专题1 第二单元 第七课时 电解原理的综合应用（学习讲义）-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修1 化学反应原理学生用书word（苏教版）

本讲义聚焦电解原理的综合应用核心知识点，涵盖离子交换膜的类型及作用，系统梳理其在物质制备（如高铁酸钠、己二腈合成）和环境保护（如氮氧化物处理、含铬废水降解）中的应用，通过多室电解池案例构建从基础原理到实际应用的学习支架，巩固电解问题分析及电极反应式书写方法。 该资料以真实情境案例驱动学习，如电解制备高铁酸钠、电合成己二腈等探究活动，培养学生科学思维与科学探究能力。离子交换膜分类及分析步骤的归纳总结强化化学观念，课中助力教师引导学生深度分析，课后对点训练和随堂演练帮助学生查漏补缺，提升知识应用与问题解决能力。

第七课时　电解原理的综合应用 1.了解离子交换膜的类型及其作用。 2.了解电解原理在物质的转化与制备、水处理和废物回收利用方面的广泛应用。 3.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。 知识点一　电解原理在物质制备中的应用 　　电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 1.高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。 （1）电解时，铜电极连接电源　　　　极。 （2）离子交换膜a是　　　　离子交换膜。 （3）阳极电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。 2.电的发明“颠覆”了对化学变化的传统认识，一些在通常条件下不能进行的化学反应在通电条件下成为现实。例如，制造尼龙－66的原料己二腈［NC（CH2）4CN］用量很大，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成己二腈。如改用电合成法，则先以丙烯为原料制备丙烯腈（CH2CHCN），再用丙烯腈电合成己二腈。已知电合成己二腈的总反应为2CH2CHCN＋H2ONC（CH2）4CN＋O2↑。 阳极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　， 阴极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 归纳总结 离子交换膜及其应用 1.离子交换膜概念 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。 2.离子交换膜分类及其特点 　注意：①阳离子通过阳离子交换膜移向原电池的正极或电解池的阴极。 ②阴离子通过阴离子交换膜移向原电池的负极或电解池的阳极。 ③通过交换膜的离子带的电荷数等于外电路转移的电子数。 3.离子交换膜的作用 （1）平衡左右两侧电荷，得到稳定电流。离子交换膜能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 （2）阻隔某些离子或分子通过，防止某些副反应的发生。离子交换膜能将两极隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 4.交换膜电解池的分析步骤 5.与交换膜相关的计算 （1）迁移离子所带的电荷数总是等于外电路上转移的电子数。 （2）溶液质量变化等于电极反应引起的质量变化和离子迁移引起的质量变化之和。 1.现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解Na［B（OH）4］溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。 下列叙述错误的是（　　） A．M室发生的电极反应：2H2O－4e－O2↑＋4H＋ B．N室：a＞b C．产品室发生的反应是［B（OH）4］－＋H＋H3BO3＋H2O D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2 L气体 2.利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。 下列说法正确的是（　　） A．电解过程中，H＋由b极区向a极区迁移 B．电极b上发生的反应为CO2＋8HC－8e－CH4＋8C＋2H2O C．电解过程中电能转化为化学能 D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变 3.钴（Co）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是（　　） A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大 B．生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g C．去掉两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变 D．电解总反应：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋ 知识点二　电解原理在环境保护中的应用 氮氧化物（NOx）会造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等危害，不仅破坏自然生态环境，而且还会严重危害人类健康。采用合适的还原剂能够实现烟气的高效脱硝。 （1）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”）；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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）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、＋4价。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成N、N。可采用电解法将上述吸收液中的N转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图所示。阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 1.电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染，将N降解成N2的电解装置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．电源的正极为b极 B．电解时H＋从膜右侧迁移到膜左侧 C．Ag－Pt电极反应为2H2O－4e－4H＋＋O2↑ D．若转移的电子数为1.204×1024，生成N2 5.6 g 2.（人教版习题改编）某工厂采用电解法处理含铬废水，利用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如图，下列说法不正确的是（　　） A．a为电源正极 B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O C．若不考虑气体的溶解，当收集到H2 13.44 L（标准状况）时，有0.2 mol Cr2被还原 D．阴极区附近溶液pH增大 题后点拨 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。 1.如图所示，某同学设计了一种电解法制取Fe（OH）2的实验装置，通电后生成的气体带走溶解氧，使溶液中产生的白色沉淀能较长时间不变色。下列说法中正确的是（　　） A．电源中a为负极，b为正极 B．B电极发生的反应为2H＋＋2e－H2 C．A、B两端都必须使用铁作电极 D．电解池中的电解液可以是CuCl2溶液 2.科学家利用电化学装置实现分子的耦合转化，其原理如图所示。 下列说法正确的是（　　） A．a为电源的正极 B．若生成的乙烯和乙烷的物质的量之比为2∶1，则消耗CH4和CO2的物质的量之比为6∶5 C．O2－从电极Y传导到电极X D．每消耗1 mol CH4，电路中转移3 mol电子 3.近年研究发现，电催化CO2和含氮物质（N等）在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO（NH2）2，电解原理如图所示。下列说法不正确的是（　　） A．电极b是阳极，电极表面发生氧化反应 B．电解过程中生成尿素的电极反应式是2N＋16e－＋CO2＋18H＋CO（NH2）2＋7H2O C．电解时阳极区的pH下降，阴极区的pH增大 D．当电极a生成0.25 mol CO（NH2）2，电极b生成22.4 L O2 4.用如图所示装置，可由乙二醛制备乙二酸，反应原理为OHC—CHO＋2Cl2＋2H2OHOOC—COOH＋4HCl。下列说法正确的是（　　） A．该装置将化学能转化为电能 B．Pt1电极的反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－ C．盐酸除有增强溶液导电能力的作用，还提供Cl－参与电极反应 D．理论上每得到0.1 mol乙二酸，将有0.2 mol H＋从右室迁移到左室 5.在特定条件下利用铂电极（阳极为铂丝）电解饱和硫酸氢钾溶液的方法制备K2S2O8（过二硫酸钾）。电解液中主要含有K＋、H＋和HS，电流通过溶液后，发生电极反应。阳极的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　， X为　　　　（填“质子”“阳离子”或“阴离子”）交换膜，当电路中有0.2 mol电子转移时，两边溶液的质量之差为　　　。 完成课后作业　专题1　第二单元　第七课时 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $ 第七课时　电解原理的综合应用 知识点一 探究活动 1.（1）提示：电解时，铜电极作阴极，应接电源的负极。 （2）提示：通过离子交换膜a的是Na＋，故为阳离子交换膜。 （3）提示：铁作阳极，铁放电生成Fe，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－Fe＋4H2O。 2.提示：2H2O－4e－O2↑＋4H＋ 4CH2CHCN＋4H＋＋4e－2NC（CH2）4CN 对点训练 1.B　M室为阳极室，水中的OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，A正确；N室，水中的H＋放电，2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，原料室中Na＋移动到N室，c（NaOH）增大，B错误；原料室中的[B（OH）4]－移向产品室，M室中生成的H＋移向产品室，二者反应生成产品，C正确；根据关系式：H3BO3～H＋～H2，理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2 L气体，D正确。 2.C　此电池为电解池，电能转化为化学能，由a电极产生O2可以判断出a极为阳极，b极为阴极，阳离子向阴极流动，则阳离子H＋由a极区向b极区迁移，A错误，C正确；电极b上CO2发生得到电子的还原反应，电极b上发生的反应为CO2＋8HC＋8e－CH4＋8C＋2H2O，B错误；根据a极的反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，生成的H＋通过质子交换膜移向b极区，实质是电解水，所以Na2SO4溶液的浓度增大，D错误。 