第1章 第3节 第2课时 电解原理的应用-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版·不定项）

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（电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气）、电解精炼铜、电镀、电冶金（钠、镁、铝的冶炼）及钒液流电池的原理，从电极反应书写、离子放电顺序分析到工业装置应用，构建递进式学习支架。 资料特色在于融合实验现象观察与工业实践分析，通过自制含氯消毒剂（铅笔芯电解食盐水）等探究活动培养科学探究与实践能力，借助电解精炼铜中杂质金属行为分析等训练科学思维，配套例题与判断题助力课中理解深化和课后查漏补缺，强化化学观念中物质转化与能量应用的认识。

第2课时　电解原理的应用 【学习目标】　1.理解并掌握氯碱工业、电解精炼铜、电镀的原理，认识电能与化学能相互转化的实际意义。 2．能正确书写电解池的电极反应和总反应，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 知识点一　电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 1．电解饱和食盐水 (1)实验装置 (2)实验现象 ①阳极：产生有刺激性气味的黄绿色气体，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。 ②阴极：产生无色无味气体，附近溶液变红。 (3)原理分析及电极反应 电解时，Cl－和OH－移向阳极，离子的放电顺序为Cl－>OH－；Na＋和H＋移向阴极，离子的放电顺序为H＋>Na＋。 ①阳极电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，氧化反应。 ②阴极电极反应：2H＋＋2e－===H2↑，还原反应。 (4)电解总反应 化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2．氯碱工业 工业上，用阳离子交换膜阻止OH－移向阳极，则Na＋和OH－可以在阴极附近的溶液中富集，这就是电解食盐水制备烧碱的原理，是氯碱工业的基础。 (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，变红色的区域为阳极区(　　) (3)电解饱和NaCl溶液可制取金属钠(　　) (4)电解饱和食盐水可制得84消毒液(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 1．(2026·聊城高二调研)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 解析：选D。用石墨电极电解饱和食盐水，得电子能力：H＋＞Na＋，阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，故A正确；失电子能力：Cl－＞OH－，阳极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，故C正确；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．如下所示是工业电解饱和食盐水的原理示意图。下列有关说法不正确的是(　　) A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C.装置中发生反应的离子方程式为Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置将电能转化为化学能 解析：选C。由题图可知，①处的物质为电解池阳极产生的氯气，②处的物质为电解池阴极产生的氢气，A对；该离子交换膜为阳离子交换膜，只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，C错；电解池是将电能转化为化学能的装置，D对。 3．某同学尝试在家自制含氯消毒剂。用两根铅笔芯(C1和C2)、电源适配器和水瓶组装如下图所示的装置。接通电源观察到：C1周围产生细小气泡，C2周围无明显现象；持续通电一段时间后，C2周围产生细小气泡。此时停止通电，拔出电极，旋紧瓶塞，振荡摇匀，制备成功。下列关于该实验的说法不正确的是(　　) A.C1电极产生气泡的原因：2H＋＋2e－===H2↑ B．可以用两根铁钉代替铅笔芯完成实验 C．自制消毒剂的总反应为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ D．实验过程中要注意控制电压、开窗通风、导出氢气，确保安全 解析：选B。电解饱和食盐水时，阳极会产生氯气，阴极会产生氢气，电解总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，由于H2不溶于水且不与溶液中的其他物质反应，所以会直接逸出；而氯气会与电解过程中生成的NaOH反应生成NaClO和NaCl，化学方程式为2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，所以在制备过程中几乎不会逸出，因此，C1电极为阴极，C2电极为阳极。由分析可知，C1电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，有气泡产生，A正确；若用两根铁钉代替两根铅笔芯作为电极，电解过程中阳极上Fe失去电子被氧化，无法产生氯气，则无法获得含氯消毒剂，B错误；由分析可知，涉及的反应共有两步，分别为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑和2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，因此自制消毒剂的总反应为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑，C正确；电压控制不得当，可能会导致副反应发生，或者反应速率很小，由于电解过程中产生了氯气和氢气，所以要注意开窗通风，防止中毒和发生爆炸，D正确。 知识点二　铜的电解精炼　电镀 1．铜的电解精炼 (1)粗铜 ①主要成分：Cu。 ②杂质金属：比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等，比铜不活泼的有Ag、Pt、Au等。 (2)电解精炼示意图 (3)电极反应 (4)电解精炼的结果 粗铜中比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属失去电子形成的阳离子残留在溶液中，比铜不活泼的Ag、Au、Pt金属以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，阴极上得到精铜。 2．电镀 (1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 (2)目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。 (3)实例(铁钉镀铜) ①阴极：待镀铁钉(镀件)；电极反应：Cu2+＋2e－===Cu。 ②阳极：铜片(镀层金属)；电极反应：Cu－2e－===Cu2+。 ③电解质溶液：硫酸铜溶液(含有镀层金属离子的盐溶液)。 ④现象与结论：铜片逐渐溶解，铁钉表面有红色物质析出。 (4)电镀池的设计 一般都是用含有镀层金属离子的盐溶液作为电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；镀件与直流电源的负极相连，作为阴极。 (1)在Fe上镀Ag，应用Fe为阳极，Ag为阴极，AgNO3溶液为电镀液(　　) (2)电解精炼铜和电镀铜，电解质溶液中的c(Cu2+)均保持不变(　　) (3)在镀件上电镀铜时，可以用惰性材料作为阳极，用硫酸铜溶液作为电解质溶液(　　) (4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　　) (5)电解精炼铜和电镀铜过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量都相等(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)× 　 (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)镀层金属作为阳极时，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。 1．(2026·三明高二月考)某同学运用电解原理实现在铁棒上镀铜，设计如下图所示的装置。下列判断不正确的是(　　) A．a极是铁 B．液体c可用硫酸铜溶液 C．该实验过程中c(Cu2+)基本保持不变 D．b极上发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu 解析：选D。a极为铁，在a极上Cu2+发生还原反应生成铜，达到镀铜的目的，故A正确；电解质溶液应含铜离子，可为硫酸铜溶液等，故B正确；电镀时，阳极消耗铜，阴极析出铜，c(Cu2+)基本保持不变，故C正确；b极上发生氧化反应，电极反应为Cu－2e－===Cu2+，故D错误。 2．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯。回答下列问题： (1)电解时粗铜作为__________极，连接电源的________极，电极反应为___________________________________________________________ ____________；纯铜作为________极，电极反应为___________________________________________________。 (2)电解质溶液应选择________(填字母)。 A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液 C．ZnSO4溶液 (3)电解后，电解槽底部会形成含少量________等金属的阳极泥。 (4)若纯铜片增重6.4 g，则电路中通过电子的物质的量为________mol。 答案：(1)阳　正　Cu－2e－===Cu2+，Fe－2e－===Fe2+，Zn－2e－===Zn2+　阴　Cu2+＋2e－===Cu　(2)B　(3)Ag、Au (4)0.2 知识点三　电冶金　钒液流电池 1．电冶金 金属冶 炼本质 使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中置换出来，可表示为Mn＋＋ne－===M 电冶金 电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属 实 例 冶炼 钠 总反应式：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应：2Na＋＋2e－===2Na 冶炼 镁 总反应式：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应：Mg2+＋2e－===Mg 冶炼 铝 总反应式：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极反应：6O2-－12e－===3O2↑ 阴极反应：4Al3+＋12e－===4Al [说明]　(1)由于AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，因此冶炼铝时，电解的是熔点很高的Al2O3，为了降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)。 (2)电解熔融Al2O3的装置中，若阳极材料为石墨，则阳极生成的氧气会氧化石墨，故石墨需要不断补充。 2．钒液流电池 (1)工作原理：在全钒液流电池中，酸性溶液中钒通常以V2+、V3+、VO2+、VO等形式存在。充电时，VO2+在阳极被氧化为VO，V3+在阴极被还原为V2+；具有较高能量的产物被泵回储液罐，将能量储存起来。放电时，发生相反的过程，储液罐中的离子被泵回，在正极室和负极室分别得到或失去电子，释放电能。 (2)意义：以液流电池为代表的电化学储能技术可为可再生能源发电提供有力的支持，缓冲昼夜、季节的用电变化对电网的影响。 1．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 解析：选C。电解MgCl2获取金属镁时，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，因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应，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，则活性电极会失电子，所以阳极必须用惰性电极。 2．21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如右图所示，下列叙述正确的是(　　) A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C.阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2- D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子 解析：选C。由O2-的移动方向可知，b为电源正极，A错误；石墨电极为阳极，发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移0.4 mol电子，D错误。 3．(2026·青岛高二统考)液流电池是电化学储能领域的研究热点，其电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。下图是全钒液流电池的结构及工作原理示意图。 下列说法正确的是(　　) A．放电时，电子由A极流出经负载到B极 B．充电时，A极应与电源的负极相连 C．放电时，每转移1 mol e－，有1 mol H＋通过质子交换膜移向B极区 D．放电时，正极的电极反应式为VO＋2H＋＋ e－===VO2+＋H2O 解析：选D。放电时，电子从负极(B极)流出经负载到正极(A极)，A错误；充电时，原电池的正极(A极)应作为电解池的阳极，与电源正极相连，B错误；放电时，H＋作为阳离子移向正极(A极区)，C错误；放电时，正极发生还原反应，VO得电子被还原为VO2+，正极的电极反应式为VO＋2H＋＋e－ ===VO2+＋H2O，D正确。 