电解原理的应用 （原卷版）-2024年人教版新高二化学复习讲义+习题

第25讲电解原理的应用

I颜羽目标

1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、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.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的

理解和应用。

笈翅识再毓

电解饱和食盐水的原理

--氯碱工业生产流程

氯碱工业产品及其应用

电极材料

电镀与电解精炼电极反应

溶液变化

电解原理金属冶族的本质

电冶金

的应用电极反应式

电解原理在物质多室电解池制备物质原理

制备中的应用多室电解池的分析思路

电化学原理在污染治理中的应用

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

1.电解饱和食盐水的原理

通电前：溶液中的离子是O

通电后：①移向阳极的离子是,比容易失去电子，被氧化成O

阳极：2c「一2屋=ChT(反应)。

②移向阴极的离子是,比容易得到电子，被还原成o其中H+是由水电离产生的。

阴极：2H2。+2屋=1127+20H-(反应)。

③总反应：

化学方程式为;

离子方程式为O

2.氯碱工业生产流程

工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。

(1)阳离子交换膜电解槽

ci2H2

精制嬴'I理£］僦(含少量NaOH)

NaCl溶液交换膜

(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na+等阳离子通过，不允许C「、01T等阴离子及气体分子通过，可以防止

阴极产生的与阳极产生______混合发生爆炸，也能避免与阴极产生的反应而影响

氢氧化钠的产量。

3.氯碱工业产品及其应用

(1)氯碱工业产品主要有等。

(2)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。

二、电镀电冶金

1.电镀与电解精炼

电镀是一种利用原理在某些金属表面镀上一薄层其他或的加工工艺。电镀的主要目

的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。

电镀电解精炼

—0

1-«|~~1

纯铜7粗铜

的片-(阴极)(阳极)

装置n

-二

售-铁件丰

_Cuso潞，液

CuSO,溶讯1

阳极材料镀层金属________—

阴极材料镀件金属________—

阳极反应——

阴极反应——

溶液变化Cl?+浓度________Cu2+浓度_______,金、银等金属沉积形成阳极泥

2.电冶金

(1)金属冶炼的本质：使矿石中的获得电子变成的过程。如M"++〃e-=M。

(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。

如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的电极反应式：

阳极:

阴极:

【归纳总结】

(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液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。

三、电解原理在物质制备中的应用

1.多室电解池制备物质原理

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,

即允许带某种电荷的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。

2.多室电解池的分析思路

四'电化学原理在污染治理中的应用

利用电化学原理把空气、水中的污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质，具有易于控制、无污染或

少污染、高度灵活性和经济性等优点。

考点01电解原理的应用

【例1】如图是电解饱和食盐水的装置，a、b为石墨电极。下列判断正确的是

A.a为正极，b为负极B.a极上有氯气放出

C.b极上发生氧化反应D.b极附近溶液显酸性

【变式1-11在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是

A.锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B.粕作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C.铁作阳极，镀件作阴极,溶液中含有亚铁离子

D.锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子

【变式1-2］以粗铜和碳棒作电极，硫酸铜溶液为电解质溶液电解精炼铜。下列叙述错误的是

A.与电源正极相连的是粗铜

B.阴极发生反应：Cu2++2e-=Cu

C.通电过程中，溶液中SO：向发生氧化反应的电极移动

D.通电一段时间，电解质溶液中c(Cu")不变

考点02电解的有关计算

【例2】以铭酸钾(KzCrCU)为原料，电化学法制备重铭酸钾(KzCnCh)的实验装置示意图如图。下列说法正确

A.CrOf在阳极放电，发生氧化反应

B.装置中的离子交换膜为阴离子交换膜

C.在阴极发生的电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2T

D.当电路中有0.4mol电子转移时，标况下产生气体的总体积为4.48L

【变式2-1】二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一、在稀H2s04溶液中利用电催化可将

C02同时转化为多种燃料，其原理如图所示，下列说法错误的是

+

A.左侧电极上的电极反应式为2H2O-4e=O2T+4H

B.离子交换膜为阳离子交换膜

C.一段时间后，阴极区溶液质量会减少

D.若阴极只生成0.15molCO和0.25molC2H4,则电路中转移电子的物质的量为3.3mol

【变式2-2］用电解法制备高纯金属铝和硫酸的原理如图所示。下列说法正确的是

A.b为直流电源的负极

B.A膜是阳离子交换膜，B膜是阴离子交换膜

C.阴极电极反应式为2H++2e=H2T

D.若有Imol离子通过A膜，理论上阳极生成0.5mol气体

考点03电解原理在物质制备中的应用

【例3】环氧乙烷(/°\)可用于生产乙二醇。电化学合成环氧乙烷(/°\)的装置如图所示:

