第27课时 电解原理的应用
学习目标 知识网络
1. 熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。2. 会书写相关的电极反应式及化学方程式。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属( )
(2) 以铁作阳极、铂作阴极，电解饱和食盐水，可以制备烧碱( )
(3) 电解法精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极( )
(4) 工业电解精炼铜时，粗铜与外电源的正极相连( )
(5) 电解饱和食盐水，阴极室的产物是氢气和氢氧化钠( )
(6) 电镀时，应把待镀金属置于电解槽的阴极( )
(7) 电解饱和氯化钠溶液可以冶炼金属钠( )
(8) 氯碱工业中的阳离子交换膜可以换成阴离子交换膜( )
电冶金
利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
1. 图例说明
图示为冶炼钠的示意图，阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。
2. 冶炼钠、镁和铝的电极反应式
冶炼金属 总反应 电极反应式
钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：______________________________________________________阴极：______________________________________________________
镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：______________________________________________________阴极：______________________________________________________
铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：______________________________________________________阴极：______________________________________________________
粗铜精炼
粗铜(含Zn、Fe)精炼的示意图及电极反应式如下：
阳极(粗铜)：Cu－2e－===Cu2＋、
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋
阴极(精铜)：Cu2＋＋2e－===Cu
[常考归纳]
(1) 在电解精炼铜时，用________作阳极，用________作阴极，电解液用____________。整个电解过程中铜盐的浓度__________(填“变大”或“变小”)。
(2) 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质(如Zn、Fe、Ni等)也会同时失去电子。而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能力比铜弱，不参与反应，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。
电镀
1. 定义：电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他________________的过程。电镀是电解的一个重要应用。
2. 特点：电镀时，一般都是用镀层金属的可溶性盐配成电镀液，把镀件作为____极，与电源的____极相连；镀层金属作____极。阳极本身溶解，电解液的总量、浓度、pH均________(填“不变”或“改变”)。
电镀银原理示意图
电解饱和食盐水(氯碱工业)
1. 示意图
2. 反应原理
阳极：________________________________________________________________________
阴极：________________________________________________________________________
总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
注意：电解所用的食盐水要精制。
3. 离子交换膜
Na＋从左室向右室迁移，故应用阳离子交换膜。
类型1 精炼
研究小组以粗铜(含Ag、Fe等金属)、纯铜为电极，聚丙烯酸钠-氨水溶液为电解质，进行精炼铜模拟实验，电解过程中阳极的电极反应式为Cu＋4NH3－2e－[Cu(NH3)4]2＋。下列说法正确的是( )
A. 阳极泥中主要含Ag、Fe单质
B. 电解过程[Cu(NH3)4]2＋向阳极移动
C. 电解开始阶段，阴极有H2产生
D. 电解后阶段，阳极生成1 mol [Cu(NH3)4]2＋的同时阴极生成1 mol Cu
类型2 原电池和电解池串联装置
某同学设计了一个燃料电池并探究铜的精炼原理和电镀原理，如图所示。下列说法正确的是( )
A. 一段时间后，甲装置中溶液pH升高
B. 电解一段时间后，乙、丙装置中CuSO4溶液的浓度均不变
C. 通入氧气的一极为正极，正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D. 丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片
类型3 电解饱和食盐水
(2025·惠州期末)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。
(1) 装置中的离子膜只允许________(填“阳”或“阴”)离子通过，氯气的逸出口是________(填字母)。
(2) 该装置中阴极的电极反应式为_______________________________________________________。
(3) 每生成标准状况下的2.24 L Cl2时，装置左侧溶液质量减少________g。
1. 下列有关电解原理的应用的说法正确的是( )
A. 氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝
B. 电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极
C. 电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D. 在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连
