专题1 第2单元 第4课时 电解池的工作原理（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 闽桂蒙陕冀专版）

本高中化学讲义核心围绕电解池的工作原理及电解规律展开，先通过电解熔融氯化钠分析微粒运动、离子移动和电极反应，引出电解及电解池的定义与构成条件，再结合电解氯化铜溶液实验探究离子放电顺序，进而系统讲解放电规律、溶液复原规律及守恒规律，构建从具体实例到抽象规律的学习支架。 该资料以实验探究为基础，设计表格对比不同电解质电解类型的电极反应、pH变化及复原物质，搭配判断题和计算题，培养学生科学思维（如证据推理、模型建构）与科学探究能力。例如通过电解氯化铜实验现象推导电极反应，利用守恒规律计算电解产物，课中辅助教师引导微观分析，课后助力学生巩固规律应用，查漏补缺。

第4课时　电解池的工作原理 [核心素养发展目标]　1.从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及变化、电流形成的过程和原理。2.建立电解过程的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。 一、电解池的工作原理 1.电解熔融态氯化钠的原理分析 (1)电解熔融态氯化钠原理图 (2)过程分析 ①通电前 熔融NaCl中存在的微粒有Na+、Cl-，这些微粒做无规则(或自由)运动。 ②通电后 离子移动方向： Na+移向阴极，Cl-移向阳极。 电极上发生的反应： 阴极：2Na++2e-===2Na，发生还原反应； 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑，发生氧化反应。 (3)分析结论 熔融的NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。 电解反应方程式：2NaCl2Na+Cl2↑。 2.电解和电解池 (1)电解：在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池 定义 将电能转化为化学能的装置 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 电极反应 阳极：发生氧化反应 阴极：发生还原反应 电子流向 阳极→电源正极，电源负极→阴极(电流方向与电子流向相反) 离子移动方向 阳离子→阴极，阴离子→阳极 3.电解氯化铜溶液实验探究 (1)按如图所示装置完成实验。 实验现象：①溶液颜色变浅；②阴极上有红色物质生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉⁃KI试纸变蓝。 实验结论：电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气。 (2)实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，C、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动。 在阴极，Cu2+优于H+在电极上发生反应，在阳极，Cl-优于OH-在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 还原反应 氧化反应 电极反应式 Cu2++2e-===Cu 2Cl--2e-===Cl2↑ 电解反应 CuCl2Cu+Cl2↑ (1)电解池的两个电极必须是活泼性不同的电极(　　) (2)电解池是把化学能转化为电能的装置(　　) (3)电解质溶液导电的过程为物理过程(　　) (4)电解池的阴极是指和直流电源负极相连的电极(　　) (5)电解池在工作时，阴极上发生还原反应(　　) (6)某些不能自发的氧化还原反应，可以通过电解来实现(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√ 1.如下图所示装置中属于电解池的是　　　　(填序号)。  答案　③⑥ 解析　根据电解池的构成条件逐个判断。①②⑤无外接直流电源，不能构成电解池；④无电解质溶液或熔融电解质，⑦中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池；⑧没有形成闭合回路，不能构成电解池。 2.如图为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是(　　) A.电源a极为负极 B.KI⁃淀粉溶液会变蓝色 C.Cl-向电极Ⅱ区域移动 D.电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+ 答案　D 解析　由题图知，电极Ⅱ处生成氯气为阳极，对应的b为电源正极；则a为电源负极，Ⅰ为阴极，电解CuCl2溶液，阴极铜离子得电子生成Cu，阳极氯离子失电子生成Cl2。 电解池阴极和阳极的判断依据 二、电解规律 1.放电规律 (1)阳极 ①若阳极为活性电极(一般指除Pt、Au以外的金属电极)，则电极材料本身失去电子被氧化，一般为M-ne-===Mn+。 ②若阳极为惰性电极，则溶液中的阴离子放电，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(无论是活性电极或是惰性电极) 常见阳离子放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>…… 特别提醒　电解的电极反应式中，若参与电极反应的H+或OH-是由水电离出来的，用H2O作为反应物。 2.电解后溶液的复原规律 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： (1)电解H2O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 4H++4e-===2H2↑ 4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 总反应式 2H2O2H2↑+O2↑ 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 总反应式 2HClCl2↑+H2↑ CuCl2Cu+Cl2↑ 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- 2Cu2++4e-===2Cu 总反应式 2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑ pH变化 增大 减小 复原加入物质 HCl CuO或CuCO3 特别提醒　电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 3.