 [9~11题，每小题8分] 9.利用如图所示的装置(M、N均为惰性电极)进行电解实验。下列有关说法正确的是(　　) A.若电解质溶液为NaCl溶液，则M极有黄绿色气体生成 B.若电解质溶液为AlCl3溶液，则可进行金属铝的冶炼 C.若电解质溶液为NaCl溶液，则电解一段时间后，溶液的pH增大 D.若电解质溶液为CuCl2溶液，每转移2 mol电子，M、N电极的质量均变化64 g 答案　C 解析　若电解质溶液为NaCl溶液，则M极为电解池阴极，生成氢气，无黄绿色气体生成，A错误；若电解质溶液为AlCl3溶液，阳极(N极)生成氯气，阴极(M极)生成氢气，不能进行金属铝的冶炼，B错误；若电解质溶液为NaCl溶液，电解生成氢气、氢氧化钠和氯气，则电解一段时间后，溶液的pH增大，C正确；若电解质溶液为CuCl2溶液，每转移2 mol电子，阴极M电极生成1 mol(64 g)Cu，阳极N极生成氯气，电极质量不变，D错误。 10.应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备；二是电解饱和NaCl溶液制备烧碱；三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述不正确的是(　　) A.电解法制铝时一般是用熔融态的氧化铝进行电解，但不可用熔融态的AlCl3 B.电解法生产铝时，每转移3 mol电子，理论上能生产1 mol铝单质 C.电解饱和NaCl溶液和金属钠的冶炼都用到了NaCl，电解时它们的阳极都是Cl-得电子 D.电解饱和NaCl溶液时，电解池中的阴极区产生的是H2和NaOH 答案　C 解析　AlCl3属于共价化合物，熔融状态不能导电，A正确；电解法生成Al时，阴极发生反应：Al3++3e-===Al，每转移3 mol电子，理论上能生产1 mol铝单质，B正确；电解饱和NaCl溶液和金属钠的冶炼都用到了NaCl，阳极上发生氧化反应，Cl-失去电子生成Cl2，C错误；电解饱和NaCl溶液时，阴极区产生的是H2和NaOH，D正确。 11.(2024·南通期中)电解原理具有广泛的应用。下列叙述不正确的是(　　) A.用装置甲制取Cl2和NaOH溶液 B.用装置乙在金属制品表面镀银 C.用装置丙电解精炼粗铜 D.用装置丁制取Na 答案　A 解析　氯碱工业中，NaCl溶液应通入阳极区，Cl-在阳极放电产生Cl2，Na+通过交换膜向阴极移动，则应选用阳离子交换膜，A项错误；在金属制品表面镀银，Ag作阳极，与电源正极相连，金属制品作阴极，与电源负极相连，B项正确；精炼粗铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，精铜作阴极，与电源负极相连，C项正确；制取金属钠时，用惰性电极电解熔融的NaCl，D项正确。 12.(8分)Ⅰ.电解Na2CO3溶液，原理如图所示。①阳极的电极反应式为　　　　　　　，②阴极产生的物质A的化学式为　　　　　　　　。 Ⅱ.电解法处理含氮氧化物废气可回收硝酸。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)。若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。 (1)写出电解时NO2发生反应的电极反应式：　　　　　　　　　　　。 (2)若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允阳离子通过)的H+为　　　　 mol。 答案　Ⅰ.+2H2O-4e-===4HC+O2↑ H2　Ⅱ.(1)NO2-e-+H2O===N+2H+　0.1 解析　Ⅰ.由图可知，阳极生成氧气，则电极反应为+2H2O-4e-===+O2↑，阴极上水得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，则阴极产生的物质A的化学式为H2。 Ⅱ.二氧化氮在电解池阳极发生氧化反应生成硝酸，电极反应式为NO2-e-+H2O===N+2H+；标准状况下2.24 L NO2被吸收则转移电子0.1 mol，则通过阳离子交换膜的H+为0.1 mol。 13.(12分)某研究性学习小组用如图所示装置进行实验，探究原电池、电解池和电解制备钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生，且X极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验，观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。 查阅资料：高铁酸根离子(Fe)在溶液中呈紫红色。 请根据实验现象及所查资料，回答下列问题： (1)上述装置中，发生还原反应的电极有　　　　(填字母)。  A.X(Fe) B.Y(C) C.Co D.Zn (2)丙池中的S　　　　　　　　(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。  (3)反应过程中，X极处发生的电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑和　　　　　　　　　　　　　　。  (4)一段时间后，若X极质量减小1.12 g，Y电极收集到2.24 L气体(标准状况下)，则在标准状况下X极收集到气体为　　　　 mL。  (5)乙池是电解制备金属钴的装置，理论上Ⅰ室中n(H+)　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)，该电解池总反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)BC　(2)从右向左　(3)Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O　(4)448　(5)不变　2CoCl2+2H2O2Co+O2↑+4HCl 解析　结合题图，首先确定丙池为原电池。甲池为电解池，乙池为电解精炼钴的装置，Co电极是电解池的阴极，石墨电极是电解池的阳极，丙池为原电池，Zn作负极，Cu作正极。 (2)在原电池中，阴离子向负极移动，S会向Zn电极方向移动，即从右向左移动。 (3)X极为阳极，发生氧化反应，由“铁电极明显变细”“X极处溶液逐渐变成紫红色”可知，Fe参与电极反应，有Fe生成，电极反应为Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O。 (4)根据题意可知，消耗的n(Fe)==0.02 mol，n(H2)==0.1 mol，在整个电路中电子转移数目相等，4n(O2)+6n(Fe)=2n(H2)，即4n(O2)+6×0.02 mol =2×0.1 mol，解得n(O2)=0.02 mol，标准状况下V(O2)=0.02 mol×22.4 L·mol-1 =0.448 L=448 mL。 (5)乙池中石墨为阳极，阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，氢离子经过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室，所以理论上Ⅰ室中n(H+)不变；该电解池的阳极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，阴极反应式为Co2++2e-===Co，则总反应为2CoCl2+2H2O2Co+O2↑+4HCl。 学科网（北京）股份有限公司 $