2. (2025·肇庆期末)工业上用电解法精炼粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Zn)装置如图所示。已知：H2SiF6为强酸，PbSiF6的电离方程式为PbSiF6===Pb2＋＋SiF。下列说法正确的是( )
A. Y极材料为粗铅
B. 通电过程中，溶液中c(Pb2＋)不变
C. 通电时，SiF向X极移动
D. 阳极泥的成分包括Cu、Ag和Zn
3. 某学校兴趣小组进行电化学原理的实验探究，装置如图所示。
回答下列问题：
(1) A装置是________(填“原电池”或“电解池”)，通O2的Pt电极为____极(填“正”或“负”)，其电极反应式为________________________________________________________________________。
(2) 若B装置为电镀池，目的是在某铁镀件上镀一层铜，则X电极材料为________，Y电极的反应式为________________________________________________________________________。
(3) 若B装置为电解精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则在________电极(填“X”或“Y”)周围有固体沉积。
(4) 若X、Y均为Pt电极，B装置的电解质溶液为500 mL 1.0 mol/L NaCl溶液，当装置工作一段时间后，B电池溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入________。
(5) 若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O。写出该电极发生的电极反应式为_____________________________________ _______________________________________________________________________________________。
配套新练案
第27课时 电解原理的应用
1. 电解原理具有广泛的应用。下列关于电解池装置的叙述错误的是( )
甲 乙 丙 丁
A. 装置甲可以在铁钉上镀铜
B. 若装置乙可以电解精炼铜，则X电极为纯铜
C. 装置丙的a端产生氯气
D. 装置丁可以观察到白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变为红褐色
2. (2025·惠州)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。下列说法正确的是( )
A. 电极A接电源正极，发生还原反应
B. 电极B的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C. 离子交换膜应选用阴离子交换膜
D. 改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
3. 电解法用粗铜(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯铜的装置如图所示。下列叙述错误的是( )
A. a是粗铜，作阳极，发生氧化反应
B. 电解时，b极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
C. 电解时，外电路每通过0.2 mol 电子，阳极上减轻的质量为6.4 g
D. 电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
4. (2025·广东佛山)海水直接电解制H2，其工作原理如图所示，透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是( )
A. a为电解池的阴极
B. b的电极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C. 去除透气膜，a极发生的电极反应不变
D. 电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小
5. (2025·广东深圳期末)利用太阳能驱动转化CO2有利于节能减排，解决能源短缺问题。光电协同转化CO2的示意图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 半导体电极接电源正极
B. Pt电极产生22.4 L O2，该装置可转化2 mol CO2
C. 半导体电极反应：Cat＋e－===Cat－
D. 装置工作时，电路中转移4 mol e－，Pt电极区溶液质量减少32 g
6. 可利用三室式电解法电解Na2SO4溶液制备硫酸、NaOH溶液、H2和O2，原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 阴极区加入NaOH稀溶液增强导电性
B. a可使用阳离子交换膜
C. 电解时阴极区发生还原反应
D. 电解时阳极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
7. 现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石蕊电极和如图所示电解槽，用离子交换技术原理，可电解K2SO4溶液生产KOH和H2SO4溶液。下列说法正确的是( )
A. K2SO4溶液从E口加入
B. 从D口出来的是KOH溶液
C. 膜a是阳离子交换膜，允许K＋通过
D. 阴极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
8. 可利用碱性锌-空气电池(反应原理：2Zn＋O2===2ZnO)电解处理含铜污水，回收铜单质，并制备较高浓度硫酸，电解装置如图所示。下列说法错误的是( )
A. b膜是阴离子交换膜
B. 电解装置工作一段时间后，Ⅰ区溶液中Na2SO4的浓度不变
C. 理论上，每生成1.6 g气体X，有0.2 mol H＋从Ⅰ区经a膜移向Ⅱ区
D. N极为电源负极，电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
9. (2024·深圳外国语学校)废旧锂离子电池的回收利用具有重要的经济和环境意义。一种将废旧锂离子电池的正极材料Li1－xFePO4转化为LiFePO4的装置如图所示，工作时在厌氧细菌作用下，甲酸盐转化为CO2。已知右侧装置为原电池，电极a、b、c本身均不参与反应。下列说法错误的是( )
A. H＋在b电极上得到电子被还原