电解池中的守恒规律 (1)基本原理 根据电子转移守恒，同一电路中各电极转移的电子数相等。 (2)解题方法 ①书写出各极的电极反应式(多种物质放电，按照放电顺序书写各个电极反应式)。 ②同一电路中转移的电子数是相等的，利用电子守恒在各极反应式中建立联系。 (1)用石墨作电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液，最初一段时间阴极和阳极生成的物质分别是铜和氯气(　　) (2)用石墨作电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Na++e-===Na(　　) (3)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+(　　) (4)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag++2H2O4Ag+4H++O2↑(　　) (5)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu+2HClCuCl2+H2↑(　　) (6)电解任何物质，阳极失电子总数与阴极得电子总数相等(　　) (7)用惰性电极电解盐酸、稀硫酸，H+放电，溶液的pH逐渐增大(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√　(7)× 1.下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　　) A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 答案　C 解析　电解HCl、CuCl2溶液就是电解电解质本身，电解NaBr、CuSO4溶液时，电解质、水均被电解，分别属于放氢生碱型、放氧生酸型。 2.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是(　　) 组号 X Y Z W A C Fe NaCl H2O B Pt Cu CuSO4 CuSO4溶液 C C C H2SO4 H2O D Ag Fe AgNO3 AgNO3晶体 答案　C 解析　复原溶液，A应通HCl，B应加CuO或CuCO3，C应加H2O，D不需加任何物质。 3.在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是(　　) A.1.12 L H2 B.1.12 L O2 C.2.24 L H2 D.2.24 L O2 答案　D 解析　溶液中有Cu2+、H+、S、OH-四种离子，得电子能力：Cu2+>H+，失电子能力：OH->S，阴极反应为2Cu2++4e-===2Cu，阳极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+，总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。n(Cu)==0.2 mol，n(O2)=0.1 mol，在标准状况下其体积为2.24 L，D正确。 课时对点练 [分值：100分] [1~10题，每小题6分] 题组一　电解及其装置(电解池) 1.下列关于电解的说法正确的是(　　) ①电解过程将电能转化成化学能　②电解过程将化学能转化成电能　③某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现　④任何水溶液被电解时，必然发生氧化还原反应 A.②③ B.①②③ C.①②④ D.①③④ 答案　D 解析　电解过程将电能转化成化学能，①正确，②错误；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现，③正确；在电解池中电解质溶液的导电过程就是电解过程，发生了电子的转移，一定发生了氧化还原反应，④正确。 2.(2024·山东实验中学开学考)用石墨电极电解CuCl2溶液(如图所示)。下列分析正确的是(　　) A.a端是直流电源的负极 B.通电使CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应为Cu2++2e-===Cu D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 答案　A 解析　通过图中离子的移动方向可判断连接a的为阴极，连接b的为阳极，故a端为直流电源的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2在水溶液中就能发生电离，而不是通电的结果，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl--2e-===Cl2↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体，阴极发生还原反应，析出Cu，C、D项错误。 3.如图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴紫色石蕊溶液。下列实验现象正确的是(　　) A.电极a附近呈红色，电极b附近呈蓝色 B.电极a附近呈蓝色，电极b附近呈红色 C.逸出气体的体积，电极a的小于电极b的 D.一电极逸出无味气体，另一电极逸出具有刺激性气味的气体 答案　B 解析　电极a为阴极，H2O电离出的H+放电，c(OH-)增大，电极附近溶液变蓝色；电极b为阳极，H2O电离出的OH-放电，c(H+)增大，电极附近溶液变红色，A项不正确、B项正确；电极a产生H2，电极b产生O2，H2的体积是O2体积的2倍，故C、D项不正确。 4.(2024·福州月考)某同学为了使反应HCl+Ag→AgCl+H2↑能进行，设计了下列四个实验，如图所示，你认为可行的方案是(　　) 答案　C 解析　Ag与盐酸不能自发反应，所以要使反应HCl+Ag→AgCl+H2↑能进行，应该设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，Ag作阳极，氢离子得电子发生还原反应，电解质溶液中氢离子放电，则符合条件的是C。 