3.D　由题图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成O2和H＋，电极反应为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，Ⅰ室中放电生成的H＋通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动；钴电极为阴极，Co2＋在阴极得到电子发生还原反应生成Co，电极反应为Co2＋＋2e－Co，Ⅲ室中Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋。由分析可知，氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中H＋浓度增大，溶液pH减小，A错误；阴极生成1 mol Co，阳极有1 mol水放电，产生的O2逸出，H＋迁移到Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g，B错误；去掉离子交换膜，Cl－的放电能力强于水，Cl－会在阳极失去电子发生氧化反应生成Cl2，则石墨电极上发生的反应会发生变化，C错误；电解总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，D正确。 知识点二 探究活动 提示：（1）①A　阳　②NO2－e－＋H2ON＋2H＋ （2）2N＋8H＋＋6e－N2↑＋4H2O 对点训练 1.D　根据题意分析可知，Ag-Pt电极只能作阴极，b极为电源负极，A项错误；阳离子向阴极移动，故质子应是由左侧向右侧迁移，B项错误；阴极得到电子，C项错误；根据N原子守恒可知2N～N2～10e－，若转移电子数为1.204×1024即转移2 mol电子时，生成0.2 mol N2，生成N2的质量为5.6 g，D项正确。 2.C　由图可知，右侧生成氢气，发生还原反应，右侧铁板为阴极，故左侧铁板为阳极，故a为电源正极，A正确；左侧铁板为阳极，铁放电生成Fe2＋，Fe2＋被溶液中的Cr2氧化，反应生成Cr3＋、Fe3＋，反应的离子方程式为Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B正确；标准状况下13.44 L氢气的物质的量为＝0.6 mol，根据电子转移守恒n（Fe2＋）＝＝0.6 mol，根据Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，被还原的Cr2的物质的量为0.6 mol×＝0.1 mol，C错误； 阴极氢离子放电生成氢气，c（H＋）降低，溶液的pH增大，D正确。 【随堂演练】 1.B　通电后生成的气体带走溶解氧，故B电极产生H2，B电极为阴极，b为电源负极，A错误；B电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑或2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，B正确；A电极为阳极，是铁电极，铁发生氧化反应生成Fe2＋，B电极可以是铁作电极，也可以为惰性电极，C错误；若电解液是CuCl2溶液，则阴极是Cu2＋被还原生成Cu，无法生成H2带出O2，且无OH－生成，不能生成Fe（OH）2，D错误。 2.B　由原理图可知，电极X上CO2→CO，C元素发生还原反应，电极X为阴极，阴极反应式为CO2＋2e－CO＋O2－，电极Y为阳极，阳极上生成一定量的乙烯和乙烷混合气体。电解质传导O2－，O2－从阴极电极X传导到阳极电极Y，C错误；连接阴极的a极为负极，A错误；设生成乙烯和乙烷分别为2 mol、1 mol，由碳原子守恒可知，消耗6 mol甲烷，由得失电子守恒可知，消耗的CO2为＝5 mol，则相同条件下，消耗甲烷和CO2的物质的量之比为6∶5，B正确；消耗甲烷，但不知生成的是乙烯还是乙烷，不能计算转移电子数，D错误。 3.D　由H＋的移动方向可知，电极a是电解池阴极，电极反应式为2N＋16e－＋CO2＋18H＋CO（NH2）2＋7H2O，电极b为阳极，电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，A、B正确；根据阳极、阴极电极反应式可知，电解时阳极区的pH下降，阴极区的pH增大，C正确；没有指明气体是否处于标准状况下，不能计算生成氧气的体积，D错误。 4.C　该装置为电解池，可将电能转化为化学能，A错误；Pt1为阴极，阴极上发生得电子的还原反应，左室电解质溶液呈酸性，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，B错误；盐酸作为电解质溶液，有提供Cl－的作用，Cl－在Pt2极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－Cl2↑，此外，盐酸还有增强溶液导电能力的作用，C正确；由反应OHC—CHO＋2Cl2＋2H2OHOOC—COOH＋4HCl可知，每生成1 mol乙二酸转移4 mol e－，将有4 mol H＋从右室迁移到左室，则理论上每得到0.1 mol乙二酸，将有0.4 mol H＋从右室迁移到左室，D错误。 5.2HS－2e－S2＋2H＋　质子　0.2 g 解析：电解饱和硫酸氢钾溶液制备过二硫酸钾，阳极反应为2HS－2e－S2＋2H＋；阴极反应为2H＋＋2e－H2↑。当电路中有0.2 mol电子转移时，阳极区向阴极区转移0.2 mol H＋，阴极区消耗0.2 mol H＋产生氢气，阴极区溶液的质量不变。 学科网（北京）股份有限公司 $