B. 装置工作时，A室溶液的pH逐渐减小
C. a电极的电极反应式为HCOO－－2e－===CO2↑＋H＋
D. d电极的电极反应式为
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
10. (2024·湛江第二中学)利用镁-次氯酸盐电池为电源，模拟电浮选凝聚法处理污水示意图如图所示，通过铁和石墨电极在污水中电解，利用污水中溶解的氧将生成的Fe2＋转化为Fe(OH)3沉淀吸附污染物，气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，从而达到净水的目的。下列说法错误的是( )
A. 镁-次氯酸盐电池总反应的离子方程式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－
B. M应是石墨电极，N应是铁电极
C. 生成Fe(OH)3沉淀反应的离子方程式为4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋
D. 将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层的气泡成分主要是H2
11. (2025·广东佛山)通过电解含锰废水可回收Mn、MnO2和H2SO4产品，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A. 惰性电极a连接电源的负极
B. 膜X类型为阳离子交换膜
C. Ⅲ室发生的电极反应：Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋
D. 当电路中通过1 mol电子，从溶液中回收锰元素的质量为55 g
12. (2025·广州期末)(1) 以该沼气电池作为电源，电解足量的饱和CuSO4溶液，装置如图所示。
①为实现向铁棒上镀铜，电极c的电极材料为_______(填“铁”或“铜”)，电极d的实验现象是____________________________。通电一段时间后，溶液中的Cu2＋浓度________(填“增大”“减小”或“基本不变”)。
②若电极c、d均为惰性电极，则电解总反应为_____________________________________________ ______________________________________________________________________________________。
(2) 利用电解也可以进行含铬废水处理，以铁板做阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最终金属离子转化为氢氧化物沉淀而除去，原理如图所示。
①阳极反应式为________________________________________________________________________。
②电解一段时间，阴极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。电路中每转移12 mol电子，则理论上除去的Cr2O的物质的量为________。
13. 氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，元素质量传输和转化关系如图所示，其中电极未标出，所用离子交换膜只允许阳离子通过。
(1) 电解池A中发生反应的化学方程式是_________________________________________________ ______________________________________________________________________________________。
(2) 图中Y是____________(填化学式)，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，则至少转移电子________mol。
(3) 由图可知，NaOH的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为_____________________________ _________________________________________________。
14. Na2FeO4是一种常用的净水剂，利用电解法生产Na2FeO4的装置如图所示。
(1) Fe电极作________(填“阴”或“阳”)极，Fe电极上发生的电极反应式为______________________ ________________________________________________。
(2) 右侧的离子交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
第27课时 电解原理的应用
基础辨析
(1) × (2) × (3) √ (4) √ (5) √ (6) √ (7) × (8) ×
核心笔记
重难点1
2. 2Cl－－2e－===Cl2↑ Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg
2O2－－4e－===O2↑ Al3＋＋3e－===Al
重难点2 [常考归纳] (1) 粗铜 纯铜 可溶性铜盐 变小
重难点3 1. 金属或合金 2. 阴 负 阳 不变
重难点4 2. 2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
分类举题
例1 C 【解析】Fe比铜活泼，优先于Cu放电，阳极泥中不含Fe，A错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，B错误；电解开始时，溶液中不含[Cu(NH3)4]2＋，故电解开始阶段，阴极上水放电产生H2，C正确；电解后阶段，阳极可能仍有其他比铜活泼的金属失电子，故阳极生成1 mol [Cu(NH3)4]2＋的同时阴极不一定生成1 mol Cu，D错误。
例2 D 【解析】甲装置为碱性燃料电池，总反应为CH3OCH3＋3O2＋4OH－===2CO＋5H2O，OH－参与反应，且有水生成，故甲装置中溶液pH降低，A错误；乙装置中粗铜接甲装置的正极，故粗铜为阳极，阳极上铁、锌、铜均能失电子，精铜阴极上只有铜离子得电子，故乙装置中CuSO4溶液的浓度会减小，B错误；通入氧气的一极为正极，碱性条件下，反应物中不能出现H＋，故正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；丙装置的b极接甲装置的负极，故b为阴极，电镀时，镀件作阴极，b应为铁片，D正确。
