第19讲　电解池及其应用 2027届高三化学一轮复习(学案+教案）

这是一份第19讲　电解池及其应用 2027届高三化学一轮复习(学案+教案），共7页。

考点1 电解池工作原理
知 识 梳 理
电解池的定义及工作原理
1. 定义：将________转化为________的装置叫电解池。
2. 工作原理(以用惰性电极电解CuCl2溶液为例)
(1) 电极反应式。
阴极：________________________________________________________
阳极：________________________________________________________
(2) 总反应：________________________________________________________。
(3) 电子流向：________________________________________________________。
(4) 离子迁移方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
阴、阳极的判断
1. 阴、阳极的判断依据
(1) 依据外接电源判断：与外接电源正极相连的一极是____极，与外接电源负极相连的一极是____极。
(2) 依据电子流向判断：电子流出的一极是____极，电子流入的一极是____极。
(3) 依据电极反应判断：得到电子发生还原反应的一极是____极，失去电子发生氧化反应的一极是____极。
(4) 依据离子迁移方向判断：阴离子移向的一极是阳极，阳离子移向的一极是阴极。
(5) 依据电极现象判断：一般质量减小或产生氧气、氯气的一极是阳极，质量增大或产生氢气或电极附近溶液能使无色酚酞变红的一极是阴极。
2. 阴、阳极放电分析
(1) 阴极(发生还原反应)放电顺序：
① 阴极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。
② 常见阳离子得电子顺序：Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H2O。溶液中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等不参与放电。
(2) 阳极(发生氧化反应)放电顺序：
① 若阳极为金属电极(除Pt、Au外的其他金属)，如Fe和Cu，则阳极材料直接失去电子(阳极材料被消耗)。
② 若阳极为惰性电极(如C、Pt、Au)，则阳极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离子在阳极上失电子。常见阴离子失电子顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。NOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,4)等不参与放电，由溶液中的H2O去放电。
用惰性电极电解水
① 溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。
② 溶液中复杂的阴离子不参与放电(如SOeq \\al(2－,4)、NOeq \\al(－,3))。
用惰性电极电解有关盐(如NaCl、CuSO4)溶液
利用电解原理实现“碳中和”
1. 电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图所示。其中阴极CO2还原为HCOO－。
2. 利用电解的方法来制备物质或处理废水(一般考查电极反应式的书写——利用溶液中的电解质主要离子要参与配平，如HCOeq \\al(－,3)等)。
(1) 电催化CO2和含氮物质可合成尿素，同时可解决含氮废水污染问题。常温常压下，向一定浓度的KNO3溶液通入CO2至饱和，经电解获得尿素，其原理如图1所示。电解过程中生成尿素的电极反应式为__________________________。

图1 图2 图3
(2) 用Ni3(BO3)2晶体作催化剂，以CO2、N2为原料，电解KHCO3溶液可获得尿素。生成尿素的电极反应式为__________________________。
(3) 催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。HCOeq \\al(－,3)在阴极放电生成CH3COO－的电极反应式为__________________________。
(4) 以过渡金属作催化剂，利用如图2所示装置可实现CO2转化：
写出阴极表面的电极反应式：__________________________。
(5) CO2通过电解法转化为HCOO－的反应机理如图3所示，Pt电极上覆盖的Nafin膜是一种阳离子交换膜，对浓度不高的HCOO－有较好的阻拦作用，可让H2O自由通过。Sn电极上生成HCOO－的电极反应式为__________________________。
典 题 悟 法
如何判断装置是电解池
例1 下列装置不属于电解池的是( )

A B

C D
电解原理
例2 一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A. 电解时化学能转化为电能
B. 电解时应将铂电极与直流电源正极相连
C. 电解过程中转移2 ml e－，理论上可获得标准状况下的H2 约11.2 L
D. 电解时铁电极发生的电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeOeq \\al(2－,4)＋4H2O
电解池电极反应式的书写
例3 (1) (2025·南京、盐城一模)一种双阴极室隔膜电解KOH溶液制备K2FeO4的装置如图1所示。电解时，阳极的电极反应式为________________________________________________________。