1．(2026·福州高二质检)下列关于电解的说法错误的是(　　) A．电解过程中，两极分别发生氧化反应和还原反应 B．氯碱工业是指电解熔融的氯化钠 C．工业上常用电解法获得钠、镁、铝等活泼金属 D．电解法是最强有力的氧化还原手段 解析：选B。电解的本质是氧化还原反应，电解过程中，两极分别发生氧化反应和还原反应，A正确；氯碱工业是指电解饱和氯化钠溶液，B错误；钠、镁、铝的金属性强，工业上常用电解法获得钠、镁、铝等活泼金属，C正确；电解是在通电的条件下发生氧化还原反应，是最强有力的氧化还原手段，可以实现某些不能自发进行的氧化还原反应，D正确。 2．某电化学装置如右图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是(　　) A．电解质溶液中电子从B极移向A极 B．若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2+)保持不变 C．若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液的pH增大 D．若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等 解析：选D。电解质溶液通过离子移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜溶液，该装置为电解精炼铜装置，则溶液中c(Cu2+)减小，故B错误；若A、B均为石墨电极，电解总反应的化学方程式是2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，则通电一段时间后，溶液的pH减小，故C错误。 3．利用如下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式为Ag＋＋e－===Ag D．电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 答案：C 4．(双选)(2026·烟台高二联考)工业上，通过电解法制铝的过程中，Al2O3溶解并与冰晶石发生反应：Al2O3＋4AlF===3Al2OF＋6F－。已知，Al2OF在石墨电极参与反应转化为AlF，电池工作原理如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．a接电源的正极 B．阳极的电极反应式：2Al2OF＋12F－＋C－4e－===CO2↑＋4AlF C．电解过程中，电解液中AlF的物质的量不断减少 D．电解一段时间后需要补充石墨 解析：选AC。题图中石墨电极产生CO2，C元素化合价由0价升高到＋4价，可知石墨电极为阳极，则b接电源正极，阳极的电极反应式为2Al2OF＋12F－＋C－4e－===CO2↑＋4AlF；a接电源负极，阴极的电极反应式为AlF＋3e－===Al＋6F－，A错误、B正确；根据电极反应式和题目中已知的反应：Al2O3＋4AlF===3Al2OF＋6F－，可得总反应为2Al2O3＋3C3CO2↑＋4Al，因此电解液中AlF的物质的量不变，C错误；电解过程中阳极消耗石墨生成CO2，因此需要补充石墨，D正确。 5．工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如下图所示，F处加少量NaOH以增强溶液导电性)。 (1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源________极，D是电源________极。 (2)电解一段时间后，________由A口导出，________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电极反应式表示)______________________ __________________________________________________________________________________。 (3)若不采用阳离子交换膜，则OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为______________________________________________ __________________________________________________________ _______________________________________________。 (4)写出电解精制饱和食盐水的离子方程式：____________________________________________________ ____________________________________________________。 (5)阳离子交换膜的作用为________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (6)精制饱和食盐水从图中________(填“E”“F”“G”或“H”，下同)口补充，氢氧化钠溶液从图中________口流出。 解析：(1)电解池中，阳离子向阴极方向移动，由Na＋、H＋的移动方向可知，右侧电极为阴极，故C是电源负极，D是电源正极。 (2)电解一段时间后，左侧电极附近产生Cl2，右侧电极附近产生H2和NaOH，因此Cl2从A口导出，H2从B口导出；阴极附近水电离产生的H＋不断形成氢气逸出，导致溶液中OH－的浓度增大，碱性增强，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 (3)若不采用阳离子交换膜，则OH－向阳极移动，与Cl2发生反应，离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。 (4)电解精制饱和食盐水可制得氯气、氢气和氢氧化钠，反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (5)阳离子可以通过阳离子交换膜，阴离子和气体不能通过阳离子交换膜，这样OH－才能在阴极区富集；电解饱和食盐水时，阳极上Cl－失电子发生氧化反应生成Cl2，Cl2不能通过阳离子交换膜进入阴极区，如果Cl2进入阴极区则易和H2混合发生爆炸，且易和NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO而导致制得的NaOH不纯。 (6)Cl2在阳极生成，分析装置图可知，精制饱和食盐水应从阳极区补充，即E口；电解池中阴极上H＋得电子发生还原反应生成H2，OH－浓度不断增大，同时Na＋不断从阳极区进入阴极区，从而在阴极区得到浓度较高的NaOH溶液，NaOH溶液的出口为G。 答案：(1)负　正　(2)Cl2　H2　2H＋＋2e－===H2↑ (3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O　(4)2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　(5)阻止OH－移向阳极，使OH－在阴极区富集；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸，阻止Cl2进入阴极区，与OH－发生副反应　(6)E　G 学科网（北京）股份有限公司 $