例3 (1) 阳 a (2) 2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－ (3) 11.7
【解析】(1) 为防止Cl2和OH－反应，同时防止氢气和氯气混合发生爆炸，则装置中的离子膜只允许Na＋通过，不允许阴离子和气体通过；阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，则氯气的逸出口是a。(2) 该装置中，阴极H2O得电子发生还原反应生成H2，电极反应式为2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－。(3) 每生成标准状况下的2.24 L Cl2即0.1 mol Cl2时，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，质量减少0.1 mol×71 g/mol＝7.1 g，Na＋向阴极移动，质量减少0.1 mol×2×23 g/mol＝4.6 g，则左侧溶液质量一共减少：7.1 g＋4.6 g＝11.7 g。
质量评价
1. C 【解析】氯化铝为共价化合物，熔融状态不导电，工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，A错误；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，B错误；在铁制品上镀银时，银为镀层金属，铁为镀件，则铁制品与电源负极相连，银与电源正极相连，D错误。
2. A 【解析】电解法精炼粗铅，粗铅作为阳极，与外接直流电正极相连，Y极为阳极，X极为阴极。Y极材料为粗铅，A正确；Zn比Pb活泼，通电过程中由于Zn先放电，阴极上Pb2＋先得电子，所以溶液中c(Pb2＋)降低，B错误；阴离子向阳极移动，SiF向Y极移动，C错误；Zn会先放电，所以阳极泥的成分不包括Zn，D错误。
3. (1) 原电池 正 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2) Cu Cu2＋＋2e－===Cu
(3) X (4) 增大 HCl气体
(5) 2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
【解析】(1) A装置是燃料电池属于原电池，B装置是电解池，通氧气的一极是正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2) 电镀时，镀件作阴极、镀层金属作阳极、含有镀层金属的盐溶液作电解质，X与正极相连，X是阳极，所以X电极材料为Cu；Y与负极相连，作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。(3) 电解法精炼铜，粗铜作阳极、精铜作阴极，粗铜中铜及活泼性大于铜的金属失电子，活泼性小于铜的金属不能失电子，X是阳极，所以在X极周围有固体沉积成阳极泥。(4) 惰性电极电解NaCl溶液的总反应为2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，则电解后溶液pH增大，则要使该溶液恢复到原来的状态，可通入HCl气体。(5) X极发生氧化反应，铜失电子生成Cu2O，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O↓＋H2O。
配套新练案
第27课时 电解原理的应用
1. D 【解析】Cu与电源正极相连，为阳极，失去电子，Cu2＋在阴极上得到电子，故可以在铁钉上镀铜，A正确；电解精炼铜时，纯铜作阴极，则X电极为精铜，B正确；a端为阳极，发生氧化反应，生成Cl2，C正确；铁作阴极，被保护，不溶解，D错误。
2. D 【解析】装置外接电源，为电解池，电极A上氯离子失电子转化为Cl2，电极A为阳极，连外电源正极，发生氧化反应，A错误；电极B为阴极，O2得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；为了防止电极A生成的氯气和碱反应，离子交换膜应为阳离子交换膜，防止电极B产生的OH－进入左侧，C错误；与传统装置相比，改进设计中电极B通入氧气，通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，D正确。
3. C 【解析】粗铜作阳极，连接原电池正极，铜、铁、锌等失电子发生氧化反应，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋等，电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上放电的不一定全部是Cu，故减轻的质量不一定为6.4 g，C错误。
4. B 【解析】阴离子OH－向a极移动，故a为电解池的阳极，发生氧化反应，生成氧气，A错误；b电极上的电极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；去除透气膜，由于离子放电能力：Cl－＞OH－，所以海水中Cl－在阳极发生氧化反应，故a极的电极反应发生变化，C错误；电解池工作时，水不断通过透气膜进入a、b两极发生反应，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大，D错误。
5. C 【解析】根据Pt电极上H2O转化为O2，发生氧化反应，则Pt为阳极，半导体电极为阴极，阴极接电源负极，A错误；未指明标准状况下，无法计算22.4 L O2物质的量，则无法确定转化CO2的量，B错误；半导体电极为阴极，由图可知，电极反应式为Cat＋e－===Cat－，C正确；电路中转移4 mol e－，Pt电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Pt电极区溶液中逸出1 mol O2，还有4 mol H＋通过质子交换膜移至半导体电极区，溶液质量减少1 mol×32 g/mol＋4 mol×1 g/mol＝36 g，D错误。
6. D 【解析】为了增强溶液导电性，电解开始前阴极区中加入的溶液为NaOH溶液，A正确；Na＋需要进入阴极区，SO需要进入阳极区，故a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，B正确；电解时，阴极上得到电子，发生还原反应，C正确；电解时，阳极上失去电子，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D错误。
7. B 【解析】由电解K2SO4溶液生产KOH和H2SO4溶液知，右室生成KOH溶液，左室生成H2SO4溶液，则K2SO4溶液从F口加入，SO从中间室透过膜a迁移至左室，膜a是阴离子交换膜，K＋从中间室透过膜b迁移至右室，膜b是阳离子交换膜，A、C错误；从D口出来的是KOH溶液，B正确；阴极产物是H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D错误。
