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第四章 化学反应与电能
2026年2月1日星期日
——电解原理的应用
工作单位：高级中学
任课教师：化学老师
人教版选择性必修一
温故知新
电解装置 电 解 原 理
溶液中的离子
阴极电极反应
阳极电极反应
电解池总反应
pH变化
溶液复原方法
Na+、Cl 、H2O
阴极附近pH增大，溶液pH增大
石墨
石墨
NaCl溶液
2Cl + 2H2O
H2↑ + Cl2↑ + 2OH
电解
加HCl
2Cl 2e ═ Cl2↑
2H2O + 2e ═ H2↑+ 2OH
电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业
+

H
O
Clˉ
Clˉ
精制饱和NaCl溶液
H2O（含少量NaOH）
NaOH溶液
淡盐水
氯碱工业原理
阳离子交换膜
阳离子交换膜的作用：防止Cl2与H2或NaOH发生反应
Na+
Na+
Na+
O
H
H
O
H
H
H
H
O
H
O
H
氯碱工业产品及应用
电解饱和食盐水
液碱
NaOH
有机合成
造纸
肥皂
纺织
印染
有机合成
氯化物合成
农药
盐酸
有机合成
金属冶炼
Cl2
HCl
H2
含氯消毒剂
湿氯气
湿氢气
练习与应用
练：工业电解饱和食盐水的装置如图，下列说法中错误的是（ ）
A. 装置出口①处的物质是氯气
B. 该离子交换膜只能让阳离子通过
C. a > b
D. X为阴离子，y为阳离子
C
①
②
a% NaOH溶液
b% NaOH溶液
饱和食盐水
淡盐水
离子交换膜
X
Y
练习与应用
练：利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法中正确的是（ ）
A. 电极B连接电源正极
B. A极区电解液为LiCl溶液
C. 阳极反应式为2H2O＋2e－ ═ H2↑＋2OH－
D. 每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过该离子交换膜
B
走进生活
若在金属铁表面镀上一层铜，应该如何设计实验装置？
实验活动
电解装置 电 解 原 理
能放电的微粒
阴极（镀件）
阳极（镀层）
电解池总反应
两极质量变化
溶液浓度变化
实验原理
Cu、SO42 、Cu2+、H2O
Fe
Cu
CuSO4溶液
Cu + Cu2+
Cu2+ + Cu
电解
阳极减少的质量等于阴极增加的质量
电解液的组成不变
Cu 2e ═ Cu2+
Cu2+ + 2e ═ Cu
电镀池
电镀：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。
电极：镀层金属作阳极，待镀金属作阴极
溶液：含有镀层金属离子的电解质溶液
特征：阳极减少的质量等于阴极增加的质量，电解液组成不变
若镀层金属和待镀金属为同一种金属，有什么工业价值？
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
H
+
Au
Au
Fe
Ag
Zn
Zn
Fe
Zn2+
+
+
+
+
+
+
+
Fe2+
+
Zn2+
Fe2+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
阳极泥
原理分析
比铜活泼的金属进入溶液，比铜不活泼的金属形成阳极泥
Cu2+
Cu2+
Au
Ag
Fe
Zn
Fe2+
Zn2+
SO42-
Cu2+
SO42-
SO42-
阳极泥
原理分析
精炼池
电解装置 电 解 原 理
阳极材料
阴极材料
阳极电极反应
阴极电极反应
两极质量变化
溶液组成变化
Zn、Fe 、Ni、Cu、Ag、Au等
阳极质量减少与阴极质量增加不相等
溶液中Cu2+浓度减少
纯铜
粗铜
CuSO4溶液
Cu
M 2e ═ M2+
Cu 2e ═ Cu2+
Cu2+ + 2e ═ Cu
练习与应用
练：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，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋A. 阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－═Ni
B. 电解后，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C. 电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt
D. 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
C
练习与应用
练：关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是（ ）
A. 都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B. 电解液的成分都保持不变
C. 阳极反应都只有Cu－2e－ ═ Cu2＋
D. 阴极反应都只有Cu2＋＋2e－ ═ Cu
D
电冶金
含义：用电解原理将钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属从熔融盐中还原出来的方法。
电解NaCl装置 电 解 原 理
自由移动离子
阴极反应
阳极反应
总反应
装置特点
Na+、Cl
阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开
2Cl 2e ═ Cl2↑
Na+ + e ═ Na
2NaCl
2Na + Cl2↑
电解
电解熔融Al2O3冶炼铝，并用冰晶石（Na3AlF6）作溶剂降低熔点
伏打电池的发明，引起了化学家利用 电解方法研究元素的兴趣。由电解法分离的元素及
利用新分离出的元素提纯的其他 元素如下表。
资料卡片
电解与元素的发现
1807年 戴维电解熔融碳酸钾制得钾；电解熔融碳酸钠制得钠
1808年 戴维电解一种碱土金属氧化物与汞的混合物，得到汞齐后再蒸去汞，分别制得镁、钙、锶、钡
1808年 戴维等用钾还原无水硼酸制得单质硼
1823年 瑞典的贝采里乌斯（J. J. Berzelius，1779—1848）用钾还原四氟化硅得到单质硅
1825年 丹麦的奥斯特（H. C. Oersted，1777—1851）用钾汞齐还原无水氯化铝得到铝
1886年 法国的莫瓦桑（H. Moissan，1852—1907）在无水HF中电解KHF2 制得单质氟，获得1906 年诺贝尔化学奖
许多有机化学反应包含电子的转移， 使这 些反应在电解池中进行时称为电有机合成。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（CH2=CHCN），再用丙烯腈电合成己二腈。电合成己二腈的反应如下：
与其他有机合成相比，电有机合成具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点。
资料卡片
电有机合成
2H2O 4e ═ O2↑ + 4H+
阳极：
阴极：
2CH2=CHCN + 2H+ + 2e ═ NC(CH2)CN
总反应：
4CH2=CHCN + 2H2O ═ 2NC(CH2)CN + O2↑
电解装置 电 解 原 理
阴极电极反应
阳极电极反应
电解池总反应
电子守恒
电荷守恒
基本定量关系
2H2O 4e ═ O2↑ + 4H+
Cu2+ + 2e ═ Cu
4e ~ 2Cu ~ O2
石墨
石墨
CuSO4溶液
2Cu2+ + 2H2O
2Cu + O2↑ + 4H+
电解
Cu2+ ~ 2H+
电解计算
4e ~ 2Cu ~ O2 ~ 4H+
外电路转移电子数 = 内电路移动电荷数 = 两极变价总数
练习与应用
练：用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2 mol电子时停止通电。若此溶液体积为2 L，则所得电解液的pH是（ ）
A. 1
B. 8
C. 13
D. 14
C
练：用惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，阴极无气体逸出，则阴极上析出Cu的质量为（ ）
B
练习与应用
A. 0.64g
B. 1.28g
C. 2.56g
D. 5.12g
练：将1 L含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为（ ）
B
练习与应用
A. 3.36 L
B. 5.6 L
C. 6.72 L
D. 13.44 L
练：500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3－)＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到 0.1 mol 气体，下列说法正确的是（ ）
A
练习与应用
A. 原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1
B. 上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C. 电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D. 电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
练：在如图所示的装置中，若通直流电 5min时，铜电极质量增加 2.16g。试回答下列问题:
练习与应用
(1) 电源中X电极为直流电源的________极
(2) pH变化：A：________，B：________，C：________
(4) 若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为__________
(3) 通电5min时，B中共收集224mL(标准状况下)气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________

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