图1 图2
(2) (2025·苏北四市期末)电催化CO2还原制备碳氢化合物，其装置原理如图2所示。电池工作过程中，阴极生成C3H6的电极反应式为________________________________________________________。
考点2 电解的应用
知 识 梳 理
电冶
利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
1. 冶炼钠图例说明
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、铝的电极反应式
(1) AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，所以不能用电解熔融AlCl3的方法来制备Al单质。
(2) Al2O3的熔点很高，在电解熔融Al2O3制备Al单质时，常加入冰晶石，降低Al2O3的熔融温度。
电解精炼铜
1. 铜的电解精炼示意图

2. 粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)精炼
(1)电极材料及电极反应式：
阳极材料：________，
电极反应式(至少写4个)：
_________________、_________________、_________________、_________________。
阴极材料：________，
电极反应式：________________________________________________________。
(2) 电解质溶液：______________。
(3) 电解液中的c(Cu2＋)：________(填“增大”或“减小”)。
(4) 由于杂质的存在，一般情况下，阳极金属减轻的质量________(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。
电镀(以电镀银为例)
1. 电镀银原理示意图
(1) 电极材料
① 阳极：镀层金属(银)。
② 阴极：待镀金属制品。
(2) 电镀液：含________的电解质溶液。
2. 电极反应式
阳极：__________；阴极：__________。
3. 电镀液中c(Ag＋)：________(填“增大”“减小”或“不变”)。
4. 阳极金属减轻的质量________(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。
氯碱工业
1. 离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图
2. 电极反应式
阳极：________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________。
总反应：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
________是阳极产物，________是阴极产物。
注意：电解所用的食盐水要精制。
3. 阳离子交换膜的作用
(1) ________________________________________________________；
(2) ________________________________________________________。
4. 阴极室加入NaOH稀溶液的作用是________________，且不引入杂质。
金属的防护
典 题 悟 法
电镀与精炼
例4 下列说法正确的是( )
A. 用如图1所示装置在铁制品表面镀铜，不能达到实验目的
B. 图2所示装置可用于粗铜的提纯
C. 电解精炼粗铜时，阴极减少的质量等于阳极增加的质量
D. (2024·江苏卷)实验室利用图3所示装置进行铁钉镀锌实验
电解溶液与电解熔融电解质(电冶)
例5 下列指定反应的离子方程式书写正确的是( )
A. 用惰性电极电解MgCl2溶液：Mg2＋＋2Cl－eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5( ))Mg＋Cl2↑
B. 用铜作电极电解NaCl溶液：2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－
C. 用惰性电极电解NaCl溶液：2Cl－＋2H＋eq \(=====,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑
D. 电解熔融氧化铝：4Al3＋＋6O2－eq \(=====,\s\up7(电解))4Al＋3O2↑
电解原理在生活、生产中的应用
例6 (2025·南通二模)一种以NaOH为介质电催化还原CO2的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 电解池工作时，OH－由右室通过隔膜向左室移动
B. M为电解池的阳极
C. N电极上发生的反应：CH3(CH2)7NH2＋4e－＋4OH－===CH3(CH2)6CN＋4H2O
D. 电路中通过2 ml e－时，理论上有1 ml CO2被还原
光解装置
例7 (2025·苏州)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该装置工作时，化学能转化为电能
B. 电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C. 电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D. 电解过程中1 ml NH3参与反应，得到约3×6.02×1023个电子
1. (2025·江苏各地模拟重组)下列说法正确的是( )
A. 用惰性电极电解水的阳极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B. 用食盐水电解制备NaClO3的阳极反应：Cl－＋6e－＋6OH－===ClOeq \\al(－,3)＋3H2O
C. 电解BeCl2、NaCl混合熔融盐阴极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
D. 电解饱和食盐水阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
2. (2025·镇江期初)装置甲是一种将废水中的氯乙烯(CH2===CHCl)转换成对环境无害的微生物电池，连接甲、乙装置进行粗铜精炼，其原理如图所示。下列说法不正确的是( )