8. B 【解析】由回收铜单质，并制备较高浓度硫酸知，Cu电极为阴极，SO透过b膜向Ⅱ区移动，b膜为阴离子交换膜，A正确；Ⅰ区的惰性电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，H＋透过a膜向Ⅱ区移动，a膜为阳离子交换膜，电解为消耗水的过程，故Ⅰ区溶液中Na2SO4的浓度增大，B错误；理论上，每生成1.6 g(即0.05 mol)气体O2，转移0.2 mol e－，有0.2 mol H＋从Ⅰ区经a膜移向Ⅱ区，C正确；Cu电极为阴极，连接电源负极，故N为负极，碱性条件下电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，D正确。
9. B 【解析】甲酸盐转化为CO2，C元素被氧化，故c电极为负极，b电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A室溶液的pH逐渐增大，A正确，B错误；a电极为阳极，电极反应式为HCOO－－2e－===CO2↑＋H＋，C正确；d电极为正极，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，D正确。
10. B 【解析】由图可知，镁-次氯酸盐电池中，总反应的离子方程式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－，A正确；左侧的Mg电极为原电池的负极，则与Mg电极相连的N电极是阴极，N电极受到保护，则N电极不是铁电极，B错误；Fe2＋被污水中溶解的O2氧化生成Fe(OH)3沉淀，离子方程式为4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋，C正确；N电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产生的H2将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，D正确。
11. B 【解析】由图可知，在Ⅰ室中Mn2＋得到电子生成Mn，电极反应式为Mn2＋＋2e－===Mn，故惰性电极a是阴极，连接电源负极，A正确；Ⅰ室中SO通过膜X进入Ⅱ室得到H2SO4产品，膜X类型为阴离子交换膜，B错误；惰性电极b是阳极，Mn2＋在阳极失去电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，C正确；反应中每转移1 mol电子时，生成0.5 mol Mn和0.5 mol MnO2，所以从溶液中回收锰元素的质量为1 mol×55 g/mol＝55 g，D正确。
12. (1) ①铜 电极表面有红色固体析出 基本不变
②2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
(2) ①Fe－2e－===Fe2＋ ②增大 1 mol
【解析】(2) ①由图示可知：铁版连接电源正极，作阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。②由图示可知，阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电解一段时间，溶液中氢离子浓度减小，pH增大；根据阳极的电极反应式可知：每反应生成1 mol Fe2＋转移2 mol e－；根据反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，6 mol Fe2＋可处理1 mol Cr2O，故反应中转移12 mol e－处理1 mol Cr2O。
13. (1) 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2) H2 1 (3) b%>a%>c%
【解析】(1) 左侧为电解池装置，电解的是饱和NaCl溶液，电解池A中发生反应的化学方程式是2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。(2) 由图可知，阳极产生的X气体为Cl2，阴极产生的Y气体为H2，若在标准状况下，电解产生11.2 L(即0.5 mol) H2，则至少转移电子1 mol。(3) 电解池中加入NaOH的目的是增大溶液导电性，电解后，生成氢氧化钠，加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度，故NaOH的质量分数：a%>c%；原电池中，正极上生成氢氧化钠，生成的NaOH浓度大于加入的NaOH浓度，故NaOH的质量分数：b%>a%。
14. (1) 阳 Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O (2) 阴
【解析】(1) 电解法生产Na2FeO4，由装置可知，铁电极为阳极，则铜电极作阴极，铁失去电子发生氧化反应生成Na2FeO4，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。(2) 电解过程中，氢氧根离子需要通过右侧的离子交换膜进入阳极区，故右侧离子交换膜为阴离子交换膜。(共54张PPT)
第四章
化学反应与电能
第二节 电解池
第27课时 电解原理的应用
目 标 导 航
学习目标 知识网络
1. 熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。 2. 会书写相关的电极反应式及化学方程式。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属( )
(2) 以铁作阳极、铂作阴极，电解饱和食盐水，可以制备烧碱( )
(3) 电解法精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极( )
(4) 工业电解精炼铜时，粗铜与外电源的正极相连( )
(5) 电解饱和食盐水，阴极室的产物是氢气和氢氧化钠( )
(6) 电镀时，应把待镀金属置于电解槽的阴极( )
(7) 电解饱和氯化钠溶液可以冶炼金属钠( )
(8) 氯碱工业中的阳离子交换膜可以换成阴离子交换膜( )
基 础 辨 析
×
×
√
√
√
√
×
×
核心笔记
利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
电冶金
1
1. 图例说明
图示为冶炼钠的示意图，阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。