5.铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理，按照如图所示装置连接，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20~30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是(　　) A.电解时，电子从电源负极→导线→铝片，铅片→导线→电源正极 B.在电解过程中，H+向铝片移动，S向铅片移动 C.电解过程阳极周围溶液的pH下降 D.电解的总反应为2Al+6H+===2Al3++3H2↑ 答案　C 解析　电子流向和电流流向相反，电解时电子从电源负极→导线→铅片，铝片→导线→电源正极，A错误；在电解过程中，氢离子向阴极移动，硫酸根离子向阳极移动，B错误；电解时，阳极是活泼金属铝电极时，电极反应式为2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+，阳极周围溶液的pH下降，C正确；阳极是活泼金属铝电极，金属铝在该极失电子，阴极是氢离子得电子，所以电解的总反应式可表示为2Al+3H2OAl2O3+3H2↑，D错误。 题组二　电解规律 6.图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是(　　) 选项 a极板 b极板 X电极 Z A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 正极 CuCl2 答案　A 解析　电解CuSO4溶液，溶液中Cu2+在阴极得电子生成铜单质，若X电极为负极，则a极作阴极，a极板质量增加，在b极溶液中的OH-放电生成O2，A项符合题意；电解NaOH溶液的实质为电解水，产物为O2和H2，B项不符合题意；电解AgNO3溶液，若X电极为正极，则a极作阳极，电极反应式为Ag-e-===Ag+，a极板质量减小，C项不符合题意；电解CuCl2溶液，若X电极为正极，在b极板上Cu2+得到电子生成Cu，在a极板上Cu失电子生成Cu2+，a极板质量减小，D项不符合题意。 7.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　) A.AgNO3溶液(AgNO3) B.NaOH溶液(NaOH) C.KCl溶液(KCl) D.CuSO4溶液(CuO) 答案　D 解析　电解AgNO3溶液的反应式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3，所以应当加入适量Ag2O，A项不符合题意；电解NaOH溶液实质是电解水，应加水，B项不符合题意；电解KCl溶液的反应式为2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑，应通入适量HCl气体，C项不符合题意；电解CuSO4溶液的反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，故应加入适量CuO，D项符合题意。 8.用石墨作电极，电解1 mol·L-1下列物质的溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　　) A.硫酸 B.氢氧化钠 C.硫酸钠 D.氯化钠 答案　C 解析　用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液的实质是电解水，浓度增大，硫酸溶液的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大。 9.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有(　　) A.2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑ B.Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑ C.2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ D.2H2O2H2↑+O2↑ 答案　C 解析　设混合溶液的体积为4 L，CuSO4和NaCl的物质的量浓度均为1 mol·L-1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分别为3 mol 和1 mol，根据得失电子守恒，第一阶段：阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，电解方程式是Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑，氯离子完全反应时，剩余2.5 mol铜离子；第二阶段：阳极上H2O电离出的氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电解方程式是2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑；第三阶段：阳极上H2O电离出的氢氧根离子放电，阴极上H2O电离出的氢离子放电，电解方程式是2H2O2H2↑+O2↑。 10.以铁为阳极、铜为阴极对足量的NaOH溶液进行电解。一段时间后得到2 mol Fe(OH)3沉淀，此过程中共消耗水的物质的量为(　　) A.2 mol B.3 mol C.4 mol D.5 mol 答案　D 解析　阳极的电极反应为Fe-2e-===Fe2+，阴极的电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，则消耗4 mol 水可生成2 mol Fe2+和4 mol OH-，Fe2+恰好与OH-结合成2 mol Fe(OH)2沉淀。由于Fe(OH)2沉淀不稳定，转化成Fe(OH)3沉淀，即4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3，又消耗1 mol 水，故共消耗5 mol 水。 [11~13题，每小题6分] 11.如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L-1的电解液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法错误的是(　　) A.