甲 乙
A. 电解精炼时，粗铜与Y极相连
B. 若N极消耗11.2 L O2，粗铜电极质量减少64 g
C. 电解过程中N区溶液的pH增大
D. M极的电极反应式为CH2===CHCl－10e－＋4H2O===2CO2＋11H＋＋Cl－
3. 催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH混合溶液，可获得H2与HCOONa(如图所示)。
(1) 电解时，电极b上同时产生H2与HCOO－的物质的量之比为1∶2，则电极b上的电极反应式为________________________________________________________。
(2) 电解过程中每产生1 ml H2，通过阴离子交换膜的OH－为________ml。
配套热练
第19讲 电解池及其应用
练习1 电解池原理
1. (2024·南京二模)一种电解乙酰基吡嗪废水中的(NH4)2SO4制备(NH4)2S2O8的电化学装置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 石墨电极与直流电源正极相连
B. 电解时，铂网电极附近pH增大
C. 离子交换膜应选择性透过阴离子
D. 阴极上的电极反应式为2SOeq \\al(2－,4)＋2e－===S2Oeq \\al(2－,8)
2. (2021·江苏卷)通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(如图所示)；②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
A. 电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B. 电解时，阳极上的电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C. 电解的总反应：2H2O2H2↑＋O2↑
D. 电解过程中转移4 ml电子，理论上可获得22.4 L O2
3. (2025·金陵中学)镍离子(Ni2＋)和钴离子(C2＋)性质相似，可用如图所示装置实现二者分离。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，C2＋与乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是( )
A. 电流方向：n→N→M→m
B. 石墨M极的电极反应式为C2＋＋2e－===C
C. 水解离出的OH－可以抑制Ⅱ室中的转化反应
D. 导线中通过1 ml电子时，Ⅰ室与Ⅲ室溶液质量变化之差约为65 g
4. (2025·南京中华中学)我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除，装置如图所示。其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹ZnO)和石墨烯。下列有关说法不正确的是( )
A. ZnO@石墨烯电极连接光伏电池的负极
B. 石墨烯区电极反应：EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋
C. 协同转化的总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
D. 金属导线上每转移1 ml电子，CO2和H2S被去除的总体积约11.2 L(标准状况)
5. (2025·徐州2月调研)利用成对电合成即在阴阳两极同时得到有用的产物可提高电流效率和降低成本，如图是利用成对电合成和HOOCC≡CCOOH原理示意图。下列说法正确的是( )
A. a为直流电源的正极
B. H＋通过质子交换膜向右侧移动，右侧溶液pH下降
C. 理论上与HOCH2C≡CCH2OH消耗的物质的量之比为4∶1
D. 若使用铅酸蓄电池作电源，则每生产1 ml ，消耗98 g H2SO4
6. (2025·前黄中学)一种电解装置如图所示，电解时H＋从右室移向左室。通过电解获得的电解液可实现：。下列说法正确的是( )
A. 左室电解获得的电解液可用于实现“转化Ⅰ”
B. 右室发生的电极反应为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O
C. “转化Ⅱ”发生的反应为＋6Ti3＋＋6H＋===＋6Ti4＋＋2H2O
D. “转化Ⅰ”生成1 ml ，理论上电路中通过3 ml e－
7. (2025·扬州期中)以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 燃料电池工作时，正极反应为O2＋4H＋－4e－===2H2O
B. a极是铁，b极是铜时，能达到铁上镀铜的目的
C. a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，两极质量变化相同
D. a、b两极若是石墨，在同温同压下b极产生的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为2∶7
8. (2025·苏州)二甲醚(CH3OCH3)－氧气燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚－氧气燃料电池电解甲基肼(CH3—NH—NH2)制氢的装置如图所示，其中X、Y、M、N均为惰性电极。下列说法正确的是( )
A. M极的电极反应式为CH3—NH—NH2＋12OH－－10e－===COeq \\al(2－,3)＋N2↑＋9H2O
B. 甲中b端通入的是O2
C. 乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH－透过交换膜向N极移动
D. 理论上，当生成6.72 L H2时，消耗CH3OCH3的质量为2.3 g
9. 以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 电解时的阳极发生的电极反应式为2Cr3＋＋6e－＋7H2O===Cr2Oeq \\al(2－,7)＋14H＋