2. 冶炼钠、镁和铝的电极反应式
2Cl－－2e－===Cl2↑
Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
2O2－－4e－===O2↑
Al3＋＋3e－===Al
粗铜(含Zn、Fe)精炼的示意图及电极反应式如下：
粗铜精炼
2
阳极(粗铜)：Cu－2e－===Cu2＋、
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋
阴极(精铜)：Cu2＋＋2e－===Cu
[常考归纳]
(1) 在电解精炼铜时，用______作阳极，用______作阴极，电解液用_______________。整个电解过程中铜盐的浓度______(填“变大”或“变小”)。
(2) 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质(如Zn、Fe、Ni等)也会同时失去电子。而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能力比铜弱，不参与反应，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。
粗铜
纯铜
可溶性铜盐
变小
1. 定义：电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层
其他_______________的过程。电镀是电解的一个重要应用。
2. 特点：电镀时，一般都是用镀层金属的可溶性盐配成电
镀液，把镀件作为___极，与电源的___极相连；镀层金属作___
极。阳极本身溶解，电解液的总量、浓度、pH均______(填“不
变”或“改变”)。
电镀
3
电镀银原理示意图
金属或合金
阴
负
阳
不变
1. 示意图
2. 反应原理
阳极：____________________________________________
阴极：____________________________________________
电解饱和食盐水(氯碱工业)
4
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
注意：电解所用的食盐水要精制。
3. 离子交换膜
Na＋从左室向右室迁移，故应用阳离子交换膜。
分类举题
类型1 精炼
A. 阳极泥中主要含Ag、Fe单质
B. 电解过程[Cu(NH3)4]2＋向阳极移动
C. 电解开始阶段，阴极有H2产生
D. 电解后阶段，阳极生成1 mol [Cu(NH3)4]2＋的同时阴极生
成1 mol Cu
1
C
【解析】 Fe比铜活泼，优先于Cu放电，阳极泥中不含Fe，A错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，B错误；电解开始时，溶液中不含[Cu(NH3)4]2＋，故电解开始阶段，阴极上水放电产生H2，C正确；电解后阶段，阳极可能仍有其他比铜活泼的金属失电子，故阳极生成1 mol [Cu(NH3)4]2＋的同时阴极不一定生成1 mol Cu，D错误。
类型2 原电池和电解池串联装置
某同学设计了一个燃料电池并探究铜的精炼原理和电镀原理，如图所示。下列说法正确的是( )
A. 一段时间后，甲装置中溶液pH升高
B. 电解一段时间后，乙、丙装置中CuSO4溶液的浓度均不变
C. 通入氧气的一极为正极，正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D. 丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片
2
D
类型3 电解饱和食盐水
(2025·惠州期末)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。
(1) 装置中的离子膜只允许___(填“阳”或“阴”)离子通过，氯气的逸出口是___(填字母)。
(2) 该装置中阴极的电极反应式为____________________________________。
(3) 每生成标准状况下的2.24 L Cl2时，装置左侧溶液质量减少________ g。
3
阳
a
2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－
11.7
【解析】 (1) 为防止Cl2和OH－反应，同时防止氢气和氯气混合发生爆炸，则装置中的离子膜只允许Na＋通过，不允许阴离子和气体通过；阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，则氯气的逸出口是a。(2) 该装置中，阴极H2O得电子发生还原反应生成H2，电极反应式为2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－。(3) 每生成标准状况下的2.24 L Cl2即0.1 mol Cl2时，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，质量减少0.1 mol×71 g/mol＝7.1 g，Na＋向阴极移动，质量减少0.1 mol×2×23 g/mol＝4.6 g，则左侧溶液质量一共减少：7.1 g＋4.6 g＝11.7 g。
质量评价
1. 下列有关电解原理的应用的说法正确的是( )
A. 氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝
B. 电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极
C. 电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D. 在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连
【解析】 氯化铝为共价化合物，熔融状态不导电，工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，A错误；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，B错误；在铁制品上镀银时，银为镀层金属，铁为镀件，则铁制品与电源负极相连，银与电源正极相连，D错误。
C
A
3. 某学校兴趣小组进行电化学原理的实验探究，装置如图所示。
回答下列问题：
(1) A装置是_________(填“原电池”或“电解池”)，通O2的Pt电极为___极(填“正”或“负”)，其电极反应式为__________________________________。
