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 闽桂蒙陕冀专版）

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（电解饱和食盐水的离子移动、电极反应及阳离子交换膜作用）、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（熔融盐电解制镁铝）等内容，搭建从原理到工业实践的学习支架。 该资料特色在于理论联系实际，通过判断题、例题及课时对点练强化理解，培养科学思维（如电极反应分析、模型建构）和科学探究与实践（如电镀实验方案设计）。课中辅助教师构建知识体系，课后帮助学生查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

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.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是(　　) A.电极A接电源正极，发生氧化反应 B.电极B的电极反应式为：2H2O+2e-===H2↑+2OH- C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 答案　B 解析　电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O+4e-+O2===4OH-，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。 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)× 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·上海普陀曹杨二中高二期中)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.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　) A.通电后，Ag+向阳极移动 B.银片与电源负极相连 C.该电解池的阴极反应可表示为Ag++e-===Ag D.当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 答案　C 解析　铜牌上镀银，银片为阳极，Ag+向阴极移动，阴极反应为Ag++e-===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。 5.(2024·北京顺义期中)如图是模拟铁制品镀铜工艺的装置，下列说法正确的是(　　) A.a电极上发生还原反应 B.b电极为铜 C.电解质溶液可以是CuSO4溶液 D.电镀过程中，溶液中Cu2+浓度不断减小 答案　C 解析　题图装置为模拟铁制品镀铜工艺的装置，与直流电源正极相连的a电极为铜，与负极相连的b电极为铁制品，电解质溶液为可溶性铜盐溶液，电镀过程中，溶液中铜离子浓度不变。 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 7.1807年，化学家戴维通过电解熔融氢氧化钠制取金属钠：4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O；后来盖·吕萨克通过铁与熔融氢氧化钠作用也制得金属钠：3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有关说法正确的是(　　) A.电解熔融氢氧化钠制取金属钠，阳极发生的电极反应为2OH--2e-===H2↑+O2↑ B.盖·吕萨克制钠的原理是利用铁的还原性比钠强 C.若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数不同 D.目前工业上常用电解熔融氯化钠法制取金属钠，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极 答案　C 解析　由4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O可知，阳极OH-放电生成O2和H2O，电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑，A错误；Na的还原性强于Fe，但Na的沸点比Fe低得多，盖·吕萨克法制钠利用了Fe与Na的沸点差异，B错误；由电解原理可知，戴维法制取4 mol Na时转移4 mol电子，但盖·吕萨克法制取4 mol Na时转移8 mol电子，则制得等量的钠时转移的电子总数不同，C正确；用电解熔融氯化钠法制钠时，石墨为阳极，铁为阴极，阳极上Cl-放电，阴极上Na+放电，D错误。 8.(2024·安徽安庆第一中学月考)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.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时，控制溶液pH为9~10，CN-与阳极产生的ClO-反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是(　　) A.用石墨作阳极，铁作阴极 B.除去CN-的反应为2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+ 5Cl-+ H2O C.阳极的电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O D.阴极的电极反应式为2H2O +2e-===H2↑+2OH- 答案　B 解析　根据已知信息可知，阳极上Cl-失电子生成ClO-，铁不能作阳极，否则阳极铁失电子发生氧化反应，得不到ClO-，故用石墨作阳极，铁作阴极，A正确；阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体，两种气体为二氧化碳和氮气，该反应在碱性条件下进行，离子方程式为2CN-+5ClO-+H2O===N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-，B错误；阳极上Cl-失电子生成ClO-，电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O，C正确；电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，D正确。 10.氯化氢回收氯气技术近年来成为科学研究的热点，一种新的氯化氢电解回收氯气的过程如图。下列说法正确的是(　　) A.石墨电极连接电源正极 B.H+通过质子交换膜从铂电极向石墨电极移动 C.Fe3+在石墨电极区域可循环再生，涉及的反应为Fe2++O2+2H+===Fe3++H2O D.随着反应的进行，阴、阳两极电解质溶液pH均不变 答案　B 解析　石墨电极上Fe3+转化为Fe2+，得电子，在电解池中作阴极，连接电源负极，A错误；铂电极为阳极，HCl失电子产生Cl2和H+，H+通过质子交换膜从阳极(铂电极)向阴极(石墨电极)移动，B正确；涉及的反应为4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O，C错误；随着反应的进行，阳极H+向阴极移动，移动过来的H+在阴极又参与反应生成了水，所以阴、阳两极电解质溶液pH均升高，D错误。 11.一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下，下列说法错误的是(　　) A.第一步中阳极的电极反应式为Na0.44MnO2-xe-===NMnO2+xNa+ B.与传统氯碱工艺相比，该方法不需要使用离子交换膜 C.第二步中正极质量每增加4.6 g，负极质量减少21.6 g D.理论上每消耗0.1 mol O2，产生4.48 L Cl2(标准状况下) 答案　C 解析　第一步中阳极发生氧化反应，其电极反应式为Na0.44MnO2-xe-===Na0.44-xMnO2+xNa+，A正确；该方法不需要使用离子交换膜，传统氯碱工艺需要，B正确；第二步为原电池，根据题图中的物质转化可知，Na0.44-xMnO2为正极，正极发生还原反应，正极的电极反应式为Na0.44-xMnO2+xNa++xe-===Na0.44MnO2，Ag为负极，负极发生氧化反应，负极的电极反应式为Ag+Cl--e-===AgCl，负极质量增加，C错误；第一步阴极消耗氧气，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-，理论上每消耗0.1 mol O2转移0.4 mol e-，第三步产生Cl2，其阳极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑，转移0.4 mol e-生成氯气的物质的量为0.2 mol，即标准状况下产生4.48 L Cl2，D正确。 12.(8分)电解Na2CO3溶液可制得NaHCO3和NaOH，原理如图1所示： (1)阳极生成HC的电极反应式为　　　　　　　　　　　，阴极产生的物质A的化学式为　　　　。  (2)工作一段时间后，两极区制得NaHCO3与NaOH的物质的量之比约为　　　　　　　　。  (3)利用上述所得NaHCO3溶液在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原理如图2所示，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　(用相关的电极反应式表示)。  答案　(1)4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑ H2　(2)1∶1　(3)Al-3e-+3HC===Al(OH)3+3CO2↑ 解析　(1)电解时阳极区碳酸钠溶液中水电离的OH-失电子产生O2，同时生成HC，电极反应式为4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑；阴极区水电离的H+得电子产生H2，物质A的化学式为H2。(2)工作一段时间后，两极区的电极反应分别为4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑、4H2O+4e-===4OH-+2H2↑，制得NaHCO3与NaOH的物质的量之比约为1∶1。(3)铝与直流电源正极相连，为阳极，被氧化为Al3+，继而和溶液中的HC发生相互促进的水解反应，生成氢氧化铝沉淀和CO2，电极反应式为Al-3e-+3HC===Al(OH)3+3CO2↑。 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 $