2.第四章 第二节 电解池（课件PPT）-【满分思维·一本通】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（人教版）

第四章　化学反应与电能 第二节 电解池 知识点（一） 电解原理 1. 电解 使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反 应的过程。 2. 电解池（也称电解槽） （1）概念：将电能转化为化学能的装置。 （2）构成条件 ①两个电极 阴极：与直流电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与直流电源正极相连的电极，发生氧化反应。 ②电解质溶液或熔融电解质 ③直流电源 ④构成闭合回路 3. 电解池的工作原理示意图 4. 电极反应规律 （1）阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的 是电解质中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋（酸）＞Pb2 ＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（水）＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 （2）阳极 ①首先看电极，如果是活性电极，则电极材料失去电子，被溶解；如果是 惰性电极，根据阴离子的放电顺序加以判断。 ②阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞最高价含氧酸根 离子。 　 　　｜特别提醒｜ 一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差悬殊，离子浓度 大的也可以先放电。如理论上H＋（酸）的放电能力大于Fe2＋、Zn2＋，但在电 解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时，由于溶液中c（Fe2＋）或c（Zn2＋）≫c （H＋），则先在阴极上放电的是Fe2＋或Zn2＋。 　　5. 用惰性电极电解电解质溶液的规律（短时间电解） 类 型 电极反应特点 实例 电解对 象 电解质 溶液 浓度变 化 pH变化 电解质 溶液复原 电 解 水 型 阴极：2H＋＋2e－ H2↑ 阳极：4OH－－4e－ 2H2O＋O2↑ NaOH H2O 增大 增大 加水 H2SO4 H2O 增大 减小 加水 Na2SO4 H2O 增大 不变 加水 类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质溶液浓度变化 pH变化 电解质 溶液复原 电解 电解 质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 通HCl CuCl2 电解质 减小 — 加CuCl2 放氢 生碱型 阴极：H2O发生电极反应放出H2生成碱 阳极：电解质阴离子放电 KCl 电解质 和水 生成新 电解质 增大 通HCl 放氧 生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O发生电极反应放出O2生成酸 CuSO4 电解质 和水 生成新 电解质 减小 加CuO或 CuCO3 掌握电解池相关计算的三种常用方法 （1）根据得失电子守恒计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产 物、相同电量等类型的计算，其依据是外电路中转移的电子数相等。 （2）根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据 总反应式列比例式计算。 （3）根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间 的桥梁，建立计算所需的关系式。 电解计算时常用的定量关系式为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～ 4Ag。 　　 　　[应用体验] （2026·安徽宿州高二月考）绿色化学又称环境友好化学，在化工生产 中发挥着重要作用，它鼓励对废弃物进行回收再利用，实现资源的循环利 用。某工厂尝试利用质子交换膜燃料电池处理工厂所产生的废气和废水， 装置如图所示。 已知：废气中NOx以NO2计。 （1）a电极发生 　 　（填“氧化”或“还原”）反应，A池中总反 应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 氧化　 4NO2＋O2＋2H2O 4H＋＋4N 解析　A池构成原电池，废气中NOx以NO2计，A池总反应式为4NO2＋O2＋2H2O 4HNO3，由题图所示，a电极上NO2转化为HNO3，N元素化合价升高，可知a电极发生氧化反应，a电极为负极，b电极为正极，H＋通过质子交换膜由a电极室移向b电极室；B池构成电解池，c电极连接原电池的正极、d电极连接原电池的负极，则c电极为阳极、d电极为阴极，M室电极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，N室电极反应式为Ni2＋＋2e－ Ni，M室H＋经交换膜e移向浓缩室，N室Cl－经交换膜f移向浓缩室，则e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜。 由分析可知a电极发生氧化反应，A池总反应的离子方程式为4NO2＋O2＋2H2O 4H＋＋4N 。 （2）c电极为 　　极，电极反应式为 　　　　　　　　　　　　。 阳　 2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑ 解析　由分析知c电极为阳极，c电极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑。 （3）e为 　　　　　（填“阳离子”或“阴离子”）交换膜，若导线中转 移2 mol电子时，则该装置可以处理废气中NO2的质量为 　　　g。 