(2) 若B装置为电镀池，目的是在某铁镀件上镀一层铜，则X电极材料为______，Y电极的反应式为______________________________。
原电池
正
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
(3) 若B装置为电解精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则在___电极(填“X”或“Y”)周围有固体沉积。
(4) 若X、Y均为Pt电极，B装置的电解质溶液为500 mL 1.0 mol/L NaCl溶液，当装置工作一段时间后，B电池溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”)，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入_______________。
(5) 若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O。写出该电极发生的电极反应式为______________________________________。
X
增大
HCl气体
2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
配套新练案
1. 电解原理具有广泛的应用。下列关于电解池装置的叙述错误的是( )
D
甲 乙 丙 丁
A. 装置甲可以在铁钉上镀铜
B. 若装置乙可以电解精炼铜，则X电极为纯铜
C. 装置丙的a端产生氯气
D. 装置丁可以观察到白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变为红褐色
【解析】 Cu与电源正极相连，为阳极，失去电子，Cu2＋在阴极上得到电子，故可以在铁钉上镀铜，A正确；电解精炼铜时，纯铜作阴极，则X电极为精铜，B正确；a端为阳极，发生氧化反应，生成Cl2，C正确；铁作阴极，被保护，不溶解，D错误。
2. (2025·惠州)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。下列说法正确的是( )
A. 电极A接电源正极，发生还原反应
B. 电极B的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C. 离子交换膜应选用阴离子交换膜
D. 改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
D
【解析】 装置外接电源，为电解池，电极A上氯离子失电子转化为Cl2，电极A为阳极，连外电源正极，发生氧化反应，A错误；电极B为阴极，O2得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；为了防止电极A生成的氯气和碱反应，离子交换膜应为阳离子交换膜，防止电极B产生的OH－进入左侧，C错误；与传统装置相比，改进设计中电极B通入氧气，通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，D正确。
3. 电解法用粗铜(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯铜的装置如图所示。下列叙述错误的是( )
A. a是粗铜，作阳极，发生氧化反应
B. 电解时，b极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
C. 电解时，外电路每通过0.2 mol 电子，阳极上减轻的质量为6.4 g
D. 电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
C
【解析】 粗铜作阳极，连接原电池正极，铜、铁、锌等失电子发生氧化反应，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋等，电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上放电的不一定全部是Cu，故减轻的质量不一定为6.4 g，C错误。
4. (2025·广东佛山)海水直接电解制H2，其工作原理如图所示，透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是( )
A. a为电解池的阴极
B. b的电极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C. 去除透气膜，a极发生的电极反应不变
D. 电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小
B
【解析】 阴离子OH－向a极移动，故a为电解池的阳极，发生氧化反应，生成氧气，A错误；b电极上的电极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；去除透气膜，由于离子放电能力：Cl－＞OH－，所以海水中Cl－在阳极发生氧化反应，故a极的电极反应发生变化，C错误；电解池工作时，水不断通过透气膜进入a、b两极发生反应，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大，D错误。
5. (2025·广东深圳期末)利用太阳能驱动转化CO2有利于节能减排，解决能源短缺问题。光电协同转化CO2的示意图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 半导体电极接电源正极
B. Pt电极产生22.4 L O2，该装置可转化
2 mol CO2
C. 半导体电极反应：Cat＋e－===Cat－
D. 装置工作时，电路中转移4 mol e－，
Pt电极区溶液质量减少32 g
C
【解析】 根据Pt电极上H2O转化为O2，发生氧化反应，则Pt为阳极，半导体电极为阴极，阴极接电源负极，A错误；未指明标准状况下，无法计算22.4 L O2物质的量，则无法确定转化CO2的量，B错误；半导体电极为阴极，由图可知，电极反应式为Cat＋e－===Cat－，C正确；电路中转移4 mol e－，Pt电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Pt电极区溶液中逸出1 mol O2，还有4 mol H＋通过质子交换膜移至半导体电极区，溶液质量减少1 mol×32 g/mol＋4 mol×1 g/mol＝36 g，D错误。
6. 可利用三室式电解法电解Na2SO4溶液制备硫酸、NaOH溶液、H2和O2，原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 阴极区加入NaOH稀溶液增强导电性
B. a可使用阳离子交换膜