B. 电解结束后，阴极区溶液pH升高
C. 1 ml甲苯氧化为0.5 ml苯甲醛和0.5 ml苯甲酸时，共消耗eq \f(5,6) ml Cr2Oeq \\al(2－,7)
D. 甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离
10. (1) (2025·如皋适应性模拟)以Fe2P为阳极、石墨为阴极电解H3PO4溶液也可以制取FePO4。写出电解时总反应的化学方程式：______________________________________________________。
(2) 以硫酸为电解质，通过催化电解可将N2转化为N2H4；写出电解法制备N2H4的阴极发生的电极反应式：________________________________________________________________________。
(3) 用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如图所示。
写出阴极生成HCHO的电极反应式：____________________________________。
练习2 可逆电池 金属的腐蚀与防护
1. (2025·苏北七市二模考前模拟)中国科学家设计了负载有Ru纳米颗粒的三维多孔结构石墨烯基电极“Na－SO2”电池，以乙二胺的乙醚溶液为电解质溶液，其简单示意图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 乙二胺的乙醚溶液可改为乙二胺的水溶液
B. 三维多孔结构石墨烯基电极有利于气体、电极和电解质溶液充分接触
C. 充电时，每转移0.1 ml电子，在阳极可生成标准状况下的气体4.48 L
D. 放电时，Na电极发生反应为2Na＋＋2SO2＋2e－===Na2S2O4
2. (2025·无锡期末)第二代钠离子电池是以嵌钠硬碳(NaxCy)和锰基高锰普鲁士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}为电极的新型二次电池，充电时Na＋嵌入硬碳，放电时发生脱嵌，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 充电时，a接电源的负极
B. 充电时，B极反应为Cy＋xNa＋＋xe－===NaxCy
C. 放电时，Na＋穿过离子交换膜向B极移动
D. 放电时，每转移1 ml电子，A极质量减少23 g
3. (2025·扬州中学)科学家基于水/有机双相电解质开发了一种新型的铜锌二次电池，双相电解质建立了离子选择性界面，仅允许氯离子迁移，其放电时的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A. 充电时，石墨电极与电源正极相连
B. 充电时，石墨电极上可发生电极反应：[CuClx]1－x－e－===[CuClx]2－x
C. 放电时，氯离子向锌电极迁移
D. 放电时，理论上电路中每转移2 ml电子，锌电极质量增加136 g
4. (2025·镇江期中)科学家使用δ－MnO2研制了一种Zn－MnO2可充电电池如图所示。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A. 电解质碱性过强不利于电池工作
B. 充电时，会发生反应：Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放电时，MnO2电极附近溶液pH减小
D. 放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极上生成0.020 ml MnOOH
5. 一种以钒基氧化物(V6O13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。通过使用孔径大小合适且分布均匀的新型离子交换膜，可提高离子传输通量的均匀性，从而保持电池的稳定性。下列说法正确的是( )
A. 放电过程中，Zn2＋向Zn极一侧移动
B. 放电过程中，电子由Zn极经电解质溶液向V6O13极移动
C. 充电时，V6O13极与外接直流电源正极相连
D. 充电时，阳极发生的电极反应可能为V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
6. FeCl3溶液吸收H2S气体后的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. a为电解池的阴极
B. 溶液M中含有大量的Fe2＋、Cl－、H＋
C. 电极b上的反应为2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－
D. 随着电解进行，H＋移向阴极区，故阴极区pH减小
7. 我国科学家研发了一种室温下可充电的Na－CO2电池，如图所示。放电时，Na2CO3与C均沉积在碳纳米管上。下列说法不正确的是( )
A. 放电时，转移0.2 ml电子，碳纳米管电极增重10.6 g
B. 放电时，电池的总反应为3CO2＋4Na===2Na2CO3＋C
C. 充电时，阴极电极反应式为Na＋＋e－===Na
D. 充电时，电源b极为正极，Na＋向钠箔电极移动
8. 全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。下列关于该方法的说法不正确的是( )
A. 钢质管道易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B. 这种方法称为牺牲阳极法
C. 钢管上的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 也可用外接直流电源保护钢管，直流电源负极连接金属棒X
9. 两种金属接触时，接触部位会发生“电偶腐蚀”。金属铁和铜在水和海水中，相同时间发生的腐蚀情况如图。下列有关说法正确的是( )