CH2=CH2^

阳离子交换膜

pinBr；!H:OOH-O

口知：CH2=CH2-------►HOCH2CH2Br—>

下列说法错误的是

A.Pt电极接电源正极

B.制备Imol环氧乙烷，Ni电极区产生2molH2

C.Pt电极区的反应方程式为：CH2=CH2+Br2+H2O^HOCH2CH2Br

D.电解完成后，将阳极区和阴极区溶液混合才可得到环氧乙烷

【变式3-1】利用电沉积法制备纳米级金属银，具有制备晶体性能独特操作方法简便等优点，电解装置如图

所示，下列说法错误的是

*卜

碳棒I阳离子阴离子I镀银

I交换膜交换膜■铁棒

AIB■C

l%NaCl含Ni?+、Cl

NaOH溶液溶液的浓缩液

A.电解时，A室发生的电极反应为4OH--4-=。2个+2H2。

B.电解一段时间后，B室中氯化钠溶液的质量分数减小

C.为了提高电沉积效率，一段时间后，可向C室中补充NiC"溶液

D.电解时，C室中的C「经过阴离子交换膜进入B室

【变式3-2］工业上处理含Cr?。：的酸性工业废水用Fe为电极进行电解；经过一段时间有Cr(OH)3和

Fe(OH)3沉淀产生；过滤回收沉淀，废水达到排放标准。下列说法错误的是

A.电解时阴极的电极反应式为2H++2e-=凡1

3+2++3+

B.Cr2O；转变成Cr的离子反应方程式为6Fe+Cr2O；-+14H=6Fe"+2Cr+7H2O

C.两极都能用Cu电极来代替Fe电极

D.实验时若加入适量的Na2so4电解效果更好

考点04电化学综合考查

【例4】工业上利用双极膜电渗析法制取盐酸和氢氧化钠的装置如下图所示。图中的双极膜中间层中的H?0

电离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。

a%NaCl溶液

l；l

石

石

墨

墨H2OH20

电

电

极

极II11

NaCl溶液

H+H+

o'甲室

丙室°H

乙室

H2O双极膜~।；।~M111N~।（।双极膜HiO

（少量H+）b0/oNaCl溶液（少量OH）

下列有关说法错误的是

A.N表示阴离子交换膜

B.甲室流出的为氢氧化钠溶液

C.电解总反应:NaCl+H2ONaOH+HCl

D.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保

【变式4-1】利用甲醇（CH3OH）燃料电池电解CuSC）4溶液、MgCu溶液，装置如图所示:

5"功也2右』

七I墨AgPtPt

电极二电极

KOH溶赖过量CuSC>4溶液MgCU溶液

甲池乙池丙池

已知甲醇电池总反应式为2cH30H+3O2+4KOH=2K2cO3+6H2Oo下列说法正确的是

A.甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置

B.反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu（OH）2能使CuSC\溶液恢复到原浓度

C.甲池通入CHQH的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO；-+6H。

D.甲池中消耗280mL。②，此时丙池中理论上最多产生1.45g固体

【变式4-2］电解精炼铜的废液中含有大量的&?+和SO；,下图为用双膜三室电沉积法采用惰性电极回收

废液中铜的装置示意图。下列说法错误的是

A.电极b为阴极

B.a极发生反应的电极反应式为2Cl-2e-=C12T

C.交换膜n为阴离子交换膜

D.若浓缩室得到lL0.5mol/L的Na2sCU溶液，则阴极可回收12.8g铜（不考虑副反应）

lit关检测

1.下列图示中关于铜电极的连接错误的是

2.电解与日常生活密切相关，下列符合生产实际的是

A.电解熔融的氯化铝制取金属铝B.在镀件上镀锌时，用锌作阴极

C.电解法精炼粗铜时，用纯铜作阳极D.电解饱和食盐水制烧碱时，用涂馍碳钢网作阴极

3.下列描述中，不符合生产实际的是

A.电解熔融的氯化镁制取金属镁，用铁作阳极

B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C.工业上电解饱和食盐水制烧碱，用阳离子交换膜阻止0H一移向阳极

D.在镀件上电镀铜，用铜作阳极

4.粗铜中含有少量的Zn、Fe、Ag、Au等，采用电解法提纯，下列说法错误的是

A.可用硫酸铜溶液作电解质溶液

B.粗铜与电源的正极相连

C.在精炼过程中，Ag、Au沉积于阳极底部

D.在精炼过程中，阳极、阴极的质量变化量相等

5.用惰性电极进行电解，下列说法正确的是

A.电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变

B.电解稀NaOH溶液，要消耗OH1故溶液pH减小

C.电解NaNOs溶液，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1:2

D.电解CuCl?溶液，在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1:1

6.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是

A.电解时以精铜作阳极

B.电解时阴极上发生的反应为Cu-2e-=0?+

C.粗铜连接电源的负极，其电极反应为Ci?++2e-=Cu

D.电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥

7.欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是

A.Ag和AgCl溶液B.Ag和AgNCh溶液

C.Fe和AgNCh溶液D.Pt和Ag2so4溶液

8.某化学兴趣小组利用如图装置在铁棒表面镀上一层铜，下列有关的判断正确的是

b

电a-

流直流电源

方Y

向

d

i

--

r-E-z--

t.—-

r-三-

--

一-

.-

纥.

..

之..

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.--

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—-

.-

.r(..-

-.

.

.

A.a为阳极、b为阴极B.c为铁棒、d为铜棒

C.电子流向从bid—'CiaD.溶液中Cu?+向d极移动

9.以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下：装置工作时，下列有关说法正确

的是

电池

A.乙池电极接电池正极，气体X为Hz

B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池

C.NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度大

D.甲池电极反应：4CO^-4e'+2H2O=4HCO；+O2?

10.如图是某课题组设计的一种利用电解原理制取H2O2并用来处理工业废氨水的装置。为了不影响H2O2

的产量，需向废氨水中加入适量硝酸调节溶液的pH约为5。下列说法正确的是（）

A.阴极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2T

+

B.阳极的电极反应式为O2+2H+2e=H2O2

C.处理废氨水的过程中所发生的反应为3H2O2+2NH3・H2O=8H2O+N2T

D.工作过程中阳极附近溶液的pH逐渐增大

11.用如图所示装置（X、Y是直流电源的两极）分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确

的一项是

直流电源

选项X极实验前U形管中液体通电后现象及结论

A负极CuCb溶液b管中有气体逸出

B负极NaOH溶液溶液pH降低

C正极NazSCU溶液U形管两端滴入酚麟后，a