C. 电解时阴极区发生还原反应
D. 电解时阳极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D
7. 现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石蕊电极和如图所示电解槽，用离子交换技术原理，可电解K2SO4溶液生产KOH和H2SO4溶液。下列说法正确的是( )
A. K2SO4溶液从E口加入
B. 从D口出来的是KOH溶液
C. 膜a是阳离子交换膜，允许K＋通过
D. 阴极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B
8. 可利用碱性锌-空气电池(反应原理：2Zn＋O2===2ZnO)电解处理含铜污水，回收铜单质，并制备较高浓度硫酸，电解装置如图所示。下列说法错误的是( )
A. b膜是阴离子交换膜
B. 电解装置工作一段时间后，Ⅰ区溶液中Na2SO4
的浓度不变
C. 理论上，每生成1.6 g气体X，有0.2 mol H＋从Ⅰ
区经a膜移向Ⅱ区
D. N极为电源负极，电极反应式为Zn＋2OH－－
2e－===ZnO＋H2O
B
9. (2024·深圳外国语学校)废旧锂离子电池的回收利用具有重要的经济和环境意义。一种将废旧锂离子电池的正极材料Li1－xFePO4转化为LiFePO4的装置如图所示，工作时在厌氧细菌作用下，甲酸盐转化为CO2。已知右侧装置为原电池，电极a、b、c本身均不参与反应。下列说法错误的是( )
A. H＋在b电极上得到电子被还原
B. 装置工作时，A室溶液的pH逐
渐减小
C. a电极的电极反应式为HCOO－
－2e－===CO2↑＋H＋
D. d电极的电极反应式为Li1－xFePO4
＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
B
【解析】 甲酸盐转化为CO2，C元素被氧化，故c电极为负极，b电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A室溶液的pH逐渐增大，A正确，B错误；a电极为阳极，电极反应式为HCOO－－2e－===CO2↑＋H＋，C正确；d电极为正极，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，D正确。
10. (2024·湛江第二中学)利用镁-次氯酸盐电池为电源，模拟电浮选凝聚法处理污水示意图如图所示，通过铁和石墨电极在污水中电解，利用污水中溶解的氧将生成的Fe2＋转化为Fe(OH)3沉淀吸附污染物，气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，从而达到净水的目的。下列说法错误的是( )
A. 镁-次氯酸盐电池总反应的离子方程式为Mg＋
ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－
B. M应是石墨电极，N应是铁电极
C. 生成Fe(OH)3沉淀反应的离子方程式为4Fe2＋＋
10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋
D. 将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层的气泡成
分主要是H2
B
【解析】 由图可知，镁-次氯酸盐电池中，总反应的离子方程式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－，A正确；左侧的Mg电极为原电池的负极，则与Mg电极相连的N电极是阴极，N电极受到保护，则N电极不是铁电极，B错误；Fe2＋被污水中溶解的O2氧化生成Fe(OH)3沉淀，离子方程式为4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋，C正确；N电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产生的H2将污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，D正确。
11. (2025·广东佛山)通过电解含锰废水可回收Mn、MnO2和H2SO4产品，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A. 惰性电极a连接电源的负极
B. 膜X类型为阳离子交换膜
C. Ⅲ室发生的电极反应：Mn2＋－2e－＋
2H2O===MnO2＋4H＋
D. 当电路中通过1 mol电子，从溶液中回
收锰元素的质量为55 g
B
12. (2025·广州期末)(1) 以该沼气电池作为电源，电解足量的饱和CuSO4溶液，装置如图所示。
①为实现向铁棒上镀铜，电极c的电极材料为___(填“铁”或“铜”)，电极d的实验现象是______________________________。通电一段时间后，溶液中的Cu2＋浓度____________(填“增大”“减小”或“基本不变”)。
②若电极c、d均为惰性电极，则电解总反应为____________________________ ____________________。
铜
电极表面有红色固体析出
基本不变
＋O2↑＋2H2SO4
Fe－2e－===Fe2＋
增大
1 mol
13. 氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，元素质量传输和转化关系如图所示，其中电极未标出，所用离子交换膜只允许阳离子通过。
(1) 电解池A中发生反应的化学方程式是__________________________________ _____________。
＋Cl2↑
(2) 图中Y是_____(填化学式)，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，则至少转移电子_____mol。
(3) 由图可知，NaOH的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为_______________。
H2
1
b%>a%>c%
14. Na2FeO4是一种常用的净水剂，利用电解法生产Na2FeO4的装置如图所示。
(1) Fe电极作______(填“阴”或“阳”)极，Fe电极上发生的电极反应式为____________________________________。
(2) 右侧的离子交换膜为___(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
阳
阴
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