甲 乙
A. 甲图中的介质为海水
B. 腐蚀过程中电能转化为化学能
C. 铁电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
D. 若在金属表面涂油漆，可以减缓铁的腐蚀
10. 利用如图所示装置探究铁的腐蚀与防护。下列说法不正确的是( )

装置Ⅰ 装置Ⅱ
A. 装置Ⅰ中发生吸氧腐蚀
B. 一段时间后装置 Ⅰ 中石墨电极附近溶液pH增大
C. 装置Ⅱ中铁电极上发生氧化反应
D. 装置Ⅱ模拟了牺牲阳极法
11. 下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是( )

甲 乙 丙
A. 图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端
B. 图甲、乙中钢闸门上均主要发生反应：2H＋＋2e－===H2↑
C. 图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法
D. 图丙中铜板打上铁铆钉后，铜板易被腐蚀
构建体系
能力自测
1. 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) (2020·江苏卷)氧化铝熔点高，故可用作电解冶炼铝的原料( )
(2) (2019·江苏卷)Al2O3具有两性，故可用于电解冶炼铝( )
(3) 电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变( )
(4) 电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属( )
(5) 电镀时，应将待镀金属置于电解槽的阴极( )
(6) (2017·江苏卷)电解饱和食盐水获取烧碱和氯气：
2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－( )
(7) (2024·江苏卷)电解氯化钠溶液得到H2和Cl2( )
(8) (2024·江苏卷)电解氯化镁溶液得到Mg( )
(9) (2024·江苏卷)NOeq \\al(－,3)电催化为N2的阳极发生的电极反应式：
2NOeq \\al(－,3)＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O( )
2. (2022·江苏卷)某电解池的阳极区为酸性CuCleq \\al(－,2)溶液，阴极区为盐酸，电解过程中CuCleq \\al(－,2)转化为CuCleq \\al(2－,4)。电解时阳极发生的主要电极反应式为_____________________。
电解液
电解对象
总反应
溶质特点及作用
电极反应式
电解后溶液
pH变化
NaOH
溶液
________
2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))
2H2↑＋O2↑
不改变总反应，作用是增强溶液的导电性
阳极：______________________
阴极：______________________
_______________
稀硫酸
阳极：______________________
阴极：______________________
_______________
Na2SO4
溶液
阳极：______________________
阴极：______________________
_______________
盐溶液
电极反应式及总反应
电解后溶液pH变化
NaCl溶液
阳极：________________________________________________________
阴极：________________________________________________________
总反应：________________________________________________________
________
CuSO4溶液
阳极：________________________________________________________
阴极：________________________________________________________
总反应：________________________________________________________
________
金属
总反应及电极反应式
钠
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑
阳极：________________________________________________________
阴极：________________________________________________________
镁
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑
阳极：________________________________________________________
阴极：________________________________________________________
铝
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑
阳极：________________________________________________________
阴极：________________________________________________________