过程 Ⅰ，在阴极上析出金属银 B.过程 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，溶液的pH均降低 C.过程 Ⅱ，阳极上有氧气放出 D.过程 Ⅱ 析出固体的质量是过程 Ⅰ 析出固体的质量的2倍 答案　D 解析　过程 Ⅰ 发生反应：4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+，过程 Ⅱ 发生反应：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，过程 Ⅲ 发生反应：2H2O2H2↑+O2↑。因为氧化性：Ag+>Cu2+，故在阴极上Ag+先放电，析出金属银，A项正确；过程 Ⅰ、Ⅱ 发生的电解反应中均有H+生成，溶液中c(H+)增大，pH降低，过程 Ⅲ 发生的电解反应是电解水的反应，溶液中c(H+)增大，pH降低，B项正确；过程 Ⅱ 中阳极的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+，C项正确；过程 Ⅱ 析出的Cu和过程 Ⅰ 析出的Ag的物质的量相同，则析出Cu与Ag的质量比为64∶108=16∶27，D项错误。 12.利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　) A.a为直流电源的负极 B.阴极的电极反应式为2HS+2H++e-===S2+2H2O C.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-===S+4H+ D.电解时，H+由阴极室通过阳离子交换膜转移到阳极室 答案　C 解析　在与a电极连接的电极上SO2失去电子，被氧化生成S，所以阳极与电源正极a电极连接，A错误；a为正极，b为负极，所以阴极得电子发生还原反应，电极反应式为2HS+2H++2e-===S2+2H2O，B错误；在阳极SO2失去电子被氧化产生S，阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-===S+4H+，C正确；阳离子交换膜只允许阳离子通过，电解时，阳离子移向阴极，所以H+由阳极室通过阳离子交换膜转移到阴极室，D错误。 13.电解法处理含有Cl-、N的酸性废水，其工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A.电极b接电源负极 B.处理1 mol N，电路中转移5 mol e- C.HClO在阳极生成：Cl-+H2O-2e-===HClO+H+ D.H+与N反应的电极反应式为10H++N+8e-===N+3H2O 答案　B 解析　由题图知，电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，被还原，则电极b为阴极，接电源负极，A正确；硝酸根离子转变为铵根离子，N元素化合价从+5价降低到-3价，则处理1 mol N，电路中转移8 mol e-，B错误；阳极氯离子失去电子被氧化，生成HClO：Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，C正确；电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，H+与N反应的电极反应式为10H++N+8e-===N+3H2O，D正确。 14.(10分)如图所示为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2 g，则： (1)a电极为电源的　　　　极。  (2)写出电极反应式：A极：　　　　，  B极：　　　　。  (3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入　　　　，质量为　　　　 g。  答案　(1)正　(2)2H2O-4e-===O2↑+4H+ 2Cu2++4e-===2Cu　(3)CuO　4.0 解析　B电极质量增加，则B电极为电解池的阴极，阴极发生还原反应，铜离子得到电子转化为铜单质，阴极与电源的负极相连，因此b电极为电源的负极、a电极为电源的正极。A电极为电解池的阳极，发生氧化反应，水失去电子转化为氧气和氢离子。应补充氧化铜使电解质溶液恢复到原来状态，阴极析出的铜的质量为3.2 g，而氧化铜中铜的质量分数为80%，因此需要补充的氧化铜的质量为4.0 g。 15.(12分)由于Fe(OH)2极易被氧化，实验室很难直接用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验装置则可制得纯净的Fe(OH)2沉淀，两极材料分别为石墨和铁。 (1)a电极材料为　　　　　，该电极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)若白色沉淀在电极周围生成，则电解液d是　　　　　(填字母，下同)；若白色沉淀在两极之间的溶液中生成，则电解液d是　　　　　　。  A.纯水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液 (3)液体c为苯，其作用是　　　　。  (4)要想尽早在两极之间的溶液中看到白色沉淀，可以采取的措施是　　　　　(填字母)。  A.改用稀硫酸作电解液 B.适当增大电源电压 C.适当降低电解液温度 答案　(1)Fe(或铁)　Fe-2e-===Fe2+　(2)C　B　(3)隔绝空气，防止白色沉淀被氧化　(4)B 解析　(1)铁作阳极与电源的正极相连，电极反应式为Fe-2e-===Fe2+。(2)若要在电极周围生成白色沉淀，则电解质溶液应该选择氢氧化钠溶液。若在两极之间的溶液中产生白色沉淀，阴极的电极反应式应该为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，氢氧根离子向阳极移动，亚铁离子向阴极移动，二者在两极之间的溶液中反应生成氢氧化亚铁白色沉淀，可选择氯化钠溶液。(3)Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的氧气氧化，因此苯起到了隔绝空气的作用。(4)适当增大电压，反应速率加快，同时离子的迁移速率也加快，能尽早看到白色沉淀。 学科网（北京）股份有限公司 $