92 阳离子 解析　由分析可知e为阳离子交换膜；处理废气时NO2在a电极转化为HNO3，N元素化合价由＋4价升高为＋5价，若导线中转移2 mol电子时，根据得失电子守恒，该装置可以处理废气中的NO2的物质的量为 ＝2 mol，其质量为2 mol×46 g·mol－1＝92 g。 （4）当浓缩室得到2 L 0.5 mol·L－1盐酸时，N室溶液的质量减 轻 　　　　　g。 解析　N室相当于减少NiCl2，当浓缩室得到2 L 0.5 mol·L－1盐酸时，浓缩室新获得的HCl为2 L×（0.5 mol·L－1－0.1 mol·L－1）＝0.8 mol，则N室溶液减少NiCl2的物质的量为 ＝0.4 mol，溶液质量减轻0.4 mol×130 g·mol－1＝52 g。 52 知识点（二）　电解原理的应用　 1. 氯碱工业 （1）定义：习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 （2）电极反应式（注明反应类型） 阳极：2Cl－－2e－ Cl2↑（氧化反应）； 阴极：2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－（还原反应）。 （3）总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O 2OH－＋Cl2↑＋H2↑。 （4）离子交换膜法电解饱和食盐水 ①离子交换膜法电解饱和食盐水的原理示意图 ②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氢氧化钠的 产量和纯度。 （5）应用：制取烧碱、氯气和氢气。 2. 电镀 （1）定义：电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属 或合金的加工工艺。 （2）目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 （3）原理：电镀时，通常把镀层金属作阳极，待镀金属制品（镀件）作阴 极，含镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电源的作用下，阳极金属失电 子，溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，溶液中该金属离子在阴极获得电子 被还原为金属，覆盖在镀件上。 （4）电镀装置示意图 （5）实例 如在铁制品表面镀铜，可用CuSO4溶液作电解质溶液，电极反应分别为 阳极：Cu－2e－ Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－ Cu。 （1）电镀规律记忆口诀：镀层阳极待镀阴，镀层离子溶液跟；我与电解共 原理，浓度不变要记真。 （2）电镀特点：“1多、1少、1不变”。“1多”是指阴极上有镀层金 属沉积，“1少”是指阳极上有镀层金属溶解，“1不变”是指电解质溶液 的浓度不变。 　　｜特别提醒｜ 3. 电解精炼铜 （1）目的 ①降低粗铜中的杂质含量，从而提高铜的性能。 ②回收粗铜中的金、银等贵金属。 （2）电解精炼铜的装置示意图 （3）电解特点 电解结束后，阳极泥中含有Au、Pt、Ag等，电解质溶液中的金属阳离 子有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋、Cu2＋等，阴极得到精铜，但电解质溶液中Cu2＋ 的浓度减小。 4. 电冶金 （1）金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质，而从它们 的化合物中还原出来的过程：Mn＋＋ne－ M。 （2）电解法用于冶炼较活泼的金属（如钠、钙、镁、铝等），但不能电解 其盐溶液，应电解其熔融态盐。 如电解熔融的氯化钠可制取金属钠： 阳极反应式为2Cl－－2e－ Cl2↑； 阴极反应式为Na＋＋e－ Na； 总反应方程式为2NaCl（熔融） 2Na＋Cl2↑。 如电解熔融Al2O3制取金属Al： 阴极：Al3＋＋3e－ Al； 阳极：2O2－－4e－ O2↑； 总反应：2Al2O3（熔融） 4Al＋3O2↑。 　　｜特别提醒｜ AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电，所以电解法制取Al时只能电解熔 融的Al2O3，为了降低熔点可以加助熔剂冰晶石（Na3AlF6）。 1. 常见的离子交换膜 （1）阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 （2）阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 （3）质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 （4）双极膜，由一张阳离子交换膜和一张阴离子交换膜复合制成的阴、阳 复合膜。 理解离子交换膜在电化学中的应用 2. 离子交换膜的作用 （1）能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 （2）能选择性通过离子，起到平衡电荷的作用。 [应用体验] 电解Na2SO4溶液制备NaOH和H2SO4的装置示意图如图。 下列说法不正确的是（　　） A. Ⅰ区溶液pH下降 B. Ⅲ区发生电极反应：2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－ C. 理论上，每生成1 mol NaOH，同时生成0.5 mol H2SO4 D. 离子交换膜a为阳离子交换膜 √ 解析　Ⅰ区为阳极区，发生的电极反应为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，故Ⅰ区 溶液的pH下降，A正确；Ⅲ区为阴极区，发生的电极反应：2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，B正确；根据电极反应式分析可知，氢离子和氢氧根离子的生成 与电子转移的关系式：H＋～e－～OH－，故理论上每生成1 mol NaOH，同时生 成0.5 mol H2SO4，C正确；Ⅱ区中，流入的是硫酸钠浓溶液，流出的是硫酸钠 稀溶液，所以硫酸根离子和钠离子是需要通过离子交换膜流向两侧的，因此离 子交换膜a为阴离子交换膜，允许硫酸根离子移向阳极，D错误。 $